1
水工建筑物基础(第2版)
1.4.2.1 一、水利工程的类型
一、水利工程的类型

水资源的开发利用应首先考虑水资源的现状和开发的可能性,做到统筹兼顾、综合治理、综合经营,为整个国民经济的发展服务。发电、灌溉、航运、供水、工业生产等用水部门,要制定合理方案,尽量减少各方矛盾,使水资源得到最有效的利用。

要对水资源进行开发利用必须建设水利工程。水利工程是指对自然界的地表水和地下水进行控制和调配,以达到除害兴利的目的而修建的工程。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。

1.河道整治与防洪工程

河道整治主要是通过整治建筑物和其他措施,防止河道冲蚀、改道和淤积,使河流的外形和演变过程都能满足防洪与兴利等各方面的要求。一般防治洪水的措施是建设“上拦下排,两岸分滞”的工程体系。

“上拦”就是在河流上兴建水库。水库,作为一种蓄水工程,在汛期可以拦蓄洪水,削减洪峰,保护下游地区安全,拦蓄的水流还可以用来满足灌溉、发电、航运、供水和淡水养殖的需要。

水库的形成使库区内造成淹没,村镇、居民、工厂及交通等设施需要迁移重建;水库水位的升降可能引起岸坡大范围滑坡,造成库容减少甚至影响拦河坝的安全;在地震多发区,还可能诱发地震。

水库改变了河道的径流,下游河道流量发生了变化。在枯水期下泄的水流对航运、河道水质改善、维持生态平衡等方面均有利。如不放水,将使河道干涸,两岸地下水位降低,影响生态。

某些水库上游河道的入库处,由于流速降低,容易发生淤积,使河水下泄不畅,水库上游河道容易发生泛滥。

因此,应认真研究和合理解决这些问题,充分利用有利条件,使水库发挥最大效益。

“下排”就是疏浚河道,修筑堤防,提高河道泄洪能力,减轻洪水威胁。这是治标的办法,不能从根本上防治洪水。但是,在“上拦”工程没有完全控制洪水之前,筑堤防洪仍是一种重要有效的措施,而且要加强汛期河道的防护与管理工作,确保安全。

“两岸分滞”是在河道两岸适当位置,修建分洪闸、引洪道、滞洪区等,将超过河道安全泄量的洪峰流量,通过泄洪建筑物分流到该河道下游或其他水系,或者蓄于低洼地区(滞洪区),以保证河道两岸保护区的安全。滞洪区的规划与兴建应根据实际经济发展情况、人口因素、地理情况和国家的需要,由国家统筹安排。为了减少滞洪区的损失,必须做好通信、交通和安全措施等工作,并做好水文预报,只有万不得已时才运用分洪措施。

2.农田水利工程

农业是国民经济的基础,通过建闸修渠等工程措施,形成良好的灌、排系统来调节和改变农田水分状况和地区水利条件,使之符合农业生产发展的需要。农田水利工程一般包括以下几种。

(1)取水工程。从河流、湖泊、水库、地下水等水源适时适量地引取水量,用于农田灌溉的工程称之为取水工程。在河流中引水灌溉时,取水工程一般包括抬高水位的拦河坝(闸)、控制引水的进水闸、排沙用的冲沙闸和沉沙池等。当河流流量较大、水位较高,能满足引水灌溉要求时,可以不修建拦河坝(闸)。当河流水位较低又不宜修建坝(闸)时,可建提灌站,提水灌溉。

(2)输水配水工程。将一定流量的水流输送并配置到田间的建筑物统称为输水配水工程。如各级固定渠道系统及渠道上的涵洞、渡槽、分水闸等工程。

(3)排水工程。各级排水沟及沟道上的建筑物统称排水工程。其作用是将农田内多余水分排泄到一定范围以外,使农田水分保持适宜状态,满足植物根系水、肥、温、通气的需要,以适应农作物的正常生长,如排水沟、排水闸等。

3.水力发电工程

将水能通过水轮机转换为机械能,再通过发电机将机械能转换为电能的工程称为水力发电工程,又称水电站。

水头和流量是水力发电的两个基本要素。为了有效地利用天然河道的水能,常采用工程措施,修建能集中落差和流量的水工建筑物,使水流符合水力发电的要求。在山区常用的水能开发方式是拦河筑坝,形成水库,它既可以调节径流又可以集中落差。在坡度很陡或有瀑布、急滩、弯道的河段,而上游又不允许淹没时,可以沿河岸修建引水建筑物(渠道、隧洞),以便集中落差和流量,修建水电站开发水能。

4.给水和排水工程

给水是将水从天然水源中取出,经过净化、加压,用管网供给城市、工矿企业等用水部门;排水是排除工矿企业及城市废水、污水和地面雨水。城市供水对水质、水量及供水可靠性要求很高;排水必须符合国家规定的污水排放标准。

我国水源不足,现有供水、排水能力与科技和生产发展以及人民物质文化生活水平的不断提高不相适应,特别是城市供水与排水的要求越来越高;水污染问题不仅加剧了水资源的供需矛盾,而且污染环境,影响生态。

5.水运工程

水运包括船运与筏运(也称木、竹浮运)。发展航运对物质交流、繁荣市场、促进经济和文化发展是很重要的。它运费低廉,运输量大。内河航运通道有天然水道(河流、湖泊等)和人工水道(运河、河网、水库、梯级船闸等)两种。

利用天然河道通航,必须进行疏浚、河床整治、改善河流的弯曲情况、设立航道标志,以建立稳定的航道。当河道通航深度不足时,可以通过拦河建闸、坝的措施抬高河道水位;或利用水库进行径流调节,改善水库下游的通航条件。人工水道开发,是人们为了改善航运条件开挖的人工运河、河网及相应的建筑物,以便缩短航程,节约人力、物力、财力。

水运航道上如建有闸、坝等拦水建筑物时,应同时修建通航建筑物。如果船舶不多、货运量不大,可以设中转码头;如果航线较为重要,运输任务较大,则宜采用升船机、船闸、过木道等建筑物,使船只、木排直接通过。例如,在三峡和葛洲坝水利枢纽中布置船闸来满足长江的通航需要。

6.生态水利工程

生态水利工程是保护河流生态环境的工程。水利工程除了要满足人类社会生产和发展的需要外,还要能够维护河流生态系统稳定性和生物多样性的需求。传统的水利工程对生态环境会产生多种负面影响,包括建坝对河流的人工渠化、自然河流的非连续化、跨流域调水工程对水源调出区的影响等。生态水利工程从流域整体出发,把维护河流生态环境的健康与河流的开发利用统一起来,努力实现资源开发与生态环境效益两个目标最优化,从工程规划、设计、施工、运行各阶段采取措施减轻对河流生态环境的负面影响,在合理开发利用水力资源的同时,担负起生态环境保护的责任,做到经济效益与生态效益并重,人与环境和谐统一。