0.1 我国的水资源及水利水电工程建设
0.1.1 水资源
水是生命之源、生产之要、生态之基。兴水利、除水害,事关人类生存、经济发展、社会进步,历来是世界各国治国安邦的大事。地球上的总水量约为14.50亿km3,其中约97.0%的地球水是海洋中的咸水。通过大气循环,以降水、径流方式在陆地运行的淡水相对就很少了。淡水资源只占总水量的3.0%左右,在这3.0%中又有87%是人类难以利用的两极冰川、高山冰川和永冻地带的冰雪等。人类能够利用的只是江、河、湖、泊以及地下水的一部分,仅仅不到地球总水量的0.30%。就是这些水支撑着人类的生存、繁衍和发展,支撑着地球上万事万物的运动。
全球年径流总量为470000亿m3,按50亿人口计,平均每人拥有9400m3,这是最重要的一部分水。但这部分水在时间和空间上的分布极不均衡:巴西、俄罗斯、加拿大、中国、美国、印度尼西亚、印度、哥伦比亚和刚果等9个国家的淡水资源就占了世界淡水资源总量的60%。
我国幅员辽阔,河流也不少(流域面积超过1000km2的大河有1598条),年径流总量约27800亿m3,而按人口平均则仅约相当于全球平均数的1/4。所以,从人均占有量来看,我国的水资源并不丰富,而降水、径流在时间和地域上的分布相对更不均衡,南方一日雨量可远超过西北地区全年降水量,同一地区,一次暴雨可超过多年平均年降水量,这就导致我国各地历史上洪、涝、旱灾频发。
我国的水资源虽然不丰富,但是由于大多数河流沿程落差巨大,可用于发电的水能资源十分丰富。全国水能理论蕴藏量达6.8亿kW,其中技术可开发的也达4.9亿kW,年发电量可达19100亿kW·h以上,这些数字均居世界首位。因此,利用我国这一优势,大力发展水力发电,对解决我国社会建设发展过程中的能源问题具有决定性意义。
随着近年来世界范围内环境问题日趋严重以及能源短缺、不平衡问题突出,全世界对水这一基本无污染、可循环利用的资源的认可度越来越高。为有效促进我国社会国民经济发展、社会稳定、资源保护、环境保护,国家近年来出台了一系列文件、政策法规来推进水资源保护以及水资源有效、高效、安全利用,推动循环经济、低碳经济的发展。因此,大力发展治河防洪、水利水电事业是我国经济社会发展的根本需要。
0.1.2 水利水电工程
水利工程是指以除害兴利为目的兴建的对自然界地表水和地下水进行控制和调配的工程。
按水利工程对水的作用不同,可分为蓄水工程、排水工程、取水工程、输水工程、提水工程、水质净化和污水处理工程等。
按水利工程承担任务不同,可分为防洪工程、农田水利工程、水力发电工程、供水和排水工程、航运工程、环境水利工程等。
0.1.2.1 防洪工程
防洪工程是指建立“上蓄下排”的防洪工程体系。
“上蓄”就是拦蓄水流,调节进入下游河道的流量。主要措施有:在山地丘陵地区实施有效水土保持措施,拦截水土,有效减少地面径流;在干、支流的中上游兴建水库拦蓄洪水,调节下泄流量保证下游河道安全过流。由于拦蓄水流,使水库水位抬高、形成水库,可以用来进行灌溉、发电、供水、航运、淡水养殖和旅游等。
“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。筑堤防洪是一种重要有效的工程措施,同时也需要加强汛期的防护、管理、监督等非工程措施,以确保安全。
此外,还可以采用“两岸分滞”的措施,在河道两岸适当位置修建分洪闸、滞(蓄、泛)洪区等,将超过河道安全泄量的洪峰流量通过分洪建筑物分流到该河道下游或其他水系或滞(蓄、泛)洪区,以保证河道两岸保护区的安全。滞(蓄、泛)洪区的规划与兴建,应根据当地经济发展状况、人口因素、地理情况和国家的需要,由国家统一安排。
0.1.2.2 农田水利工程
农田水利工程是通过修闸建渠等工程措施,构建灌、排系统,调节和改变农田水分状态和地区水利条件,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项内容。
(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的工程称为取水工程。河流取水工程一般包括拦河坝(闸)、进水闸、冲沙闸、沉沙池等建筑物。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),直接引水灌溉。当水源水位较低时,可建提灌站(泵站),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的综合体称为输水配水工程,如各级固定渠道系统及渠道上的涵洞、渡槽、分水闸等。
(3)农田排水工程。将暴雨或农田内多余水分排泄到一定范围之外,使农田水分保持适宜状态,以适应农作物的正常生长的工程称为农田排水工程。它包括各级排水渠及渠系建筑物。农田排水工程也需要考虑化肥农药残渣的污染问题。
0.1.2.3 水力发电工程
将水流的能量通过水轮机转换为机械能,并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。
落差、流量是水力发电的基本要素。为了能够利用天然河道的水能,需要采用工程措施集中落差,输送水量,使水流符合水力发电工程的要求。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,可以沿河岸修建引水建筑物(渠道、水洞)来集中落差。有条件的可以同时采用拦河坝和引水建筑物方式来开发水能。
0.1.2.4 供水和排水工程
供水工程是指从天然河道、水库等水源取水,经过净化、加压后通过配水管网供给城市、工矿企业等用水部门用水的工程。城市供水对水质、水量及供水可靠性的要求很高。
城市排水工程是指与工矿企业及城市排出的废水、污水和地面雨水相关的工程。排水必须符合国家规定的污水排放标准。
0.1.2.5 航运工程
航运包括船运与筏运(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。内河航运有天然水道(河流、湖泊等)和人工水道(运河、河网、水库、渠化河流等)两种。
利用天然河道通航,必须进行疏浚、河床整治、改善河道的弯曲状态,设立航道标志,以建立稳定的航道。当河道航运深度不足时,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。
在航道上如建水闸、坝等拦河建筑物时,应同时修建通航建筑物。通航建筑物主要有升船机、船闸、木道等。
0.1.2.6 环境水利工程
环境水利工程指为改善和保护环境而修建的一系列工程或工程措施。包括以下内容。
(1)水资源保护。可分为水质和水量两个方面。前者包括水质监测、水质调查与评价、水质管理、水质规划、水质预测等。后者包括节约用水和污水重新利用等。
(2)水利工程的环境影响监测评价措施。
(3)流域(区域)、城市环境水利。包括流域(区域)、城市环境水利规划,水污染综合防治和环境水利经济等。
0.1.3 我国水利水电工程建设的发展
我国是水利大国,特殊的自然地理条件决定了除水害、兴水利历来是我国治国安邦的大事。水利兴则天下定、百业兴。历代善治国者均以治水为重。1949年前,水利基础设施非常薄弱,水旱灾害十分频繁。中华人民共和国成立后,党和政府对水利高度重视,领导全国各族人民进行了大规模水利建设,取得了举世瞩目的成就。从1949年到2017年,水利事业得到了前所未有的发展,取得了辉煌的成就。
中华人民共和国成立后,按照“蓄泄兼筹”和“除害与兴利相结合”的方针,对大江大河进行了大规模的治理。全国已建成江河五级以上堤防29.60万km,累计达标堤防19.27万km,全国已建成各类水库97800余座,水库总库容8394亿m3。其中,大型水库697座,总库容6617亿m3,全国主要江河初步形成了以堤防、河道整治、水库、蓄滞洪区等为主的工程防洪体系,以及预测预报、防汛调度、洪泛区管理、抢险救灾等非工程防护体系,使我国主要江河的防洪能力有了明显的提高。
在农田水利事业方面,我国设计灌溉面积大于2000亩及以上的灌区共22448处,总面积5.10亿亩,50万亩以上灌区176处,30万~50万亩大型灌区280处。截至2014年年底,全国耕地灌溉面积9.68亿亩,占全国耕地面积的53%。全国已累计建成日取水大于等于20m3的供水机电井或内径大于200mm的灌溉机电井共469.1万眼。全国已建成各类装机流量1m3/s或装机功率50kW以上的泵站90982处,其中大型泵站366处,中型泵站4139处,小型泵站86477处。全国除涝面积累计达3.36亿亩,节水灌溉面积已达4.50亿亩。
水力发电已成为我国日益重要的能源供应。我国水能资源丰富,理论蕴藏量为6.76亿kW,技术可开发资源为4.93亿kW,均占世界第一位。经过60年的开发建设,一大批举世闻名的水利水电枢纽工程已经建成或正在建设。
1910年8月,中国内地第一座水电站——石龙坝水电站在昆明开工建设。中华人民共和国成立初,全国水电装机容量仅为36万kW,年发电量12亿kW·h。到2016年年底,全国已建水电站装机容量3.37亿kW,预计2030年将突破4.0亿kW。在水电建设中,农村水电已经成为一支重要力量。截至2014年年底,全国共建成农村水电站47073座,装机容量7322万kW,占全国水电装机容量的24.3%。全国农村水电年发电量2281亿kW·h,占全国水电发电量的21.4%。