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水利工程(水利专业术语)

水利工程是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。水利工程需要修建坝、堤、溢洪道、水闸、进水口、渠道、渡漕、筏道、鱼道等不同类型的水工建筑物,以实现其目标。

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。

蓄水工程指水库和塘坝(不包括专为引水、提水工程修建的调节水库),按大、中、小型水库和塘坝分别统计。

引水工程指从河道、湖泊等地表水体自流引水的工程(不包括从蓄水、提水工程中引水的工程),按大、中、小型规模分别统计。 提水工程指利用扬水泵站从河道、湖泊等地表水体提水的工程(不包括从蓄水、引水工程中提水的工程),按大、中、小型规模分别统计。调水工程指水资源一级区或独立流域之间的跨流域调水工程,蓄、引、提工程中均不包括调水工程的配套工程。地下水源工程指利用地下水的水井工程,按浅层地下水和深层承压水分别统计。

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。影响面广。

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。

可供水量分为单项工程可供水量与区域可供水量。一般来说,区域内相互联系的工程之间,具有一定的补偿和调节作用,区域可供水量不是区域内各单项工程可供水量单相加之和。区域可供水量是由新增工程与原有工程所组成的供水系统,根据规划水平年的需水要求,经过调节计算后得出。

区域可供水量

区域可供水量是由若干个单项工程、计算单元的可供水量组成。区域可供水量,一般通过建立区域可供水量预测模型进行。在每个计算区域内,将存在相互联系的各类水利工程组成一个供水系统,按一定的原则和运行方式联合调算。联合调算要注意避免重复计算供水量。对于区域内其他不存在相互联系的工程则按单项工程方法计算。可供水量计算主要采用典型年法,来水系列资料比较完整的区域,也有采用长系列调算法进行可供水量计算。

蓄水工程

指水库和塘坝(不包括专为引水、提水工程修建的调节水库),按大、中、小型水库和塘坝分别统计。

提水工程

指利用扬水泵站从河道、湖泊等地表水体提水的工程(不包括从蓄水、引水工程中提水的工程),按大、中、小型规模分别统计。

调水工程

指水资源一级区或独立流域之间的跨流域调水工程,蓄、引、提工程中均不包括调水工程的配套工程。

地下水源工程

指利用地下水的水井工程,按浅层地下水和深层承压水分别统计。

地下水利用

研究地下水资源的开发和利用,使之更好地为国民经济各部门(如城市给水、工矿企业用水、农业用水等)服务。农业上的地下水利用,就是合理开发与有效地利用地下水进行灌溉或排灌结合改良土壤以及农牧业给水。必须根据地区的水文地质条件、水文气象条件和用水条件,进行全面规划。

在对地下水资源进行评价和摸清可开采量的基础上,制订开发计划与工程措施。在地下水利用规划中要遵循以下原则:(1)充分利用地面水,合理开发地下水,做到地下水和地面水统筹安排;(2)应根据各含水层的补水能力,确定各层水井数目和开采量,做到分层取水,浅、中、深结合,合理布局;(3)必须与旱涝碱咸的治理结合,统一规划,做到既保障灌溉,又降低地下水位、防碱防渍;既开采了地下水,又腾空了地下库容;使汛期能存蓄降雨和地面径流,并为治涝治碱创造条件。在利用地下水的过程中,还须加强管理,避免盲目开采而引起不良后果。

浅层地下水

指与当地降水、地表水体有直接补排关系的潜水和与潜水有紧密水力联系的弱承压水。

其他水源工程

包括集雨工程、污水处理再利用和海水利用等供水工程。

集雨工程

指用人工收集储存屋顶

无论是治理水害或开发水利,都需要通过一定数量的水工建筑物来实现。按照功用,水工建筑物大体分为三类:①挡水建筑物;②泄水建筑物;③专门水工建筑物。由若干座水工建筑物组成的集合体称水利枢纽。

挡水建筑物

阻挡或拦束水流、拥高或调节上游水位的建筑物,一般横跨河道者称为坝,沿水流方向在河道两侧修筑者称为堤。 坝是形成水库的关键性工程。近代修建的坝,大多数采用当地土石料填筑的土石坝或用混凝土灌筑的重力坝,它依靠坝体自身的重量维持坝的稳定。当河谷狭窄时,可采用平面上呈弧线的拱坝。在缺乏足够筑坝材料时,可采用钢筋混凝土的轻型坝(俗称支墩坝),但它抵抗地震作用的能力和耐久性都较差。砌石坝是一种古老的坝,不易机械化施工,主要用于中小型工程。大坝设计中要解决的主要问题是坝体抵抗滑动或倾覆的稳定性、防止坝体自身的破裂和渗漏。土石坝或砂、土地基,防止渗流引起的土颗粒移动破坏(即所谓“管涌”和“流土”)占有更重要的地位。在地震区建坝时,还要注意坝体或地基中浸水饱和的无粘性砂料、在地震时发生强度突然消失而引起滑动的可能性,即所谓“液化现象”(见砂土液化)。

泄水建筑物

能从水库安全可靠地放泄多余或需要水量的建筑物。历史上曾有不少土石坝,因洪水超过水库容量而漫顶造成溃坝。为保证土石坝的安全,必须在水利枢纽中设河岸溢洪道,一旦水库水位超过规定水位,多余水量将经由溢洪道泄出。混凝土坝有较强的抗冲刷能力,可利用坝体过水泄洪,称溢流坝。 修建泄水建筑物,关键是要解决好消能和防蚀、抗磨问题。泄出的水流一般具有较大的动能和冲刷力,为保证下游安全,常利用水流内部的撞击和摩擦消除能量,如水跃或挑流消能等。当流速大于每秒10~15米时,泄水建筑物中行水部分的某些不规则地段可能出现所谓空蚀破坏,即由高速水流在临近边壁处出现的真空穴所造成的破坏。防止空蚀的主要方法是尽量采用流线形体形,提高压力或降低流速,采用高强材料以及向局部地区通气等。多泥沙河流或当水中夹带有石渣时,还必须解决抵抗磨损的问题。

专门水工建筑物

除上述两类常见的一般性建筑物外,为某一专门目的或为完成某一特定任务所设的建筑物。渠道是输水建筑物,多数用于灌溉和引水工程。当遇高山挡路,可盘山绕行或开凿输水隧洞穿过(见水工隧洞);如与河、沟相交,则需设渡槽或倒虹吸,此外还有同桥梁、涵洞等交叉的建筑物。水力发电站枢纽按其厂房位置和引水方式有河床式、坝后式、引水道式和地下式等。水电站建筑物主要有集中水位落差的引水系统,防止突然停车时产生过大水击压力的调压系统,水电站厂房以及尾水系统等。通过水电站建筑物的流速一般较小,但这些建筑物往往承受着较大的水压力,因此,许多部位要用钢结构。水库建成后大坝阻拦了船只、木筏、竹筏以及鱼类回游等的原有通路,对航运和养殖的影响较大。为此,应专门修建过船、过筏、过鱼的船闸、筏道和鱼道。这些建筑物具有较强的地方性,修建前要作专门研究。

水利工程规划的目的是全面考虑、合理安排地面和地下水资源的控制、开发和使用方式,最大限度地做到安全、经济、高效。水利工程规划要解决的问题大体有以下几个方面:根据需要和可能确定各种治理和开发目标,按照当地的自然、经济和社会条件选择合理的工程规模,制定安全、经济、运用管理方便的工程布置方案。因此,应首先做好被治理或开发河流流域的水文和水文地质方面的调查研究工作,掌握水资源的分布状况。

工程地质资料是水利工程规划中必须先行研究的又一重要内容,以判别修建工程的可能性和为水工建筑物选择有利的地基条件并研究必要的补强措施。水库是治理河流和开发水资源中普遍应用的工程形式。在深山狭谷或丘陵地带,可利用天然地形构成的盆地储存多余的或暂时不用的水,供需要时引用。因此,水库的作用主要是调节径流分配,提高水位,集中水面落差,以便为防洪、发电、灌溉、供水、养殖和改善下游通航创造条件。为此,在规划阶段,须沿河道选择适当的位置或盆地的喉部,修建挡水的拦河大坝以及向下游宣泄河水的水工建筑物。在多泥沙河流,常因泥沙淤积使水库容积逐年减少,因此还要估计水库寿命或配备专门的冲沙、排沙设施。

现代大型水利工程,很多具有综合开发治理的特点,故常称“综合利用水利枢纽工程”。它往往兼顾了所在流域的防洪、灌溉、发电、通航、河道治理和跨流域的引水或调水,有时甚至还包括养殖、给水或其它开发目标。然而,要制止水患开发水利,除建设大型骨干工程外,还要依靠大量的中小型水利工程,从面上控制水情并保证大型工程得以发挥骨干效用。防止对周围环境的污染,保持生态平衡,也是水利工程规划中必须研究的重要课题。由此可见,水利工程不仅是一门综合性很强的科学技术,而且还受到社会、经济甚至政治因素的制约。

我国人均水资源并不丰富,且时空分布不均,这决定了我国是一个水旱灾害频繁而严重的国家。

《2013-2017年中国水利工程行业领先企业经营策略与优劣势分析报告》显示,我国水旱灾害直接经济损失占各类自然灾害直接经济总损失的60%左右。1990年以来,全国年均洪涝灾害损失在1100亿元左右,约占同期GDP 的2%;遇到发生流域性大洪水的年份,该比例可达3%-4%。水利工程行业是一个极度依赖政府投资的行业,而水利投资长期滞后导致了减灾效果的不理想。

数据显示,水利投资占FAI、GDP的比重在2002-2008年间持续下滑,2009年由于四万亿投资拉动而略有上升,占到GDP的0.56%,2010年水利建设投资为2328亿元,占到GDP的0.58%,但依然保持较低水平,无法适应经济高速发展,预计水利建设将全面加速。

国务院2010年11月份批复的《全国水资源综合规划》为未来15-20年间水资源的综合开发、利用、节约和保护等定下主基调,水资源正式上升到国家资源战略层面的高度。由于关乎通胀和粮食安全问题,农村水利将成为重中之重;而为达到节能减排目标,水电建设预计仍将持续快速推进。

水利行业从2009年开始已迈入了加速通道,上行趋势已经确立,“十二五”期间水利建设投资将达到2.11万亿,比“十一五”期间增长183.85%。

随着水利工程行业竞争的不断加剧,大型水利工程企业间并购整合与资本运作日趋频繁,国内优秀的水利工程企业愈来愈重视对行业市场的研究,特别是对企业发展环境和客户需求趋势变化的深入研究。正因为如此,一大批国内优秀的水利工程企业迅速崛起,逐渐成为水利工程行业中的翘楚!

当前世界多数国家出现人口增长过快,可利用水资源不足,城镇供水紧张,能源短缺,生态环境恶化等重大问题,都与水有密切联系。水灾防治、水资源的充分开发利用成为当代社会经济发展的重大课题。水利工程的发展趋势主要是:①防治水灾的工程措施与非工程措施进一步结合,非工程措施越来越占重要地位;②水资源的开发利用进一步向综合性、多目标发展;③水利工程的作用,不仅要满足日益增长的人民生活和工农业生产发展的需要,而且要更多地为保护和改善环境服务;④大区域、大范围的水资源调配工程,如跨流域引水工程,将进一步发展;⑤由于新的勘探技术、新的分析计算和监测试验手段以及新材料、新工艺的发展,复杂地基和高水头水工建筑物将随之得到发展,当地材料将得到更广泛的应用,水工建筑物的造价将会进一步降低;⑥水资源和水利工程的统一管理、统一调度将逐步加强。研究防止水患、开发水利资源的方法及选择和建设各项工程设施的科学技术。主要是通过工程建设,控制或调整天然水在空间和时间的分布,防止或减少旱涝洪水灾害,合理开发和充分利用水利资源,为工农业生产和人民生活提供良好的环境和物质条件。水利工程包括排水灌溉工程(又称农田水利工程)、水土保持工程、治河工程、防洪工程、跨流域的调水工程、水力发电工程和内河航道工程等。其他如养殖工程、给水和排水工程、海岸工程等,虽和水利工程有关,但现常被列为土木工程的其他分支或其他专门性的工程学科。水利工程原是土木工程的一个分支。由于水利工程本身的发展,逐渐具有自己的特点,以及在国民经济中的地位日益重要,已成为一门相对独立的技术学科,但仍和土木工程的许多分支保持着密切的联系。

水利工程的施工有许多地方和其它土木工程类同。导流问题是水利工程施工中的重要环节,常常控制着工程进度。在宽阔河道,一般采用分段围堰的方法,先在河道一侧围出基坑进行这一段拦河闸坝的施工,河水由另一侧通过。这一侧完工后,便转移至另一侧施工,河水从已建的部分建筑物通过。用围堰拦截水流强令其转移至已建工程通过,称为截流。此外,还有采用河岸泄水隧洞或坝身底孔导流,这些洞和孔有时专为施工期的导流而设,但也可在施工完毕后留作永久泄水设施。水利工程的施工周期一般都较长,短则1~2年,长则5~10年。水利工程的安危常关系到国计民生,工程建成后如不妥善管理,不仅不能积极发挥应有的效用,而且会带来不幸和灾难。运营管理工作中最主要的是监测、维修和科学地使用。为此,每个水利工程一般都设有专门的运营管理机构,它是管理单位,又是生产单位。一个大型综合利用水利枢纽工程,往往和国民经济中的若干部门有关。为更有效地发挥工程作用和充分经济、合理、安全地利用水力资源,必需加强协调和统一指挥。


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