2020水利水电工程概述.pptx
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1、 水利水电工程概论水利水电工程概论第一章 绪论水资源与水利工程水资源与水利工程1 23 水电站的典型布置型式水电站的典型布置型式4 我国水资源与水能资源我国水资源与水能资源 我国水电建设历史与规划我国水电建设历史与规划第一节第一节 水资源水资源与水利工程与水利工程v水资源是人类生存及社会发展的一项水资源是人类生存及社会发展的一项基本基本因素因素,随着生产的发展和生活水平的不断,随着生产的发展和生活水平的不断提高,人们对水的要求提高,人们对水的要求日益增多日益增多,而大自,而大自然的然的来水来水:地域、年际、年内分配不均,:地域、年际、年内分配不均,使来水与供水的矛盾日益使来水与供水的矛盾日益尖
2、锐尖锐,解决这种,解决这种矛盾的根本措施是修建矛盾的根本措施是修建水利工程水利工程。第一节第一节 水资源水资源与水利工程与水利工程年用水量预计以每年年用水量预计以每年640亿亿m3 的速度增长的速度增长(World Water Report)为满足为满足2025年全球粮食需求,需要新增近年全球粮食需求,需要新增近2万亿万亿 m3 灌溉用水(相当于灌溉用水(相当于24条尼罗河条尼罗河的年径流量)的年径流量)用水需求用水需求第一节第一节 水资源水资源与水利工程与水利工程 人人类类可可以以利利用用的的淡淡水水总总量量约约为为0.380.38亿亿kmkm3 3 ,仅仅占占全全球球总总水水量量的的2.5
3、%2.5%,这这其其中中大大部部分分(近近7070)是是固固体体冰冰川川,即即分分布布在在两两极极地地区区和和中中、低低纬纬度度地地区区的的高高山山冰冰川川,还还很很难难加加以以利利用用。目目前前人人类类比比较较容容易易利利用用的的淡淡水水资资源源,主主要要是是河河流流水水、淡淡水水湖湖泊泊水水,以以及及浅浅层层地地下下水水,储储量量约约占占全全球球淡淡水水总总储储量量的的0.30.3,只只占占全全球球总总储储水水量量的的十十万万分分之之七七。据据研研究究,从从水水循循环环的的观观点点来来看看,全全世世界界真真正正有有效效利利用的淡水资源每年约有用的淡水资源每年约有90009000立方米。立方
4、米。第一节第一节 水资源水资源与水利工程与水利工程 人人类类可可以以利利用用的的淡淡水水总总量量约约为为0.380.38亿亿kmkm3 3 ,仅仅占占全全球球总总水水量量的的2.5%2.5%,这这其其中中大大部部分分(近近7070)是是固固体体冰冰川川,即即分分布布在在两两极极地地区区和和中中、低低纬纬度度地地区区的的高高山山冰冰川川,还还很很难难加加以以利利用用。目目前前人人类类比比较较容容易易利利用用的的淡淡水水资资源源,主主要要是是河河流流水水、淡淡水水湖湖泊泊水水,以以及及浅浅层层地地下下水水,储储量量约约占占全全球球淡淡水水总总储储量量的的0.30.3,只只占占全全球球总总储储水水量
5、量的的十十万万分分之之七七。据据研研究究,从从水水循循环环的的观观点点来来看看,全全世世界界真真正正有有效效利利用的淡水资源每年约有用的淡水资源每年约有90009000立方米。立方米。第一节第一节 水资源水资源与水利工程与水利工程世世界界水水分分布布图图第一节第一节 水资源水资源与水利工程与水利工程淡水短缺水资源短缺加剧到2025年,水短缺的国家将增加至48个,涉及全球30亿人口人均水资源量(19502050)11亿人缺乏安全饮水24亿人缺少卫生设施2.11 亿人受自然灾害影响世界面临着空前严峻的能源与水安全问题20亿人缺乏电力供应第一节第一节 水资源水资源与水利工程与水利工程v最大的世界性问
6、题最大的世界性问题 水匮乏水匮乏v世世界界银银行行最最新新提提供供的的报报告告警警告告:世世界界上上近近40%的的人人口口难难保保有有足足够够的的洁洁净净用用水水。水水资资源源已已经经到到了了严严重重不不足足的的阶阶段段。一一些些环环境境和和资资源源学学家家也也指指出出,不不远远的的将将来来,水水缺缺乏乏将将成为地球环境方面最大的难题。成为地球环境方面最大的难题。第一节第一节 水资源水资源与水利工程与水利工程冰川消融极端天气事件增加以洪水和干旱为代表的极端天气事件频繁发生2010年中国西南的干旱年中国西南的干旱v所谓水利工程,是指对自然界的地表水和所谓水利工程,是指对自然界的地表水和地下水进行
7、控制和调配,以达到地下水进行控制和调配,以达到除害兴利除害兴利目的而修建的工程。目的而修建的工程。v水利工程对水资源的综合利用主要包括水利工程对水资源的综合利用主要包括:第一节第一节 水资源水资源与水利工程与水利工程1、防洪工程:控制、防御洪水以减免洪灾损失所修建的工程3、环境水利工程:防止水土流失和水质污染,维护生态平衡7、航道和港口工程:改善和创建航运条件2、农田水利工程:防止旱、涝、渍灾,为农业生产服务4、水力发电工程:利用水的位能发电5、给排水工程:为工业和生活供水,处理和排除污水6、渔业水利工程:保护和增进渔业生产累计的直接经济损失超过了累计的直接经济损失超过了1.1万亿元,约相当于
8、万亿元,约相当于同期财政收入的同期财政收入的1/5。陕西山西河南旱灾陕西山西河南旱灾 世界银行曾测算,中国每年干旱造成的损失约为350亿美元中国仅水和大气造成的污染,年损失为540亿美元,占中国年GDP的8%。全国主要城镇污染分布图全国主要城镇污染分布图 水水电电站站是是水水利利枢枢纽纽的的一一个个重重要要组组成成部部分分,是是利利用用水水力力资资源源发发电电的的场场所所,是是水水、机机、电电的的综合体。综合体。水水力力发发电电是是通通过过水水电电站站枢枢纽纽来来实实现现的的。在在这这里里,水水电电站站相相当当于于一一个个将将水水能能转转换换为为电电能能的的工工厂厂,水水能能(水水头头和和流流
9、量量)相相当当于于这这个个工工厂厂的的生生产产原原料料。电电能能相相当当于于其其生生产产的的产产品品,水水轮轮机机和水轮发电机则是其最主要的生产设备。和水轮发电机则是其最主要的生产设备。v水电站的基本原理 在在水水库库中中的的水水体体具具有有较较大大的的位位能能,当当水水体体通通过过隧隧洞洞、压压力力水水管管流流经经安安装装在在水水电电站站厂厂房房内内的的水水轮轮机机时时,水水流流带带动动水水轮轮机机转转轮轮旋旋转转,此此时时水水能能转转变变为为旋旋转转机机械械能能,水水轮轮机机转转轮轮带带动动发发电电机机转转子子旋旋转转切切割割磁磁力力线线,在在发发电电机机的的定定子子绕绕组组上上就就产产生
10、生了了感感应应电电感势感势,一旦发电机和外电路接通,就可供电。,一旦发电机和外电路接通,就可供电。电站整体示意图电站整体示意图 进水口进水口引水道引水道调压井调压井变压器变压器厂房内部结构图厂房内部结构图水轮机转轮水轮机转轮发电机转子发电机转子水轮机蜗壳水轮机蜗壳尾水管尾水管大轴大轴水力发电动画水力发电动画 水水电电站站上上、下下游游水水位位差差H HO O称称为为水水电电站站的的静静水水头头。设设水水电电站站某某时时刻刻的的静静水水头头为为H HO O,在在时时间间t t内内有有体体积积为为V V的的水水体体经经水水轮轮机机排排入入下下游游。若若不不考考虑虑进进出出口口水水流流动动能能变变化
11、化和和能能量量损损失失,则则体体积积为为V V的的水水体体在在时时间间t t内内向向水水电电站站供供给给的的能量应等于水体所减少的位能。能量应等于水体所减少的位能。第一节第一节 水资源水资源与水利工程与水利工程 实实际际上上,在在由由水水能能到到电电能能的的转转变变过过程程中中,不不可可避避免免地地会会产产生生能能量量损损失失。这这种种损损失失表表现现在在两两个个方方面面:一一方方面面,在在水水流流自自上上游游引引到到下下游游的的过过程程中中,存存在在引引水水道道的的水水头头损损失失;另另一一方方面面,在在水水轮轮机机、发发电电机机和和传传动动设设备备中中也也将将损损失失一一部部分分能能量量。
12、水电站出力:水电站出力:N=9.81QHN=9.81QH 发电必须有流量和水头。发电必须有流量和水头。第一节第一节 水资源水资源与水利工程与水利工程v水电站的优缺点水电站的优缺点优点:优点:1.1.成本低,成本低,回报率高回报率高v1.水电是可再生能源,不需要消耗燃料(煤炭,石油,天然气),同时节省了开采和运输的费用 v2.电站所需运行人员少,节约了人力资源2.2.运行上具有高度机动性运行上具有高度机动性3.3.无化学和热污染,是无化学和热污染,是最清洁最清洁的能源的能源20102010年中国温室气体减排目标中,由年中国温室气体减排目标中,由50%50%(5 5亿亿t t)由水电承担由水电承担
13、第一节第一节 水资源水资源与水利工程与水利工程能源回报率能源回报率(Energy payback ratio)-以火力发电厂为例以火力发电厂为例 运行期内发出的所有电力运行期内发出的所有电力 建设期、运行期消耗的所有电力建设期、运行期消耗的所有电力(Luc Gagnon,hydro2009)消消耗耗的的所所有有电电力力包包括括建建设设期期、运运行行期期所所消消耗耗的的所所有有电电力力既既包包括括直直接接能能源源消消耗耗,如如机机械械设设备备运运行行、照照明明耗耗能能等等,也也包包括括建建筑筑材材料料、煤煤炭炭等等制制造造、运运输输等等过过程程的的耗能耗能。水电的能源回报率最高=可再生能源回报率
14、第一节第一节 水资源水资源与水利工程与水利工程不可再生能源回报率第一节第一节 水资源水资源与水利工程与水利工程缺点:缺点:1.1.淹没损失和移民问题淹没损失和移民问题2.2.土建工程量大,一次投资大,工期长土建工程量大,一次投资大,工期长v优良的水电工程常位于边远山区,造成建设和优良的水电工程常位于边远山区,造成建设和输电困难。输电困难。v小型工程为小型工程为 3 35 5 年,中型工程为年,中型工程为 8 810 10 年,年,大型工程为大型工程为 10 10 年以上。年以上。3.3.对对自然生态自然生态的不利影响的不利影响v水电站的优缺点水电站的优缺点缺点:缺点:1.1.淹没损失和移民问题
15、淹没损失和移民问题2.2.土建工程量大,一次投资大,工期长土建工程量大,一次投资大,工期长v优良的水电工程常位于边远山区,造成建设和优良的水电工程常位于边远山区,造成建设和输电困难。输电困难。v小型工程为小型工程为 3 35 5 年,中型工程为年,中型工程为 8 810 10 年,年,大型工程为大型工程为 10 10 年以上。年以上。3.3.对对自然生态自然生态的不利影响的不利影响v水电站的优缺点水电站的优缺点三三峡峡水水库库将将淹淹没没陆陆地地面面积积632632平平方方公公里里,涉涉及及重重庆市、湖北省的庆市、湖北省的2020个县(市)。个县(市)。三三峡峡水水库库淹淹没没涉涉及及城城市市
16、2 2座座、县县城城1111座座、集集镇镇116116个个;水水库库淹淹没没线线以以下下共共有有耕耕地地2.452.45万万公公顷顷;淹淹没没公公路路824.25824.25公公里里,水水电电站站9.229.22万万千千瓦瓦;淹淹没没区区房房屋屋面面积积为为3459.63459.6万万平平方方米米,淹淹没没区区居居住住的的总总人人口口为为84.4184.41万万人人(其其中中农农业业人人口口36.1536.15万万人)。人)。第一节第一节 水资源水资源与水利工程与水利工程v我国水电建设从解放初期装机我国水电建设从解放初期装机1616万千瓦,发万千瓦,发展到展到20022002年底装机年底装机8
17、6078607万千瓦,尽管在发展万千瓦,尽管在发展进程中曾数度遭遇困难和挫折,但是仍然顽进程中曾数度遭遇困难和挫折,但是仍然顽强地发展,从弱到强,由小到大。强地发展,从弱到强,由小到大。v在不同的历史时期,我国水电事业曾受到不在不同的历史时期,我国水电事业曾受到不同因素的制约,先后经历了同因素的制约,先后经历了技术制约技术制约、投资投资制约制约、市场制约市场制约和和生态制约生态制约四个发展阶段。四个发展阶段。第一节第一节 水资源水资源与水利工程与水利工程1.1.技术制约阶段技术制约阶段v新中国成立初期,我国水电事业受建筑材料新中国成立初期,我国水电事业受建筑材料和技术等因素制约,发展速度缓慢。
18、和技术等因素制约,发展速度缓慢。由于缺乏科学的筑坝技术和现代化的建筑材料、施由于缺乏科学的筑坝技术和现代化的建筑材料、施工机械,修建大坝主要靠人扛肩挑,机械化水平极工机械,修建大坝主要靠人扛肩挑,机械化水平极低,制约了水电事业的发展。低,制约了水电事业的发展。v如今技术制约阶段早已成为过去,中国目前如今技术制约阶段早已成为过去,中国目前有能力设计、修建任何类型的大坝。有能力设计、修建任何类型的大坝。第一节第一节 水资源水资源与水利工程与水利工程2.2.投资制约阶段投资制约阶段v在电力短缺的情况下,国家急需发展火电和水电。在电力短缺的情况下,国家急需发展火电和水电。v为加快电力建设,国家制定了各
19、种优惠政策鼓励水为加快电力建设,国家制定了各种优惠政策鼓励水电发展。电发展。譬如采用譬如采用“两分钱两分钱”政策,每度电附加两分钱,政策,每度电附加两分钱,调动各地的办电积极性。修建三峡工程,也采用了全国每度调动各地的办电积极性。修建三峡工程,也采用了全国每度电加四厘钱的办法。这一时期只要能筹集到资金,电站就可电加四厘钱的办法。这一时期只要能筹集到资金,电站就可以建,反之则难以建设。以建,反之则难以建设。v由于水电建设的投资相对较大,回报周期较长,在由于水电建设的投资相对较大,回报周期较长,在相当长的一段时间内,我国水电发展主要受着资金相当长的一段时间内,我国水电发展主要受着资金的制约。的制约
20、。第一节第一节 水资源水资源与水利工程与水利工程3.3.市场制约阶段市场制约阶段v改改革革开开放放以以后后,我我国国经经济济实实力力逐逐步步增增强强,中中央央水水电电投资的增加,极大地缓解了水电建设的资金困难。投资的增加,极大地缓解了水电建设的资金困难。v随随着着水水电电事事业业的的进进一一步步发发展展,我我国国电电力力出出现现相相对对富富余余的的局局面面,水水电电面面临临新新的的发发展展格格局局,同同时时也也遇遇到到了了新新的的困困难难市市场场成成为为影影响响水水电电发发展展和和电电力力布布局局的的主要制约因素。主要制约因素。有有了了市市场场,电电站站就就可可以以建建;没没有有市市场场,项项
21、目目就就上上不不了了。决决定定电电站站建建与与不不建建、电电力力往往哪哪里里送送,市市场场是是主主要要的的制制约约因因素素。如如广广东东等等地地对对电电力力的的需需求求就为西南一批水电项目的开工建设提供了必要的市场。就为西南一批水电项目的开工建设提供了必要的市场。第一节第一节 水资源水资源与水利工程与水利工程4.4.生态制约阶段生态制约阶段v水水电电事事业业在在走走出出技技术术、资资金金、市市场场等等因因素素的的困困扰扰后后,又又面面临临新新的的问问题题,即即如如何何看看待待水水电电开开发发对对生态生态带来的影响。带来的影响。v当当前前,社社会会各各界界围围绕绕这这一一问问题题展展开开了了激激
22、烈烈的的讨讨论论,如如怒怒江江该该不不该该开开发发水水电电,都都江江堰堰的的杨杨柳柳湖湖电电站站该该不不该该建建等等等等;有有关关三三门门峡峡大大坝坝的的争争论本质也是这个问题。论本质也是这个问题。v这这些些争争论论都都是是大大坝坝与与生生态态问问题题在在实实践践层层面面上上引引发的,焦点都是发的,焦点都是生态生态问题。问题。第一节第一节 水资源水资源与水利工程与水利工程三门峡大坝三门峡大坝三门峡大坝出水口处三门峡大坝出水口处的水质污染十分严重的水质污染十分严重第一节第一节 水资源水资源与水利工程与水利工程v我国水电事业在发展进程中遇到的各种困难和技术、我国水电事业在发展进程中遇到的各种困难和
23、技术、投资、市场、生态等方面的制约,是在一定投资、市场、生态等方面的制约,是在一定历史阶历史阶段段产生的,与经济社会发展程度密切相关。产生的,与经济社会发展程度密切相关。v当前,水电发展的制约因素主要是生态问题,只有当前,水电发展的制约因素主要是生态问题,只有正确认识水电开发与生态的关系,科学评价大坝可正确认识水电开发与生态的关系,科学评价大坝可能导致的生态环境问题,用科学发展观和人与自然能导致的生态环境问题,用科学发展观和人与自然和谐相处的理念正确认识并妥善处理现阶段遇到的和谐相处的理念正确认识并妥善处理现阶段遇到的问题,才能确保水电事业快速健康地发展。问题,才能确保水电事业快速健康地发展。
24、第一节第一节 水资源水资源与水利工程与水利工程 人人类类兴兴建建各各类类水水利利工工程程而而引引发发的的水水域域生生态态环环境境(包包括括水水量量、水水质质、水水温温、水水面面积积、水水深深、流流速速、小小气气候候、水水生生物物、湿湿地地环环境境、地地下下水水位位变变化化等等)及及其其周周边边生生态态环环境境、生生物物群群落落动动态态变变化化,具具有有交交叉叉性性、复复合合性性、因因果果性性和和得得失失双双重重性性的的特特点点。它它既既可可以以抗抗御御灾灾害害,发发展展经经济济,改改善善人人类类生生态态环环境境、居居住住条条件件、生生活活质质量量,也也可可以以对对自自然然原原生生态态和和地地形
25、形、地地貌貌、植植被被、径径流流造造成成强强烈烈干干扰扰和和破破坏坏。下下面面我我们们从从对对环环境境和人类的影响分别了解一下。和人类的影响分别了解一下。v水电开发对生态环境的影响水电开发对生态环境的影响第一节第一节 水资源水资源与水利工程与水利工程 水水利利工工程程的的建建设设会会使使原原有有的的平平衡衡失调,特别是高坝大库的修建和运用。失调,特别是高坝大库的修建和运用。(一)物理的影响(一)物理的影响 1 1、淤淤积积和和冲冲刷刷:水水库库形形成成后后,流流速速减减低低,造造成成泥泥沙沙淤淤积积,水水库库库库容容减减少少,并并影影响响水水库库的的使使用用年年限限,高高坝坝高速水流,会造成下
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