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【涨姿势】中国水利工作文化(一)——中国水利概况

水缘2018-06-12 04:18:05

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中国水利概况


水利在中国

中国位于亚洲东部,地势西高东低,季风气候明显。降水季节集中,年际变化很大,地区分布不均。东南沿海地区年雨量约1800mm,西北内陆不及200mm。水资源主要来自大气降水,年平均总量为28100亿m ,居世界第六位。中国雨热同步的气候条件、江河的丰沛水资源及江河中下游的广大冲积平原,都给中华民族的繁衍发展带来了有利条件。但水土资源的开发也伴随着与水旱灾害的斗争。人口的增长又增加了对水土资源开发的压力。至20世纪80年代,因人口众多,人均占有水资源量仅为世界人均值的四分之一。特别是水资源与土地资源的分布不相协调,南方水多而耕地少,北方水少而耕地多。如长江及其以南地区,江河径流量占全国的83%,但耕地只占33%;长江以北地区,耕地占全国的67%,但江河径流量仅占17%。这些都成为今后发展的制约因素。

水利在中国有着重要地位和悠久历史。历代有为的统治者,都把兴修水利作为治国安邦的大计。传说早在公元前21世纪,禹即主持治水,平治水土,疏导江河,三过家门而不入,一直为后人所崇敬。及至春秋战国时期,中国已先后建成一些相当规模的水利工程。其中如淮河的芍陂和期思陂等蓄水灌溉工程,华北的引漳十二渠灌溉工程,沟通江淮和黄淮的邗沟和鸿沟运河工程,以及赵、魏、齐等国修建的黄河堤防工程,都是这一时期的代表性水利建设。

战国末期,秦国国力殷实,重视水利,及至统一中国,生产力更有较大发展。四川的都江堰 、关中的郑国渠(郑白渠)和沟通长江与珠江水系的灵渠,被誉为秦王朝三大杰出水利工程。国家的昌盛,使秦汉时期出现了兴修水利的高潮。汉武帝瓠子堵口,东汉王景治河等都是历史上的重大事件。在甘肃的河西走廊和宁夏、内蒙古的黄河河套,也都兴建了引水灌溉工程。

隋唐北宋五百余年间,是中国水利的鼎盛时期。社会稳定、经济繁荣,水利建设遍及全国各地,技术水平也有提高。隋朝投入巨大人力,建成了沟通长江和黄河流域的大运河,把全国广大地区通过水运联系起来,对政治、经济、文化的发展产生了深远影响。唐代除了大力维护运河的畅通,保证粮食的北运外,还在北方和南方大兴农田水利,包括关中的三白渠、浙江的它山堰等较大的工程共250多处。唐末以后,北方屡遭战乱,人口大量南移,使南方的农田水利迅速发展。太湖地区的圩田河网、滨海地区的海塘和御咸蓄淡工程,以及利用水力的碾 、水碓等都有较大的发展。水利法规、技术规范已经出现,如唐《水部式》 、宋《河防通议》等。

从元明到清中期,中国水利又经历了六百年的发展。元代建都北京,开通了京杭运河。黄河自南宋时期夺淮改道以来,河患频繁。明代大力治黄,采用“束水攻沙”,固定黄河流路,修建高家堰,形成洪泽湖水库,“蓄清御黄”保证漕运。这些措施对明清的社会安定和经济发展起了很大作用,但也为淮河水系留下严重的后患。在长江中游,强化荆江大堤,并发展洞庭湖的圩垸,促进了两湖地区的农业生产。珠江流域及东南沿海的水利建设也有很大发展。但从整体而论,自16世纪下半叶起,中国水利事业的发展已趋缓慢。

清末民国时期,内忧外患频繁,国家无力兴修水利,以致河防失修、灌区萎缩、京杭运河中断,水利处于衰落时期。但是海禁渐开,西方的一些科学技术传入中国,成立了河海工程专门学校等水利院校,培养水利技术人才。各地开始设立雨量站、水文站、水工试验所等;研究编制了《导淮工程计划》、《永定河治本计划》等河流规划。在这一期间也修建了一些工程,如1912年在云南建成了石龙坝水电站,20年代修建了珠江的芦苞闸,30年代修建了永定河屈家店闸、苏北运河船闸和陕西的关中八惠灌溉工程等。但在全国范围内,水旱灾害日益严重,整治江河、兴修水利,已成为广大人民的迫切要求。1949年中华人民共和国成立后,水利进入飞跃发展时期。经过40年的努力,取得了远远超过前代的成就。对黄河、 淮河、 海河、辽河等江河开始了全面的整治。

    全国整修加固堤防约20万km,修建了大、中、小型水库共8万多座,总库容4500亿m 。普遍提高了江河的防洪能力,初步解除了大部分江河的常遇水害,并为工农业和城市供水4700亿m 。农田水利方面,建成了万亩以上的灌区5300多处,配套机井250多万眼,全国灌溉面积由1949年的2.4亿亩猛增到80年代的7.2亿亩,居世界各国的首位。在不足全国耕地一半的灌溉土地上,生产出占全国产量三分之二的粮食和占全国产量60%的经济作物。中国以占世界7%的耕地,基本解决了占世界22%的人口的温饱问题。全国水电装机到1987年已超过3000万kW,年发电量达1000亿kW·h,占全国总发电量的20%。全国内河航运的里程已发展到11万km,年货运量达6.6亿t。与此同时,中国水利建设的科技水平也有很大提高,在修建高坝大库、大型灌区、整治多沙河流、农田旱涝盐碱综合治理和小水电开发等许多方面已接近或达到世界先进水平。

中国传说中古代部落联盟领袖,也是中国最早治理特大洪水、平水土的领袖人物。先秦文献中大量记载尧舜时期发生全国性特大洪水,禹治理成功的传说。当时是青铜器时代开始,奴隶社会初期。禹以前有共工和禹父崇伯鲧奉帝尧命治水,都因单纯壅堵失败。帝舜驱逐了他们,改命禹治水。禹先叫他的助手益(一个氏族的首领)教灾民渔猎维持生活并焚烧沼泽草木,驱逐禽兽。禹走遍全国的水陆山泽,因势利导,改壅堵为疏导。平治水土十三年,开掘了九川(九指多数)通海。疏浚沟渠通川,水落土出,民众从丘陵迁居平原,发展农业。他把全国划分为九州,定出各州的高山大川,水运贡道,划分土壤种类、田赋等级并查明各地物产、上贡物品等。当时以黄河为重点,下游河道地形较后代高。河口感潮段分为许多分支(九河)。他因治水有功,奠定了中国第一个王朝─夏朝的基础。

禹受到历代颂扬,甚至被神化。他的事迹对后代治水影响深远:首先,大禹治水是以人力征服洪水,肯定了中国人民能战胜自然灾害的力量;其次,他治水十三年,胼手胝足,三过家门而不入,其勤劳奉公精神为后人所效法;第三,他的因势疏导,平治水土的思想,值得借鉴。其他如禹河(黄河)故道被不少人认为是最合理的;禹疏九河致使有些人认为治黄的最好办法是下游分疏等,认识虽有偏差,但在历代治黄实施中确有人采取过。传说中禹的功绩是古代人民长期治水的综合成果,而以他为代表加以综合叙述。

中国水系图

水文学

研究地球上水的时空分布与运动规律并应用于水资源开发利用与保护的科学。水在地球表面形成水圈,与大气圈、岩石圈、生物圈紧密相联,水文学是地球科学的一部分。水资源的开发利用和防治水害都要以水文规律为根据,水文学又是水利科学的一部分。

分类作为地球科学的一部分,水文学可分为陆地水文学与海洋水文学两大部分。通常所称的水文学指陆地水文学。陆地上的水分布在各种水体中,如河流、湖泊、沼泽、冰川、积雪、地下水等。它们各有特点,因此相应建立了河流水文学、 湖泊水文学、 沼泽水文学、冰川水文学、 雪水文学、 地下水水文学等分支。对一些特殊自然条件还建有特殊的分支,如森林水文学、小岛水文学等。作为水利科学的一部分,水文学的重要内容是地面水与地下水的观测、评估与预测,并为规划与管理提供依据。因服务对象的不同,建立了工程水文学、农业水文学、城市水文学、环境水文学等应用学科。

水电站

将水能转换为电能的综合工程设施又称水电厂它包括为利用水能生产电能而兴建的一系列 水电站建筑物及装设的各种水电站设备。利用这些建筑物集中天然水流的落差形成水头,汇集、调节天然水流的流量,并将它输向水轮机,经水轮机与发电机的联合运转,将集中的水能转换为电能,再经变压器、开关站和输电线路等将电能输入电网。有些水电站除发电所需的建筑物外,还常有为防洪、灌溉、航运、过木、过鱼等综合利用目的服务的其他建筑物。这些建筑物的综合体称水电站枢纽或 水利枢纽。

水电站有各种不同的分类方法。按照水电站利用水源的性质,可分为三类:

①常规水电站:利用天然河流、湖泊等水源发电;

②抽水蓄能电站:利用电网中负荷低谷时多余的电力,将低处下水库的水抽到高处上水库存蓄,待电网负荷高峰时放水发电,尾水至下水库,从而满足电网调峰等电力负荷的需要;

③潮汐电站:利用海潮涨落所形成的潮汐能发电。

按照水电站对天然水流的利用方式和调节能力,可以分为两类:

①径流式水电站:没有水库或水库库容很小,对天然水量无调节能力或调节能力很小的水电站;

②蓄水式水电站:设有一定库容的水库,对天然水流具有不同调节能力的水电站。

在水电站工程建设中,还常采用以下分类方法:

①按水电站的开发方式,即按集中水头的手段和水电站的工程布置,可分为 坝式水电站、引水式水电站 和坝-引水混合式水电站 三种基本类型。这是工程建设中最通用的分类方法。

②按水电站利用水头的大小,可分为高水头、中水头和低水头水电站。世界上对水头的具体划分没有统一的规定。有的国家将水头低于 15m作为低水头水电站,15~70m为中水头水电站,71~250m为高水头水电站,水头大于250m时为特高水头水电站。中国通常称水头大于70m为高水头水电站,低于30m为低水头水电站,30~70m为中水头水电站 这一分类标准与水电站主要建筑物的等级划分和水轮发电机组的分类适用范围,均较适应。

③按水电站装机容量的大小,可分为大型、中型和小型水电站。各国一般把装机容量5000kW以下的水电站定为小水电站,5000~10万kW为中型水电站,10万~100万kW为大型水电站,超过100万kW的为巨型水电站。中国规定将水电站分为五等,其中:装机容量大于75万kW为一等〔大(1)型水电站〕,75万~25万kW为二等〔大(2)型水电站〕,25万~2.5万kW为三等〔中型水电站〕,2.5万~0.05万kw为四等〔小(1)型水电站〕,小于0.05万kW为五等〔小(2)型水电站〕;但统计上常将1.2万kW以下作为小水电站。

中国已建成葛洲坝、乌江渡、白山、龙羊峡和以礼河梯级等各类常规水电站,建成了潘家口等大型抽水蓄能电站和试验性的江厦潮汐电站 。

水土流失

在水力、风力、重力等外营力作用下,山丘区及风沙区水土资源和土地生产力的破坏和损失。它包括土地表层侵蚀及水的损失,也称水土损失。土地表层侵蚀指在水力、风力、冻融、重力以及其他地质营力作用下,土壤、土壤母质及其他地面组成物质如岩屑损坏、剥蚀、转运和沉积的全部过程。水土流失的形式除雨滴溅蚀、片蚀、细沟侵蚀、浅沟侵蚀、切沟侵蚀等典型的土壤侵蚀形式外,还包括山洪侵蚀、泥石流侵蚀以及滑坡等侵蚀形式水的损失一般是指植物截留损失、地面及水面蒸发损失、植物蒸腾损失、深层渗漏损失、坡地径流损失。

在中国水土流失概念中水的损失主要指坡地径流损失。水的损失过程与土壤侵蚀过程之间,既有紧密的联系,又有一定的区别。水的损失形式中如坡地径流损失,是引起土壤水蚀的主导因素,水冲土跑,水土损失是同时发生的。但是,并非所有的坡面径流以及其他水的损失形式都会引起土壤侵蚀。因此,有些增加土壤水分贮存量,抗旱保墒的水分控制措施不一定是为了控制土壤侵蚀。中国不少水土流失严重的地区如黄土高原,位于干旱、半干旱的气候条件下,大气干旱、土壤干旱与土壤侵蚀作用同样地对生态环境与农业生产造成严重危害。因此,水的保持与土壤保持具有同等重要的意义。

水库

用坝 、堤、水闸、堰等工程,于山谷、河道或低洼地区形成的人工水域。它是用于径流调节以改变自然水资源分配过程的主要措施,对社会经济发展有重要作用。水库的建造可以追溯到公元前约3000年。早期的水库由于受技术水平的限制一般较小,近代水工建筑技术的发展,兴建了一批高坝,从而形成了一批巨大的水库。中国在20世纪50年代以前水库不多,规模较小,以后兴建了一大批各种类型的水库,到1985年为止有83000多座。

类型根据水库的位置与形态,其类型一般可分为以下几种:

①山谷水库,系用拦河坝横断河谷,拦截天然河道径流,抬高水位而成,绝大部分水库属于这一类型;

②平原水库,系在平原地区的河道、湖泊、洼淀的出口处修建闸、坝,抬高水位形成,必要时还在库周圈筑围堤,如当地水源不足还可以从邻近的河流引水入库。

此外,在干旱地区的透水地层,建筑地下截水墙,截蓄地下水或潜流而形成地下水库。

径流

降水经过陆地各种因素作用以后能够流出的部分。径流流经坡地、河槽,最后流出流域。对形成径流有重要作用的因素为降水、蒸发与下渗。

径流的分类  径流按水源划分为地面径流、壤中流与地下径流三种:

①地面径流:在地面产生并在地面流动的径流。其中在坡面上流动的称为坡面漫流,在河道中流动的称为河川径流。

②地下径流:水下渗到地下含水层以后通过地下水流动流入河川的径流。

③壤中流:在土壤中流动的径流,也称表层流。表层土常含腐植质,比较疏松,下层风化土则比较密实,更下层的基岩往往更为密实。下渗水分较容易通过上土层,较难通过下土层,因此就在这两个土层的界面上流动,形成壤中流。

水利枢纽

修建在同一河段或地点,共同完成以防治水灾 、开发利用水资源为目标的不同类型水工建筑物的综合体。水利枢纽工程通常是水利工程体系中最重要的组成部分,一般由挡水建筑物(壅水)、泄水建筑物 、进水建筑物以及必要的水电站厂房、通航、过鱼、过木等专门性的水工建筑物组成。

水利枢纽按承担任务的不同,可分为防洪枢纽、灌溉(或供水)枢纽、水力发电枢纽和航运枢纽等。多数水利枢纽承担多项任务,称为综合性水利枢纽。影响水利枢纽功能的主要因素是选定合理的位置和最优的布置方案。水利枢纽工程的位置一般通过河流流域规划或地区水利规划 确定。具体位置须充分考虑地形、地质条件、使各个水工建筑物都能布置在安全可靠的地基上,并能满足建筑物的尺度和布置要求,以及施工的必需条件。水利枢纽工程的布置,一般通过可行性研究和初步设计确定。枢纽布置必须使各个不同功能的建筑物在位置上各得其所,在运用中相互协调,充分有效地完成所承担的任务;各个水工建筑物单独使用或联合使用时水流条件良好,上下游的水流和冲淤变化不影响或少影响枢纽的正常运行,总之技术上要安全可靠;在满足基本要求的前提下,要力求建筑物布置紧凑,一个建筑物能发挥多种作用,减少工程量和工程占地,以减小投资;同时要充分考虑管理运行的要求和施工便利,工期短。一个大型水利枢纽工程的总体布置是一项复杂的系统工程,需要按系统工程的分析研究方法进行论证确定。

水利枢纽常按其规模、 效益和对经济、 社会影响的大小进行分等,并将枢纽中的建筑物按其重要性进行分级。对级别高的建筑物,在抗洪能力、强度和稳定性、建筑材料、运行的可靠性等方面都要求高一些,反之就要求低一些,以达到既安全又经济的目的。

圩垸

沿江滨湖低地四周有圩堤围护,内有灌排系统的农业区。圩堤将农田与外水隔开,通过灌排渠系及操纵圩堤上的涵闸以调节内水和外水的进出。自流灌排有困难,则辅以提水机械,以满足圩内农田需水。这种农田水利形式在江浙太湖流域和安徽、浙江的长江流域一带称圩田或围田,明清以来则统称圩田。在湖南、湖北称作垸田。珠江和韩江三角洲称堤围(或基围)。王祯所著《农书》中记载的柜田,则是面积较小的圩垸。圩垸工程可溯源于先秦,唐中叶以来发展很快,太湖及水阳江流域的圩田,五代北宋时期已大量发展。北宋以后,沿长江向其中游湖泊地区推广。这一带因而成为全国农业中心。水阳江流域圩田规模如北宋范仲淹所描述:“每一圩方数十里,如大城。中有河渠,外有门闸,旱则开闸引江水之利,涝则闭闸拒江水之害。旱涝不及,为农美利。”大圩之中,又往往包含几个至数十个小圩,农田面积至数十万亩,圩堤长至数百里。其他地区圩垸,自南宋以后也迅速发展。

圩垸无计划地过度发展,也带来新的水利问题:随着湖区面积的缩小,湖泊对 洪水 的调节作用下降;水道被逐步堵塞。南宋以来,太湖下游泄水不畅加剧了圩区的洪涝灾害。明清时曾多次禁筑新圩及废毁不合理的圩岸,但圩田仍是有增无减。洞庭湖区情况相似,明代有圩垸一二百处,到民国时期已增加到一千多处。自1894~1949年洞庭湖水面从5400km 缩小至4300km ,除长江和湘、资、沅、澧四水来沙的自然淤积外,人为促淤围垦也是重要原因,因而有垦湖为田和废田还湖的争议。

航道

在水域内供船舶及排、筏航行的线路。航道是水运的基础设施,可分为天然航道和人工航道(运河)。

航道工程  开拓航道和改善航道航行条件的工程,常包括以下几个方面:

① 航道疏浚 ;

② 航道整治 ,如山区航道整治 、 平原航道整治 、 河口航道整治 ;

③ 渠化工程 及其他 通航建筑物 ;

④径流调节,利用在浅滩上游建造的水库调节 流量 ,以满足水库下游航道水深的要求;

⑤绞滩 ;

⑥开挖运河。

在河流上兴建航道工程时,应统筹兼顾航运与防洪、灌溉、水力发电等方面的利益,进行综合治理与开发,以谋求国民经济的最大效益。在选定航道工程措施时,应根据河流的自然特点,进行技术经济比较后确定。

中国十二大水电基地

水利工程

用于控制和调配自然界的地表水和地下水,达到除害兴利目的而修建的工程。也称为水工程。水是人类生产和生活必不可少的宝贵资源,但其自然存在的状态并不完全符合人类的需要。只有修建水利工程,才能控制水流,防止洪涝灾害,并进行水量的调节和分配,以满足人民生活和生产对水资源的需要。

分类  按目的或服务对象可分为:防止洪水灾害的防洪工程 ;防止旱、涝、渍灾为农业生产服务的农田水利工程,或称灌溉和排水工程;将水能转化为电能的水力发电工程;改善和创建航运条件的航道和港口工程;为工业和生活用水服务,并处理和排除污水和雨水的城镇供水和排水工程;防止水土流失和水质污染,维护生态平衡的水土保持工程和环境水利工程;保护和增进渔业生产的渔业水利工程;围海造田 ,满足工农业生产或交通运输需要的海涂围垦工程等。一项水利工程同时为防洪 、灌溉、发电、航运等多种目标服务的,称为综合利用水利工程。

水利工程不同于其他工程的特点如下:

①有很强的系统性和综合性。单项水利工程是同一 流域 ,同一地区内各项水利工程的有机组成部分,这些工程既相辅相成,又相互制约;单项水利工程自身往往是综合性的,各服务目标之间既紧密联系,又相互矛盾。水利工程和国民经济的其他部门也是紧密相关的。规划设计水利工程必须从全局出发,系统地、综合地进行分析研究,才能得到最为经济合理的优化方案。

②对环境有很大影响。水利工程不仅通过其建设任务对所在地区的经济和社会发生影响,而且对江河、湖泊以及附近地区的自然面貌、生态环境、自然景观,甚至对区域气候,都将产生不同程度的影响。这种影响有利有弊,规划设计时必须对这种影响进行充分估计,努力发挥水利工程的积极作用,消除其消极影响。

③工作条件复杂。水利工程中各种水工建筑物都是在难以确切把握的气象、水文、地质等自然条件下进行施工和运行的,它们又多承受水的推力、浮力、渗透力、冲刷力等的作用,工作条件较其他建筑物更为复杂。

④水利工程的效益具有随机性,根据每年水文状况不同而效益不同,农田水利工程还与气象条件的变化有密切联系。

⑤水利工程一般规模大,技术复杂,工期较长,投资多,兴建时必须按照基本建设程序和有关标准进行。


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