著名水利工程

  文件类型：DOC/Microsoft Word  文件大小：字节

更多搜索：著名  水利工程  
著名水利工程
前 言
水是一切生命之源,也是人类社会与经济发展的基础.人类在与自然界的共处中,逐步地摸索出治水,利水的天工开物,那就是水利工程.水利工程是人类谋生的物质手段,也是生产斗争的产物.
纵览天下,无以数计,林林总总的水利工程,无不是劳动人民的智慧结晶和科学技术发展的雕塑.众所周知,在世界水利发展史上,若干闻名的水利工程,为其国家和人民的物质文明,发挥了举足轻重的效益和创造了巨大的财富.从对历史的回眸可以看出,是大江大河的水利哺育了古埃及,两河流域,古印度和华夏的文明.我国在2000多年前,就建造了令世人惊叹的都江堰和南北大运河;1949年以来,中国水利建设成就辉煌,累计修建了各类水库8万多座,堤防工程27万km,灌溉土地面积从1600万hm2扩大到5400万hm2,全国供水量从1949年的1000多亿m3增加到5500亿m3,我国水力发电装机容量已超过l亿kW,跃居世界第一位,建成100万kW以上水电站20余座,水电全年发电量2800余亿kW·h,标志着我国水利水电建筑工程技术及大坝建设水平已跨入世界先进行列;今天,正在兴建的世界之最的长江三峡水利枢纽工程,已开始动工的大型跨流域调水的南水北调工程,又将竖起水利建设史上令世人瞩目的丰碑.水利建设作为我国经济社会的基础设施,造福于人民,成为促使经济可持续发展不可或缺的支撑.继往开来,21世纪现代水利面临的是在全面建设防洪减灾体系的同时,重点解决水资源紧缺和生态环境恶化的严峻挑战,合理利用水资源与兴修水利仍将是保证我国新世纪发展目标的一项重大战略措施.
水利历史悠久,范畴广泛.在浩如烟海的水利工程中,选取著名水利工程并非易事.由于工程属性差异,门类繁多,给制定著名水利工程的统一标准带来了困难.我们选编的基本原则是,在已建成和待建成的各类水利工程中,选择了具备"高,大,重,特"特点,其规模,效益,风格突出,并享有一定的知名度的水利工程.其中不乏百米级以上的大坝,百万千瓦以上的水电站,百万亩灌区,大型水利枢纽,重要的防洪工程,有鲜明特色及有特殊影响的工程等.从全面观点出发,"著名"之中也纳入了因存在重大问题或是失事出险而应吸取经验教训的工程.
著名水利工程涉猎的范围包括古,今,中,外的水利工程共219项,分门别类的是古代著名水利工程,著名水利枢纽,水电站,闸坝,著名调水,引水,排水工程,著名防洪工程,著名灌区与机电排灌工程,著名航道,运河与港口,著名城市供水与排水工程.在这里需要说明的是,尚有我国的南水北调工程,龙滩及小湾水电工程等,因处于刚刚开工或施工阶段,从时限考虑未予编入,留待再版后续.
"著名水利工程"是实践性题材,属工程条目.内容包括工程地理位置,性质,作用,自然与社会条件,工程组成和布置,主要技术经济指标,工程特点及科技成就,工程简历等6个方面.

古代著名水利工程
灵 渠
Ling Qu
灵渠(Lingqu Canal) 中国沟通长江水系和珠江水系的古运河.又名陡河或兴安运 河,在今广西壮族自治区兴安县境内.秦统一六国后,向岭南用兵,于秦始皇二十八年(公元前219年)派监郡御史禄凿灵渠运粮,沟通了长江水系的湘江和珠江水系的漓江,是岭南(今广东,广西)与中原地区的主要交通干线.
概况 灵渠由渠首,南渠和北渠3部分组成.渠首是用拦河坝拦断湘江的上游段(称海阳河),抬高水位,分水人南渠和北渠,分别与漓江和湘江的—F游沟通,以实现通航.拦河坝今称大天平和小天平,平时壅水人两渠,洪水季节,将多余的水白天平顶溢流排人下游湘江故道(图1).南渠自进水闸南陡开始至人漓江上游段的大溶江止,共长33km,分为人工河段,半人工河段和天然河段.人工河段自南陡起,凿山,开河,筑堤,穿越分水岭至漓江最东的小支流始安水;半人工河段自始安水口以下至与清水河汇流处,原为始安水河道,在天然小河上人工扩宽至通航标准;自清水河口至人漓江处为天然河道,局部水浅多礁石,历史上多次人工整治而成.南渠的作用是实现湘江至漓江间的通航.北渠自进水闸北陡开始,在湘江原河槽右岸另开凿一条弯曲的人工渠道,长3.5km.它的作用是实现自分水塘至湘江下游的通航,并保证渠首的合理分水(图2).灵渠的渠道上有数十处大小弯曲并建有多处分洪和节水建筑物,以保障渠道的安全和通航水深.在水源较丰时,南渠进口处流量一般为5m3/s～6m3/s,北渠进口处流量一般为11m3/s～12m3/s,海阳河多年月平均流量为17.33m3/s,从总体上看,灵渠的分水与通航是有保证的.但由于来水时间上的不均匀,枯水季节,需用陡在渠道上层层蓄水以增加水深,不同季节,通航能力差别很大.
主要建筑物 灵渠的分水与通航是由建筑物保障的,是一个科学合理的系统,主要包括下列5部分.
天平与铧嘴 大小天平是横断湘江的拦河坝,呈人字形布置:斜向南渠一侧的叫小天平,长127m,不加护坦宽18.1m;斜向北渠一侧的叫大天平,长343.3m,不加护坦宽21.1m.折线总长470.3m,轴线夹角95°.大小天平断面见图3.坝顶全部可以溢流,用以控制引水入渠的水位.其作用是抬高水位,合理分水和溢洪.现存大小天平是用大块岩石砌筑而成的,坝高3.9m,其中河床以下部分高2m.临水面砌成阶梯状,石块间用X形铁锭联结成一个整体.临水面砌石体后为页岩片石立砌而成的"鱼鳞石",以抗溢流时的冲刷.用松桩为基础,以增大承载能力.铧嘴是一座长70m的导水堤,自大小天平的交汇点起向上游海阳河的深泓延伸,顶部是一石砌方台,劈分水流,平顺地导人南北二渠.灵渠南北二渠,为平缓坡降,多处采用弯道,在洪水通过时容易破坏,所以在弯道起点或有外水汇流处,常建侧向溢流堰,例如泄水天平,马嘶桥溢流堰,竹枝堰,回龙堤和黄龙堤,其堰身结构与大小天平同.
堤 南渠渠口至分水岭段,左岸靠山,右岸临湘江故道,修长堤分隔渠与故道.由于二者高程差的存在,堤又是渠的依托.这段堤长3.1km,称秦堤.上游堤较高,用砌石;下游为土堤.
陡 陡门的简称,也称斗门,相当于现代的闸,为枯水季节蓄水行船而设.灵渠在水流浅急处曾密集设陡,其作用相当于船闸或多级船闸.灵渠又称"陡河"即来源于此.历史上灵渠最多时有36个陡.陡是用加工后的巨型条石在渠道流浅水急处两侧砌筑相对的2个墩台,形状有半圆形,圆角方形,梯形,蚌壳形和扇形等多种.在宽河槽中一侧墩台后还设有减水坝与岸相连.陡口宽(两墩台间的距离)一般为5m～6m,用陡杠,马脚,水并,陡簟的组合进行关闭,用锤击陡杠使上述组合解体的办法开启陡门,操作较为简易.
堰坝 灵渠天然河段水流宽浅处,行船不便,为增加航深,在深泓处设置堰门,木框架两面用长木桩密排深钉,框架内堆砌大卵石或大块石,一直延伸至两岸,顶面可溢流.堰门宽4m～5m,用大松木桩4根分别竖在门两侧,同侧两根又用横木方串联,固定在石笼框架上,作为门框.关堰时用松木作叠梁,人工开启.
水函 又叫田涵,渠眼,俗称塘孔,是渠堤上块石砌筑的分水涵洞,在农田灌溉时开启使用.同时,也用作排水涵洞.
历史 灵渠于秦始皇二十八年(公元前219年),为运送军粮而开凿.当时修筑了拦江大坝,打通了南渠渠口的岩石阻隔,开山筑堤,穿越分水岭,浚深漓江上源的有关河道,开北渠.全部工程是一个有机的整体,需要有相应的测量技术,整体规划设计能力和施工技术,这些在实现通航时都得以体现.西汉元鼎五年(公元前112年)和东汉建武十七年至十八年(公元41年～42年)2次用兵南方,都整修和使用灵渠作为军需供给线,为国家的统一作出贡献.隋,唐,北宋国家实现统一,以洛阳为中心的南北运河畅通,灵渠成为全国运河网的南段干线.唐天宝元年(742年),南海郡(治今广州)和始安郡(治今桂林)的船只参加了长安广运潭的展示.宝历初年,李渤维修运河,做了铧堤(大天平,小天平)和陡门,使灵渠工程渐趋完善.咸通九年(868年),鱼孟威又进一步完善了李渤所建工程,使灵渠畅通.北宋嘉佑三年(1058年),李师中挖渠并修成36个陡门,使灵渠工程技术达到完善.元,明,清三代,对灵渠多次维修,保持通畅,两广地区经济文化迅速发展,人口增多,逐渐成为发达地区.灵渠作为两广与中原地区的交通干线一直保持到京广,湘桂2条铁路建成通车,灵渠的航运功能逐步消失.中华人民共和国成立后,灵渠已成为以灌溉为主,兼有城市供水,工业供水和风光旅游等综合效益的水利工程.40余年来,上游修建蓄水工程调节水源,整修渠首渠道,修建大小支渠74条,共长35.3km,建斗门165座,灌田2.4万亩;利用古老工程和沿岸秀丽风光,每年接待旅游者数以十万计,有关部门还在关注和研究重新开发灵渠航运事业的前景.
参考书目
唐兆民.灵渠文献粹编.北京:中华书局,1982
郑连第.灵渠工程史述略.北京:水利电力出版社,1986
京 杭 运 河
Jinghang Yunhe
京杭运河(Grand Canal) 自北京起,途经河北,天津,山东,江苏,浙江5省(市)至杭州止的运河.它沟通了海河,黄河,淮河,长江和钱塘江五大水系,全长近1800km,是中国古代南北交通的主要通道.
开凿简史 春秋时期,中国就开始开凿沟通各流域的运河(参见中国古代运河).隋代形成了以洛阳为中心,由永济渠,通济渠(汴渠),邗沟和江南运河组成的南北大运河,北至涿郡(今北京),南至余杭(今杭州),是隋,唐,北宋三代南北交通的干线.元代统一全国,建都大都(今北京),着手建设以大都为终点的南北运河.至元十三年至二十年(1276年～1283年),修济州河,自济宁至安山(今黄河南岸).南方来船由泗水入济州河到东阿人大清河(位山以下黄河河道)出海北上,至天津人内河.至元二十六年(1289年),修会通河,自安山到临清接卫河,南方来船可人会通河直接经卫河北上.后来,济州河与会通河合称会通河.至元二十九年至三十年(1292年～1293年)修通惠河,自北京北白浮泉引水人北京城,再开河至通州接北运河,至天津接南运河(临清以下为卫河).这样,由北京经通惠河,北运河,南运河,会通河可至济宁,再沿泅水河道至徐州入黄河,沿黄河顺流至淮安入邗沟(淮扬运河),经扬州至瓜洲,过长江至镇江人江南运河,直达杭州.至此,京杭运河全线贯通(图1).
明,清两代,京杭运河是国家的主干运输线路,投入大量的人力,物力进行维修和管理.永乐九年(1411年),于山东汶河上筑戴村坝,引汶水至南旺人运河南北分流,解决了会通河段水源缺乏的问题.永乐十三年(1415年)修清江浦运河自淮安至鸭陈口(今淮阴西),将淮扬运河北口由淮安转为今淮阴.嘉靖四十四年(1565年)修南阳新河,北起济宁以南的南阳镇至徐州以北的留城,将原昭阳,独山诸湖西的运河线路改在湖东,避开黄河泛滥的影响.至天启五年万历三十二年(1604年～1625年),开洳运河,自夏镇(今微山县治)至宿迁,避开徐州至宿迁的一段黄河航行的风险.清康熙二十七年(1688年),开中运河,自宿迁至清口,河身紧邻黄河左岸与黄河平行,船舶避开在黄河中航行的风险,至清口过黄河即可人淮扬运河,使运河河道完全脱离黄河(图2).
黄河改道前的运河 京杭运河纵贯南北,所经地区气候,水文,地形,土壤情况各不相同,各河段都有明显的特点.明代把北运河(包括通惠河),南运河,会通河(包括济宁以南的泅水河段),黄河航运段,淮扬运河,渡江段和江南运河分别称为白漕,卫漕,闸漕,河漕,湖漕,江漕和浙漕,反映了各段间的不同特性.
北运河 古称潞水,上承潮白河,在通州与通惠河相接,溯流可通北京城.元初成为京杭运河的一段,后经过多次裁弯取直和疏浚,并修筑堤防.为防止洪水泛溢冲毁运河,于康熙四十三年(1704年)和雍正八年(1730年)分别开筐儿港减河和青龙湾减河分减洪水.北运河至天津汇海河水系各分支并与南运河相接.
南运河 东汉未有白沟,隋代修永济渠(宋代称御河),沟通黄河与海河水系间的航运.后者以沁水为源头下汇有关水流,经今卫河西.元代河道演变成今卫河位置,并隔断沁水源流.以百泉为源,在临清汇会通河,以下成为京杭运河的一段,即南运河.河线多弯曲浅滩并有多条河流汇人.历经多次疏浚,修筑堤防和局部裁弯.为防止洪水泛溢毁河,明永乐十年(1412年)开了四女寺减河,成化三年(1467年)开了兴济减河,弘治年间(1488年～1505年)开了哨马营减河.这些减河都曾进行维修,改建和疏浚.清光绪六年(1880年)又开了靳官屯减河,即后来的马厂减河.
会通河 位于海河和黄河之间,是京杭运河中地势最高的一段,水源缺乏,依靠汇集沿途泉水济运.明代可统计的泉源有300余处,实际还要多,其中以汶水汇集的最多.由埋城坝引水至济宁或由戴村坝引水至南旺分水济运.此外还在兖州城东筑金口坝,壅泗水向西引水与埋城坝分来的洗水汇合至济宁入运河.为调节不同季节水量,利用运河沿岸的洼地蓄水,称为水柜,旱时放水入运河,涝时接纳运河的溢水和各处来水.主要的水柜有安山湖,蜀山湖,马踏湖,南旺湖,马场湖,独山湖,昭阳湖,南阳湖等.为节制用水和保持航行水深,在运河上建通航闸,元代有30余座,明清有40余座.闸旁一般修有月河,河上还建有拦河坝,滚水坝,引水闸,泄水闸多处.清咸丰五年(1855年),黄河自河南铜瓦厢决口北徙,在张秋冲断会通河,此后会通河大宗航运停止.
黄河航运段 京杭运河自元代开创至明代中期,徐州至淮安(明初改至淮阴)段的航运利用黄河河道(黄河南徙前为泗水下游),除黄河水流湍急外,还有徐州洪(亦称百步洪)和吕梁洪2处急流浅滩,航运困难,曾多次进行整治.为避免利用黄河河道航运带来的风险,于明末清初,开洳运河和中运河,使运河与黄河脱离,只在今淮阴西的清口需横渡黄河,风险大为减少.洳运河与中运河也以泉水和地方小河汇水为源,以微山湖,骆马湖为济运水柜,沿途建闸以节制水流,其状况与会通河相似.
淮扬运河 也称邗沟,是江淮间的运河,地势低平,最初是利用高邮,宝应一带的湖泊行运.后来由于风浪危险,才修建河堤,使运河与湖泊分离.河内建闸堰控制.西堤建闸堰与湖泊连通以接纳湖水,东堤建闸涵和滚水坝向东排出湖河的多余的水或洪水,这些水大部分为蓄积在洪泽湖中的淮河水(参见高家堰).因此,明末和清代,运河是淮河的主要排洪道,建成了归海五坝和归江十坝等系列的泄洪建筑群.淮扬运河的北口为清口,是运河,淮河和黄河交汇的地方,明后期开始实行潘季驯的"蓄清刷黄"的治理方针,这里成为治理黄,淮,运的重点,修建了大量的工程,但由于黄河不断淤高,使清口治理愈益困难,水灾和停运不时发生(参见黄河水利史,淮河水利史和清口).黄河北徙后,淮河排洪仍主要以运河为出路.淮扬运河的南口在瓜洲,并在扬州南扬子桥有扬仪运河西通仪征,是淮扬运河的另一南口,此段以扬州五塘为主要补充水源,两出口都建一系列的闸坝,节制用水,引潮济运,以保证船只通航.
江南运河 水平河阔,运道稳定,通航条件好,只有镇江至常州段地势较高,水源缺乏,为治理重点.练湖是这段运河的主要水源调剂工程,历代修治最多,并建有奔牛,吕城和京口诸闸节制水流.江南地区,水道纵横,运河与多道河道通联,行船方便,运河是地区水运网的主干.由江南运河向北分出的孟渎和德胜新河,曾是运河通长江的另两个口门,渡江后可接江北的白塔河和北新河至通扬运河接淮扬运河,对减轻镇江运河出口的运行压力作用很大.另外,这两条河还是引江潮济运的引水通道.
黄河改道后的运河 清咸丰五年(1855年),黄河自河南兰封(今兰考)铜瓦厢决口北徙,夺山东大清河人海.从此,黄河不再行经安徽和江苏,与运河改在山东交叉,打乱了京杭运河的总格局,使大量工程失效.随着海运的强化和铁路的兴建,京杭运河作为国家南北交通干线的作用逐渐减小,由全线通航转变为局部分段通航,有的区段已断航.其中北运河和南运河虽也有个别工程兴建和改建,例如建闸和开减河等,但通航也只是局部的和小量的.会通河被黄河冲截为2段,北段淤塞,南段水灾连年不断,航运基本断绝.中运河和淮扬运河,由于淮水不能恢复故道,由三河闸直人长江,运河北段水源几乎断绝,南段可以作地区性航运.民国时期,这两段运河的治理纳入导淮的统一计划中.1933年完成的张福河初步疏浚工程自洪泽湖口高良涧起,至运河口马头镇止,全长3lkm,解决了淮扬运河的给水问题,使航运和运东各县受益.1934年～1935年,建造了邵伯,淮阴,刘老涧3座新船闸,水位差分别为7.7m,9.2m和9.2m.所有运河西堤通湖各缺口一律堵塞,各涵闸一律重新维修,改善了这两段运河的通航条件.江南运河因水量充沛,地区运输又有较多的需要,航运效益一直显著.
1933年,导淮委员会,华北水利委员会,黄河水利委员会,扬子江水道整理委员会征得河北,山东,江苏,浙江四省的同意,于南京召开整理运河讨论会,聘请汪胡桢为总工程师,着手制定《整理运河工程计划》.1935年公布的这项计划内容包括:①计划要旨:各段运河除苏杭段地势较低,用疏浚方法整治外,都采用闸坝节制蓄水量,其小部分为渠化河流,大部分则为纯粹运河.②运河标准剖面:淮江段另有规定,其北底宽16m,深3m,通行300t船只;江南运河底宽20m,深3m,通行900t船只.③除已建邵伯,淮阴,刘老涧3座船闸外,还要建船闸18座.④各段运河都根据各自条件进行扩建和改建.⑤这条运河总长1700km,开挖土方共7443万m3.这个工程计划是首次用新式工程技术全面治理运河的开始,但因抗日战争爆发而未及施行.
中华人民共和国成立后的运河 1950年就开始进行运河的恢复和扩建工作,培修沿岸大堤,堵闭旧海堤,整顿和改建沿河闸坝.1958年开始对运河全线进行大规模的整治和建设.重点整治徐州至扬州段(又称苏北运河,长404.5km).在该段分设10个梯级,建设了解台,刘山,皂河,刘老涧,宿迁,泗阳,淮阴,淮安,邵伯和施桥等通航2000t级船舶船闸,闸室有效尺寸为230m×20m×5m(长×宽×门槛水深).同时航道拓宽,底宽一般为30m～45m,水深2.5m～3m,弯曲半径600m～800m.该段运河原仅通航lOOt级以下船舶,整治后提高到可通航500t级船舶,货运量由1957年的92万t增至1979年的1700万t.在发展航运的同时,还提高了沿河地区的防洪能力,扩大了排涝和灌溉面积,收到了航运,灌溉,防洪,排涝的巨大的经济与社会效益.在此期间,对运河的其他河段也进行了一定规模的整治.黄河以北天津至临清段,结合水利工程,先后建设了杨柳青,四女寺2座通航1000t级的船闸,闸室的有效尺寸为210m×l5m×(2～3.2)m,以及独流,北陈屯,安陵,祝官屯4座通航l00t级船舶的船闸,形成自卫运河新乡经临清至天津全线通航lOOt级船舶.但在1967年后因航运用水枯缺而全线断航.黄河以南至徐州段,其中梁山至济宁称梁济运河,长75km,经疏浚河道,建设郭楼船闸,可通航l00t级船舶.济宁至徐州段,长182.5km,1961年建设了通航2000t级的微山船闸,闸室有效尺寸230m×20m×5m,后又利用伊家河河道建设了韩庄,刘庄,台儿庄3个梯级和通航100t级船舶的3座船闸.该段全线可通航l00t级船舶.长江以南,镇江至杭州段,长321km,多年来陆续进行了一些局部治理,但航道狭窄,水浅,桥多且矮,仅能通航100t级船舶,而运输十分繁忙.
1980年以后,对京杭运河济宁至杭州段又开展了大规模的续建工程.在此期间,徐州蔺家坝至扬州段,建设了皂河,宿迁,刘老涧,泗阳,淮阴,淮安,邵伯和施桥等8座复线船闸和蔺家坝船闸,闸室有效尺寸为230m×23m×5m,并对全河道进行拓挖,底宽50m～70m,水深3.2m～4m,弯曲半径800 m,达到二级航道标准,可通航2000t级船舶.同时新建,扩建抽引长江水补水站8座,以确保运河航运用水,解台闸上游供水量不少于12.5m3/s.镇江至江苏省界鸭子桥段,又称苏南运河,长208km,建设了通航1000t级船舶的谏壁船闸,并进行了全线整治:航道标准水深2.5m,底宽40m,弯曲半径600m,达到四级航道标准,可通航500t级船舶.江苏鸭子桥至杭州段,长110km,整治河道达到可通航500t级船舶的四级航道,并建设了通航300t级船舶的三堡两线船闸,沟通了运河与钱塘江,连接杭甬运河,至宁波出海.运河济宁至徐州大王庙段,长182.5km,进行浚挖,水深3m,底宽50m,弯曲半径800m,达到通航1000t级船舶的三级航道标准,并建设了韩庄,万年闸,台儿庄等3座船闸,闸室有效尺寸为230m×23m×5m.
经过40多年的治理,京杭运河已改建成连接山东,江苏,浙江三省,沟通淮河,长江,太湖和钱塘江水系,形成纵贯中国沿海东部地区的水运主通道.京杭运河建成966km航道,其中二级航道404.5km,三级航道240.5km,四级航道321km,船闸37座,港口10处以及相应的助航设施.同时取得了巨大的排涝,灌溉,排洪,供水等综合效益.运河的现代建设扩大了航道尺寸,改善了通航条件,货运量大幅度增长,济宁至杭州段的年货运量于1999年超过了2亿t,约为1957年的20倍,其中苏北段达7000万t,长江以南运河超过1.3亿t,部分船闸年单向过闸货运量超过4000万t.运河的建设还提高了沿河地区的防洪,排涝能力,增加了灌溉面积,仅苏北运河段就扩大了灌溉面积56.2万hm2,排涝面积416hm2.运河的补水工程还解决了沿河城镇生活和工业用水问题.京杭运河的建设,既满足了航运要求,又满足了防洪,排涝,供水,沿河城镇建设及环境生态等的要求,更好地发挥了运河河道的多功能作用,并为南水北调东线工程的建设奠定了基础.
参考书目
姚汉源.京杭运河史.北京:中国水利水电出版社,1997
河 套 古 灌 区
Hetao guguanqu
河套古灌区(ancient irrigation area in Hetao) 黄河后套的引黄古灌区,又称后套八大渠.位于今内蒙古自治区巴彦淖尔盟,南临黄河,北界乌加河,自西而东是:永济渠(又名缠金渠),刚目渠(又名刚济渠),丰济渠(原名中和渠),沙河渠(又名永和渠),义和渠,通济渠(原名老郭渠),长济渠(又名长胜渠)和塔布渠(原名塔布河)等.不同时期渠系常有调整,各渠都自黄河引水,退水到乌加河.河套地区水利开始于汉武帝元朔年间(约公元前126年左右),唐代曾在此开辟陵阳渠等,清乾隆以后本区水利又进一步发展.道光五年(1825年)开缠金渠,渠口在黄河向东转弯处,渠长60里,有五大支渠,灌溉今杭锦后旗,临河市地771顷;咸丰中开刚目渠,渠长70里,灌田255顷;光绪中开丰济渠,长90里,灌田315顷;沙河渠长85里,灌溉田770顷;义和渠长83里,灌田82顷,退水人乌加河后,灌溉乌拉特前旗地1731顷;同治八年(1869年)开通济渠,长102里,灌田45顷;咸丰七年(1857年)开长济渠,长109里,灌田212顷;道光三十年(1850年)大水冲决而成的塔布渠,长97里,灌田50顷.后3条渠道另外合灌1420顷.以上8条渠道合计灌溉5651顷(见图),全河套灌区总计灌溉面积9000余顷.这些渠道都由民间私人组织开凿,开一渠有历十多年或几十年的,主要依据技术人员的经验,缺乏科学的测量和规划,进口缺乏控制,引水量决定于黄河水位高程和主流流向,渠道比降过缓,清淤工程量很大.光绪二十九年(1903年)清政府任命贻谷为督办垦务大臣,强行将河套渠道和沿渠田地由国家赎买,统一了灌区管理,进行了较大规模整顿,灌溉面积增加,订立了收取水费制度,灌区维修经费得到一定保证.
河套灌溉用水的水源,有春水(消冰水),桃花水(三月水),热水(四月水),伏水,秋水,冬水之分.伏水以沃,灌溉效果最好,秋水次之,春水最差,冬水则用以冲刷渠道,减少清淤量.引水渠口形式因地制宜,位于上游的渠口,因河水位较高,渠口避免直接迎溜,只引"倒漾水";位于下游的渠口则需加设引水坝;而中间的渠口,设于凹岸下游即可.
开发河套灌区的过程中,在民间涌现出一批水利技术专家.清代开渠比较著名的有甄玉,侯应奎,郭敏修和王同春等,其中王同春(1851—1925)最为有名.他是河北邢台人,没进过学校,12岁逃荒到河套.他勤劳,善思考,经他主持和参加开凿的大干渠就有义和渠,丰济渠,沙河渠,刚目渠等.当时没有测量工具,他用夜灯火和下雨时水流方向测量地形,用物候和经验预测水情.1914年农商总长和导淮督办张謇聘他为水利顾问,并共同商讨过开垦河套和导淮计划.1925年冯玉祥曾请他主持后套水利技术工作.
民国年间河套水利又有发展.据1935年资料,当年有十大干渠之称,加上诸小渠,总计灌溉面积约200万亩.(1949年以后的后套灌区情况参见河套灌区)
都 江 堰
Duiiang Yan
都江堰(Dujiang Weir) 位于四川省都江堰市境内岷江进入成都平原的起始段,引岷江水,灌溉成都平原的大型水利工程.晋代称都安大堰,湔堰,唐代又名楗尾堰,宋代始称都江堰.都江堰相沿2000多年,是现存世界上历史最长的无坝引水工程.
渠首枢纽的演变 都江堰创建于秦昭王末年(公元前256年～前251年),秦蜀郡守李冰主持兴建.早期的都江堰记载甚略,《史记·河渠书》只记李冰"穿二江成都之中".后人有许多推测,归结起来主要有2种:一为李冰开凿了进水口及修建引水渠道,将岷江水引入成都平原;一为根据现代地质调查,认为岷江原有1条支流,自都江堰市分出,流经成都平原,至新津归回岷江,李冰利用这里的地形条件凿宽进口,整治河道,增加进水量,这个进口即为都江堰永久性进水口,因形如瓶状而名"宝瓶口".《华阳国志》记载李冰还在白沙邮(渠道上游约lkm处,今为镇)作三石人,立于水中"与江神要(约定),水竭不至足,盛不没肩".对水位流量关系有一定的认识,提出了利于下游用水的大致水位标准.据《史记·河渠书》的记载,早期的都江堰以航运为主,兼有灌溉效益,后来逐步演变成为以灌溉为主的水利工程.至迟在魏晋时,已具备分水,溢洪,引水三大主要工程设施的雏形.修筑在江心洲的湔堰(又称堋,金堤)将岷江一分为二,左侧河水经宝瓶口进入灌区,以湔堰的高度及宝瓶口的大小控制引水流量;汛期,堰有冲决,水流经决口归入岷江正流,又可作进一步的调节.唐代都江堰已经基本完善,成为由分水导流工程楗尾堰,溢流工程侍郎堰,引水工程宝瓶口三大工程为主体的无坝引水枢纽.宋元时称分水工程为象鼻,明清迄今又称鱼嘴,均因形似而得名.鱼嘴建在岷江江心洲滩脊顶端,长30m～50m,高8m～12m,低水位时分流人渠.清道光以后侍郎堰又有飞沙堰之名.飞沙堰为侧向溢流堰,高2m左右,宽150m～200m,低水位时壅水入宝瓶口,汛期堰顶溢流,特大洪水时允许冲决堰体,溢流量增大.都江堰各工程在布置上有较大的灵活性,总的来说,要顺应江心洲地形地势和河道冲淤的变化,但在具体布置时可以在一定的范围内根据灌区用水需要,尽可能合理选择分水鱼嘴位置,溢流堰位置和高度,并通过工程维修,河道疏浚等临时性工程措施加以稳定.现代的都江堰保持着清代以来的基本面貌,由分水工程鱼嘴,导流工程百丈堤,金刚堤,溢流堰工程飞沙堰,人字堤及引水工程宝瓶口组成(图1).
最早记载都江堰工程结构的文献见于晋代,当时系用卵石堆筑.至迟在唐代都江堰工程结构已以竹笼工为主,木桩工用作建筑物加固和抗冲消能辅助工程.这类竹,木,石建筑材料一直延用到20世纪50年代.据清代史料记载,每年岁修需换竹笼1.3万余条,年需竹料170多万斤,其中以鱼嘴,飞沙堰用竹笼最多.竹笼易朽,需年年更换,加上每年巨大的河道疏浚量,工料,劳动力的征集成为历代当地老百姓的一大负担.古代都江堰多次工程结构的改造,在鱼嘴下功夫最多.元至元元年(1335年)佥四川廉访司事吉当普主持大修,改用石料修砌鱼嘴,又用铁1.6万斤铸铁龟,置于顶端,以铁柱固定于滩地上.明嘉靖二十九年(1550年)水利按察司佥事施千祥修砌石鱼嘴,顶端用铁6.7万斤铸成铁牛,"首合尾分,如人字形",以保护鱼嘴.由于基础淘刷,这些工程运用时间不长.清光绪三年(1877年)四川总督丁宝桢主持大修,主要工程均改用石砌.鱼嘴前端仍采用竹笼,木桩,以保护基础不受淘刷.次年汛期,除鱼嘴外,其他工程均毁于洪水.新鱼嘴运用了13年,后人称作"新工鱼嘴".1936年冬大修,总结了以往砌石鱼嘴成败经验,注意前端消能抗冲的基础改造.前端以羊圈,木桩,竹笼组成三重抗冲刷防护圈,基础铺以竹笼,枕木作为刚性结构与砂卵石地基间的过渡层.鱼嘴长31.4m,全高8.85m,其中过渡层厚3m.这个鱼嘴一直运用到1979年外江建闸,该砌石鱼嘴成为今鱼嘴的基础.20世纪60年代以来,都江堰的其他工程也逐渐改为浆砌石,钢筋混凝土等结构,大大减少了岁修工程量.
渠首及灌区的管理 出土文物汉代李冰石像表明,都江堰至迟在汉代已设官专门从事管 理.晋代蜀郡设有蜀渠都水行事,蜀渠平水,水部都督等官(从事灌溉管理的专官).明代 设水利佥事,清朝设水利同知,均是从事渠首管理的行政官员,在灌县有官署;灌区各县亦有相应官吏.古代称渠首为官堰,有国家管理机构,维修经费亦主要由国家拨发;灌区干支级渠道为民堰,由受益各县管理,经费在民间摊派.历史上都江堰因为战乱,管理废弛,工程失修,多次完全失去作用.但是,社会稍有平定,国家立即恢复对它的管理.
工程管理是都江堰管理的重要内容,其中又以岁修为主.岁修一般历时近半年,农历冬十月初断流开工,春三月底完工供水.清道光以前只限于内江一侧,道光时内外江均归入岁修范围.岁修的主要工作是更换各工程设施的竹笼,木桩,疏浚河道,渠道.渠首岁修范围一般自鱼嘴分水处至灌县境内各干渠进口段.《宋史·河渠志》记载当时宝瓶口段有水则作为施工和供水的标准.水则共10则,1则为宋尺1尺(约合今0.02cm),刻于宝瓶口右侧离堆石壁上,要求侍郎堰底以4则为度,堰顶高以6则为准.水则则数既用来控制侍郎堰的修筑高度,又作为河道疏浚的标准,从而达到调节控制宝瓶口进水量的目的.明清以来仍以水则作为宝瓶口的水位计,又在飞沙堰对岸三道崖下设置标准台,上置铜标,与飞沙堰堰顶齐,台下河道中埋铁柱,铁柱所在的高程为疏浚后宝瓶口段的河底高程,控制标准较前严密.在工程管理方面历代许多经验被编成口诀流传至今,如:"遇弯截角,逢正抽心",是河道整治方面的技术要领;"深淘滩,低作堰",是对渠首或干渠级河道进口段河道整治,溢流堰修筑的技术要求.清同治,光绪时灌县知县胡圻把前人积累的经验编成"三字诀",刻于都江堰左岸二王庙内,以示后人:"深淘滩,低作堰,六字旨,千秋鉴.挖河沙,堆堤岸.砌鱼嘴,安羊圈.立湃阙,留漏罐.笼编密,石装健.分四六,平潦旱.水画符,铁桩见.岁勤修,预防患.遵旧制,毋擅变."概括了都江堰分水,溢流等工程设施和河道整治工程的施工技术,列出了渠首必设的水画符(水则),铁桩,漏罐(涵洞)等水位观测,河道整治标准以及暗渠引水等工程设施.除岁修以外,还有抢修和大修.因为都江堰工程设施为临时性结构,抢修和大修只在特定情况下进行.抢修只限灌区水稻用水期间,溢流堰冲溃,直接影响宝瓶口进水时进行.大修多是渠首工程基本被毁,河道多年未认真疏滩,河道阻塞,供水不畅的情况下进行.近代有过3次大修:道光七年(1827年),由水利同知强望泰主持;光绪三年(1877年),由四川总督丁宝桢主持;1936年,由四川省水利局主持.
灌区的扩展 都江堰地处成都平原冲积扇的顶端,具有自流灌溉的良好条件,它的创建为后来成都平原水利的发展开辟了广阔的前景.西汉景帝末年(约公元前141年)蜀郡守文翁"穿湔江口,灌溉繁田千百顷".繁县为今新繁镇.渠首在岷江支流湔水的出山口,下分若干支,东面几支人绵水,洛水(今沱江),西面几支尾水人都江堰北干渠——蒲阳河,以后各代都有经营,称湔江堰,是都江堰灌区最早向东北扩展的一部分.东汉时开望川源,渠长20里,引水灌溉广都(今双流)一带,向西南丘陵一带扩展.唐代,成都地区水利工程兴建较多.唐玄宗开元二十三年(735年)在今双流,温江开渠,"通漕西山竹木".玄宗天宝时(742年～755年)成都北郊重开万岁池,"筑堤积水溉田".唐宣宗时(847年～859年)剑南西川节度使白敏中"以成都锦江为池,江之支纬城中,乃开金水河".僖宗乾符时(874年～879年)西川节度使高骈修建成都西北郊的縻枣堰(今属都江堰东风渠灌区).这些工程的兴建使成都北部浅丘地区灌溉,城市供排水,通航条件都有较大的改善.唐代都江堰灌区的范围与今都江堰内江灌区范围基本相同.以后历代都有扩展,但只限成都平原边缘地带.清乾隆六年(1741年)将在岷江右岸引水的沙沟堰,黑石堰并人都江堰管理,至此都江堰始分为内江和外江2个灌区,外江系岷江正流,内江指鱼嘴分出的左支.据1938年统计,内外江两大灌区总灌溉面积约300万亩,控制灌溉成都平原大部分耕地.除灌溉效益外,灌区水道兼有竹木筏运输,客货船运输等水运之利.此外,还具有城镇供排水,园林用水,防洪,水力利用等方面的功能.
中华人民共和国成立以后,都江堰的发展进入了新的阶段.自20世纪50年代至60年代末,渠首工程完成了由临时性工程结构向永久性工程结构的过渡;1974年在都江鱼嘴以右,岷江干流上修建外江闸.外江闸为开敞式拦河节制闸,全长104.4m,共分8孔,每孔净宽12m,当岷江为100年一遇洪峰流量7700m3/s时,泄洪量可达4130m3/s.这些工程的实施提高了都江堰控制调节能力,减少了渠首岁修工程量,为灌区的扩展创造了条件.
历史上都江堰灌区干支渠系进水口设施基本与渠首格局类似,即采用鱼嘴分水,湃阙(侧向溢流堰)溢洪的工程布置形式.20世纪50年代以来干支渠进水口相继建闸,同时对平原地区的渠道工程实施了全面改造,通过裁弯取直,整理各级渠系等措施,形成了水量调配比较合理的渠系工程,灌区的发展更加迅速.1952年开工兴建人民渠,在彭州市境内内江干河的蒲阳河上引水,干渠沿着成都平原边缘向川东北方向延伸;1956年修建东风干渠,在郫县境内内江干河的毗河和府河上引水,干渠为东南走向;1954年在外江干河沙沟河以西扩并外江水系九处民间小堰,新堰名三合堰,以沙沟河和岷江支流文井江为主要水源.此外,在成都平原南部新修了牧马山干渠,其中人民渠,东风渠分期实施.至60年代末成都平原自流灌溉面积达45.2万hm2.20世纪70年代以来,人民渠,东风渠分别穿过龙泉山北段和南段,向沱扛,涪江流域的川东北,川东南丘陵地带延伸,在这些地区修建了一批大中型水库,用以囤蓄汛期都江堰余水,拦截当地径流,成为川东北和川东南丘陵地区渠库串联,引蓄结合的新灌区.
图2 都江堰灌区图
都江堰灌区按照供水方式分为平原直灌区和丘陵引蓄灌区两大部分,1994年有效灌溉面积已超过1000万亩,成为中国最大的灌区(见图2).岷江水资源进一步的开发和多层次的综合利用将是灌区未来发展的目标(参见都江堰灌区).
参考书目
四川省水利电力厅都江堰管理局.都江堰.北京:水利电力出版社,1986
尼罗河流域古代水利工程
Niluohe liuyu gudai shuili gongcheng
尼罗河流域古代水利工程(ancient water projects in the Nile Valley) 在尼罗河河谷地和利比亚高原等地曾经发现一些旧石器时代的遗物,其中最早的可追溯到六七十万年前,甚至100万年前.大约在一两万年前,由于气候发生重大变化,北非大部分地区变成不毛之地,人们逐渐聚集到尼罗河流域,依靠河水泛滥的平原和沼泽地,过着渔猎采集生活.约公元前18000年,由于弓箭的使用,埃及进入旧石器时代末期或中石器时代.公元前6000年以后,进入新石器时代和青铜器时代.
公元前2900年左右,埃及人就在开罗以南20km处的考赛施(Kosheish)修建了保护孟菲斯城免受洪水袭击的导水堤.
公元前2650年左右,即金字塔时代的初期,埃及人在杰赖维干河(WadiGarawi)上建设了异教徒坝(Sadd el Kafara Dam).该坝高14m,坝顶长113m,它所形成的水库库容为50万m3.由于缺乏经验,坝体横断面设计过大,从而使坝体填筑方量高达8.7万m3,建设工期长达8年～10年.
约在公元前20世纪或公元前19世纪,古埃及第十二王朝的法老塞索斯特里斯三世当政时期,从尼罗河支流上的扎加济格附近经大苦湖,小苦湖到苏伊士开凿了一条间接沟通地中海与红海的古苏伊士运河.后因泥沙淤积失修而废弃.约在公元前6世纪,古埃及第二十一王朝尼科二世曾开凿连接地中海和红海的运河,但直到公元前250年前后才完成.由于泥沙淤积,运河需要经常疏浚,且时通时断,到775年废弃.
由于青铜器的发明和使用,社会经济有了新的发展.在法尤姆(Faiyum)绿洲进行了大规模的水利工程建设,开垦出大片土地,兴建了新的城市.奴隶制逐步发展.公元前2300年前后在开罗以南90km的法尤姆盆地建造了一座坝长超过8000m,坝高7m的美利斯(Moeris)坝,它的结构和后来罗马工程师们经常采用的结构一样,垂直圬工挡水墙由下游侧的支墩和填筑体支撑.该坝形成的美利斯水库是一灌溉系统的组成部分,该系统通过优素福(Yusef)引水渠引尼罗河水进行灌溉.
公元前1842年～前1798年在开罗以南950km的塞姆纳(Semna)附近的尼罗河上筑坝建堤,以解决途经尼罗河上第二大急流时的航运问题.
公元前3世纪建设的马拉(Mala)水库具有约2.75亿m3的前所未有的巨大库容.如果尼罗河汛期有超量的水流入水库,则水还可以被排至西部的加拉克(Gharaq)盆地.库内所蓄存水在来年之初则可通过2个出水口放出,用于二茬作物灌溉,而且泄水后的库区仍可耕种农作物.尽管这座坝的最高部位存在几处裂口,但马拉水库一直运行到18世纪末,即运行了2000多年.为了控制流人法尤姆盆地的总水量,公元前1世纪在拉胡思(Lahun)以东约1lkm处设置了1座调节建筑物.
公元前920年～350年,苏丹为了在半干旱地区开辟新的居住区,修建了数以百计的小型蓄水池,以便汇集自山而下的径流.围池堤坝的填筑材料均取自池底,以便增加其容量.只要用提水装置就可取用蓄存于低于地表位置的水.那些蓄存于地表以上的水则可直接通过设在围堤上的临时口门流出,当水池蓄水泄空后,口门即被封堵.这种水池大多数规模很大,有几座自其围堤顶部计直径可达250m,其中最大的一座坐落在喀土穆东北130km处,其围堤长800m,高15m,上下游坡面坡度为1:2,池底开挖深度也为15m,且向池底中心的开挖倾斜坡度为1:6,开挖方量接近于25万m3,蓄水量则达50万m3以上.这座水池运行了近1500年,运行后期,在围堤底部修建了一条长60m,宽0.5m,高lm,洞壁为干砌石,洞顶盖有大块石板的泄水隧洞.
两河流域古代水利工程
lianghe liuyu gudai shuili gongcheng
两河流域古代水利工程(ancient water projects in the Mesopotamia) 幼发拉底河与底格里斯河流域的灌溉工程至少可以追溯到公元前2000年.两河之间的区域称作美索不达米亚(Mesopotamia).两河流域天然的坡降构成了开挖引水渠的极好条件.另外,幼发拉底河与底格里斯河每年的洪水都发生在对农耕不利的季节,而且来势迅猛.在巴比伦第一王朝(公元前1894年～前1595年)的国王汉穆拉比(公元前1792一前1750)统治时期就统一了两河流域.当时颁布的《汉穆拉比法典》已经有了许多关于灌溉,水权的明确规定,可见那时的灌溉已很普遍.
两河流域筑坝是从伊拉克开始的.森纳切里布(Sennachherib)国王(公元前704年～前681年在位)为位于巴格达以北355km处的尼尼微(Nineveh)城(当时的首都)建造了一套当时比较完善的供水系统,输水道长80km,包括若干座堤坝.其中,第1座坝是公元前703年建造的克斯里(Kisiri)坝(或称加印坝),其目的是把霍斯河(Khosr)水引入15kin长的渠道送往尼尼微城的主干道.第2座坝是尼尼微城附近的阿吉拉(AJilah)坝,建于公元前694年.该坝正好位于一条来自东北部山区的渠道与霍斯罗河的汇合处的下方.这样,形成了该渠道渠尾蓄水池,并且保护了下游的森纳切里布国王的人工沼泽.该沼泽地是公元前702年与前700年在伊拉克南部作战时形成的.第3座坝建在戈迈尔(Gomel)河上的巴菲安(Bavian)附近,当时建造该坝的目的是把戈迈尔河水引入一条55km长的渠道送到霍斯河.该坝建于公元前691与前690年间,它包括一条横跨杰万(Jerwan)河谷,高10m,长300m的渡槽.
公元前714年,当时身为王储的森纳切里布在其父辈成功征服乌拉尔图的前后就曾多次派人对水利工程进行查勘.尽管在综合利用可用河流水资源方面的基本原则与世界其他地方相同,但所建的大坝却有所创新.根据现存的阿吉拉坝和克斯里坝的详细资料发现,它们是毛石圬工低引水堰,其上游坝面均为垂直状,而且阿吉拉坝的上游坝面还衬有琢石坝面.宽阔的溢流堰坝之后做成阶梯状,即向下倾斜的下游堰面.这两座堰坝以拉长了的S形斜跨在河道上,以便能获得宣泄霍斯河大洪水所需要的溢流宽度.阿吉拉坝的总长约230m,高约3m.
新巴比伦帝国(公元前626年～前539年)时期,尼布甲尼撒二世(公元前604一前562)使巴比伦成为西亚最富庶的地区.他维修原有的水渠,还新建了配套的渠系.在扩建王宫时,建造了世界七大奇迹之一的空中花园,使用了原始的喷灌技术.
在赛萨尼安国王乔思罗斯一世时期(531年～579年),在巴格达东南100km处萨马拉(Samarra)与贾尔杰拉雅(Jarjaraya)附近建成了基斯拉维一塔马拉一纳哈拉旺引水渠系.
著名水利枢纽,水电站,闸坝
三 峡 水 利 枢 纽
Sanxia Shuili Shuniu
三峡水利枢纽(Three Gorges Hydro Projeot) 开发和治理长江的关键性骨干工程.位于中国长江干流三峡中的西陵峡,坝址在湖北省宜昌市三斗坪,距三峡出口南津关38km,在已建的葛洲坝水利枢纽上游40km,是开发和治理长江的关键性骨干工程,具有防洪,发电,航运等巨大的综合效益,是当今世界上最大的水利枢纽工程.简称三峡工程.
规划概要 枢纽控制流域面积100万km2,占长江流域面积的56%.坝址处多年平均流量14300m3/s,实测最大洪水流量71100m3/s,历史最大洪水流量105000m3/s,多年平均悬移质输沙量5.3亿t.坝区地壳稳定,地震基本烈度为Ⅵ度.坝址区河谷开阔,谷底宽约1000m,河床右侧有中堡岛,将长江分为大江和后河.两岸谷坡平缓,冲沟发育,岩石风化层较厚.坝址基岩为坚硬的前震旦纪闪云斜长花岗岩,强度高,断层不发育,裂隙规模较小,以陡倾角为主,微风化和新鲜岩体的透水性微弱.坝址具备修建高坝的良好地质条件.
中国对兴建三峡水利工程的设想和探索由来已久.早在20世纪初,孙中山先生曾提出开发三峡水力资源的设想.1944年中国资源委员会与美国垦务局的萨凡奇,J.L.博士等协作进行了建坝方案的研究,提出了在南津关建坝的扬子江三峡计划初步报告.中华人民共和国成立后,开展了三峡工程建设的前期工作,水利部长江水利委员会做了大量的勘测,科研和规划设计工作.1986年原水利电力部组织各方面专家对三峡工程的可行性进行论证,认为三峡工程对长江中游防洪的作用不可代替,发电,航运效益巨大,移民及环境问题可以妥善解决,应早日兴建.根据论证成果,水利部长江水利委员会于1989年提出三峡工程可行性研究报告,经国务院审查后,于1992年4月3日在第7届全国人大第5次会议上审议通过,将兴建长江三峡水利枢纽列入国民经济和社会发展十年规划.
三峡水利枢纽工程方案的要点是,合理选择枢纽工程规模和确定水库正常蓄水位.经过多种方案比较研究,确定采用"一级开发,一次建成,分期蓄水,连续移民"的实施方案.坝顶高程185m,正常蓄水位175m,总库容393亿m3.初期正常蓄水位156m.初期和最终的防洪限制水位分别为135m和145m.
枢纽布置 三峡水利枢纽主要建筑物由大坝,水电站和通航建筑物三大部分组成(图1,图2).
大坝 枢纽主要建筑物设计洪水标准为1000年一遇,洪峰流量为98800m3/s;校核洪水标准为10000年一遇加10%,洪峰流量为124300m3/s.相应设计和校核水位分别为175m及180.4m.地震设计烈度为Ⅶ度.拦河大坝为混凝土重力坝,大坝坝轴线全长2309.47m,最大坝高181m.大坝右侧茅坪溪防护坝为沥青混凝土心墙砂砾石坝,最大坝高104m.泄洪坝段居河床中部,前沿总长483m,设有23个深孔,22个表孔以及22个后期需封堵的临时导流底孔.深孔尺寸为7m×9m,进口底板高程90m.表孔净宽8m,溢流堰顶高程158m,下游采用鼻坎挑流方式消能.底孔尺寸6m×8.5m,进口底高程56m～57m.枢纽在校核水位时的最大泄洪能力为120600m3/s.电站坝段位于泄洪坝段两侧,进水口尺寸为11.2m×l9.5m,进水口底高程为108m.压力管道内径为12.4m,采用钢衬钢筋混凝土联合受力的结构型式.
水电站 水电站装机容量18200MW,采用坝后式厂房,设有左,右岸两组厂房,共安装26台水轮发电机组.左岸厂房全长643.7m,安装14台水轮发电机组;右岸厂房全长584.2m,安装12台水轮发电机组.水轮机为混流式,机组单机额定容量为700MW.三峡水电站以500kV交流输电线路和士500kV直流输电线路向华东,华中,华南送电.电站出线共13回.右岸山体内预留地下厂房的位置,后期扩机6台,总容量为4200MW.
通航建筑物 三峡工程通航建筑物包括永久船闸和升船机,均位于左岸的山体中.永久船闸为双线五级连续梯级船闸,单级闸室有效尺寸长280m,宽34m,坎上最小水深5m,可通过万吨级船队.升船机为单线一级垂直提升,承船厢有效尺寸长120m,宽18m,水深3.5m,一次可通过一艘3000t级的客货轮.
施工计划 三峡工程采用分期导流方式,计划分3个阶段进行施工,总工期17年.第一阶段自1993年一1997年,为施工准备及一期工程,以实现大江截流为目标;第二阶段自1998年～2003年,以实现第一批机组发电和永久船闸通航为目标;第三阶段自2004年～2009年,实现全机组发电和枢纽工程全部建成.
枢纽主体建筑物及导流工程的主要设计工程量:土石方开挖10283万m3,土石方填筑3198万m3,混凝土浇筑2794万m3,钢筋46.23万t,金属结构安装25.65万t.
工程移民 水库移民涉及湖北省,重庆市的19个县市,移民数量大,任务重,政策性强.根据1991年～1992年调查,主要淹没实物指标为:外迁人口84.41万人,淹没耕地和柑橘地2.45万hm2.考虑到建设期间的人口增长和两次搬迁等其他因素,移民安置的总人口将达110余万人,此外,还有工矿企业,道路,电信线路等,迁建任务繁重.库区移民实行开发性移民的方针,除就地安置外,有部分移民迁入外省,市.在移民工作中,库区开发和城镇迁建结合,统筹规划,分期实施.
投资效益 经国家批准,三峡工程投资概算按1993年5月末价格计算,静态投资为900.9亿元人民币,其中枢纽工程投资500.9亿元,水库淹没处理及移民安置费400亿元.计人物价上涨及施工期贷款利息的动态总投资估算约为2039亿元.
三峡水利枢纽具有很大的防洪,发电和航运效益.在防洪方面,枢纽地理位置优越,可有效地控制长江上游洪水,对中下游平原区,特别是对荆江地区的防洪起着决定性的不可代替的作用.工程建成后有防洪库容221.5亿m3,可使荆江河段的防洪标准由原10年一遇提高到100年一遇;遇1000年一遇或更大洪水,配合荆江分洪等分蓄洪工程的运用,可防止荆江河段发生干堤溃决的毁灭性灾害;还可大大提高长江中下游防洪调度的机动性和可靠性,减轻中下游洪水淹没损失和对武汉市的洪水威胁;并可为洞庭湖区的根本治理创造条件.在发电方面,三峡水电站年平均发电量846.8亿kW·h,主要向华东,华中和华南地区供电.在航运方面,三峡水库可显著改善长江宜昌至重庆长660km的航道,万吨级船队可直达重庆港.航道单向年通过能力可由1000万t提高到5000万t.因三峡水库调节,宜昌下游枯水季最小流量可从3000m3/s提高到5000m3/s以上,从而使长江中下游枯水季航运条件也有较大的改善.除前述减免洪水灾害,提供清洁能源和改善航运条件之外,可促进水库渔业,旅游业的发展,改善中下游枯水季水质,并有利于南水北凋.
三峡工程对生态环境的不利影响也受到广泛关注.据研究,在自然环境方面,库区气候不会产生明显变化;不会产生高烈度的水库诱发地震和大规模的库岸坍塌;水库采用蓄清排浑的调度方式,水库淤积和下游冲刷都不严重,水库变动回水区局部淤积碍航问题可以通过工程措施解决;库区淹没对生物影响不大,对个别珍稀动植物的不利影响可采取措施予以保护.在社会环境方面,对淹没的少量文物古迹已采取迁移,发掘,重建及其他保护措施,对局部景观虽有改变,但新的景色将更美好.重要的问题是库区移民可能造成新的水土流失,环境污染,应加强管理,建设合理的生态环境系统.对于三峡工程对生态环境可能带来的不利影.向,国家已予以高度重视,正在采取必要的措施和对策,使不利影响得到减免.
工程进度 1993年初三峡工程开始施工准备工程和一期导流工程的施工.为了更好地解决重大工程技术问题,组织了全国科技力量进行技术攻关,如枢纽总体布置优化,大孔口坝段和厂房结构分析,泄水建筑物和船闸水力学研究,大江截流和围堰施工等,取得满意的成果,促进工程顺利实施.1994年12月14日,三峡水利枢纽工程正式开工,工程进展顺利,在完成右侧导流明渠和一期工程的围堰后,1997年11月8日,二期导流工程的大江截流围堰胜利合龙,创造了截流水深60m,截流流量8480m3/s～11600m3/s,日最高抛投强度19.4万m3和截流施工期有通航要求等4项世界记录.
1998年三峡工程进入第二阶段的施工,克服了一系列技术难题.二期上,下游土石围堰总填筑量1032万m3,最大堰高80m,大部分采用水下抛填法施工;混凝土防渗墙83450m2,最大深度74m.围堰施工在一个枯水季节内完成,1998年9月基坑抽干,1999年汛期上游围堰承受的最大水头为73.6m,各项监测资料表明,围堰运行正常,基坑渗水量甚微,工程质量优良.
永久船闸是在左岸山体内开挖形成,最大开挖深度达170m,其下部为60余m高的直立墙.为保持岩体整体稳定和限制其变形,采用了山体排水和预应力锚索,高强锚杆,喷混凝土支护等措施,采用科学的施工程序和严密的爆破措施,并加强了安全监测.2000年9月完成了石方开挖总量约4000万m3和预应力锚索3600余根,高强锚杆约10万根.通过埋设的1500余只仪器取得的大量监测资料成果表明,高边坡两侧的地下水水位得到有效控制,边坡的最大位移量在设计预测的范围内,说明永久船闸高边坡整体上是稳定的.
通过对三峡工程二期混凝土施工方案和主要施工设备的选型进行比较研究,选定以塔带机为主,配合高架门塔机,胎带机和缆机的综合机械化施工方案.1999年三峡工程全年浇筑混凝土458.5万m3,11月份浇筑混凝土55.35万m3,创造了混凝土年,月浇筑强度的世界记录.特别是1999年夏季浇筑的大坝混凝土,绝大部分位于基础强约束区,温度控制要求很严,在夏季混凝土浇筑月强度达到40万m3～45万m3的条件下,做到了混凝土出机口温度不超过7~C,浇筑温度不超过14℃～16℃,混凝土最高温度基本控制在设计要求的范围内,有效地防止了大坝混凝土产生贯穿性裂缝的风险.2000年是三峡工程施工的高峰年,混凝土年浇筑强度达548.2万m3,再创新的世界记录.
三峡工程的水轮发电机组容量是20世纪世界最大的,同时为了防洪,排沙和初期低水位发电的需要,在汛期需在低水位的条件下运行,因而机组运行水头变幅及最大水头和最小水头的比值,均远远超过了20世纪世界已有特大机组的运行条件,设计制造难度很大.经过国内外众多研究机构和制造厂家多年研究和国际公开招标,左岸电站14台水轮发电机组的制造由两个国际跨国集团承担,制造工作正在顺利开展,部分机组埋件和蜗壳已开始安装.
至2000年底,主体建筑物和导流工程已完成的主要土建工程量为:土石方开挖11791万m3,土石方填筑2748万m3,混凝土浇筑1474万m3.金属结构和机组埋件安装也将进入高峰,安装工作量大,要求精度高,施工难度很大.如发电引水钢管直径12.3m,永久船闸人字门宽20m,高37m,垂直升船机承船厢总重11800t,提升高度113m,均为现代世界之最.
三峡工程投资实行静态控制,动态管理的模式.至2000年底,工程累计完成投资总额为591.07亿元.扣除利息和物价上涨影响后,按1993年不变价格计算已完成的静态投资为418.27亿元,其中枢纽工程为245.56亿元,水库淹没处理和移民费172.71亿元.
三峡水利枢纽工程建设为中国人民以及世界所关注,自1993年开工以来,工程施工进展顺利.按原计划2003年第一批机组发电和永久船闸通航,2009年全部工程完建的目标可以实现.
小 浪 底 水 利 枢 纽
Xiaolangdi Shuili Shuniu
小浪底水利枢纽(Xiaolangdi Hydro Proect) 位于中国河南省洛阳市以北40km,距三门峡大坝130km,控制流域面积69.42万km2,占黄河流域面积的92.3%,是黄河最下游的控制性骨干工程.坝址多年平均流量1342m3/s,多年平均输沙量13.51亿t.
工程概况 枢纽开发目标以防洪,减淤为主,兼顾供水,灌溉和发电,采取蓄清排浑的运用方式,除害兴利,综合利用.枢纽建成后,可使下游防洪标准由60年一遇提高到1000年一遇,基本解除凌汛灾害;减少下游河道淤积,增加灌溉面积266万hm2;水电站装机1800MW,多年平均年发电量51亿kW·h.
枢纽正常蓄水位为275m,相应水库库容126.5亿m3,其中淤沙库容75.5亿m3,有效库容51亿m3.枢纽主要水工建筑物设计洪水标准为1000年一遇,洪峰流量40000m3/s,校核洪水标准为10000年一遇,洪峰流量52300m3/s,枢纽总泄洪能力17000m3/s,在死水位230m时泄量为8000m3/s.
坝址区岩层为砂岩,粉砂岩,黏土岩互层,倾向下游,倾角8°～12°,含有多层摩擦系数为0.2～0.25的泥化夹层,加之断层,节理,裂隙发育,岩体破碎,对地下洞室和岸(边)坡稳定不利.坝基覆盖层最大厚度74m.坝址区地震基本烈度为Ⅶ度,主要挡水建筑物地震设计烈度为Ⅷ度.
枢纽组成 枢纽主要包括挡水,泄洪排沙和引水发电建筑物三大部分(图1).
大坝 枢纽大坝是中国已建成的体积最大,基础覆盖层最深的土质防渗体当地材料坝.考虑黄河多泥沙的特点,采用带内铺盖的黏土斜心墙堆石坝坝型.最大坝高154m,坝顶高程281m,坝顶长1667m,上游边坡1:2.6,下游边坡1:1.75.总填筑量5185万m3,坝基混凝土防渗墙厚1.2m,最大深度81.gm,顶部插入斜心墙12m.上游围堰是主坝的一部分,斜墙下设塑性混凝土防渗墙和旋喷灌浆相结合的防渗措施,坝体防渗由主坝斜心墙,上爬式内铺盖,上游围堰斜墙与坝前淤积体组成完整的防渗体系(图2).
泄洪排沙建筑 由于地形,地质条件的限制和进水口防淤堵等运用要求,泄洪,排沙,引水发电建筑物均布置在左岸,形成进水口,洞室群,出水口消力塘集中布置的特点.在面积约lkm2的单薄山体中集中布置了各类洞室100多条.9条泄洪排沙洞,6条引水发电洞和1条灌溉洞的进水口组合成一字形排列的10座进水塔,其上游面在同一竖直面内,前缘总宽276.4m,最大高度113m.各洞进口错开布置,形成高水泄洪排污,低水泄洪排沙,中间引水发电的总体布局,可防止进水口淤堵,降低洞内流速,减轻流道磨蚀,提高闸门运用的可靠性.其中6条引水发电洞和3条排沙洞进口共组合成3座发电进水塔,每座塔布置两条发电洞进口,其下部中间为一条排沙洞进口,高差15m～20m,可使粗沙经排沙洞下泄,减少对水轮机的磨蚀.9条泄洪排沙洞由3条导流隧洞改建的3条孔板洞,3条明流洞,3条排沙洞组成,与1条溢洪道在平面上平行布置,其出口处设总宽356m,总长210m,最大深度28m的2级消力塘,对以上10股水流集中消能,经泄水渠与下游黄河连接.进水塔和消力塘开挖形成的进出口高边坡最高达120m.为保证高边坡稳定,采用了减载,排水及1100多根预应力锚索支护,竖直抗滑桩加固的综合治理措施,取得了良好的效果.
引水发电系统 由发电进水塔,引水洞,压力钢管,地下厂房,主变室,尾闸室,尾水洞,尾水渠和防淤闸等组成.地下厂房最大开挖尺寸长251.5m,宽26.2m,高61.44m.上覆岩体厚70m～110m,其中有4层泥化夹层,采用了325根长25m,1500kN的预应力锚索支护,厂房内还采用了预应力锚固岩壁吊车梁.地下厂房中安装6台300 MW水轮发电机组,引水为一洞一机,尾水为两机一洞.尾水渠末端设防淤闸,防止停机时浑水回淤尾水洞.水轮机运用水头变幅大,具有良好的水力特性和抗磨损性能,且设置筒形阀,可适应多泥沙和调峰运用条件,还可在不吊出转子和转轮的情况下,进行导水机构和转轮过流表面的维修.
施工 枢纽施工采用分期导流,一期导流围右岸施工,原河床过流;二期上,下游围堰挡水,主河槽施工,同时进行左岸导流洞和其他建筑物施工.在截流时主体土建工程已完成土石方开挖85%,土石方填筑总量的32%,混凝土和钢筋混凝土总量的48%.截流后,随大坝升高和泄洪排沙建筑物逐步建成,泄洪能力逐渐增加,各年度汛标准逐步提高.
枢纽主体工程量(含前期准备工程):土石方开挖6027万m3,土石方填筑5574万m3,混凝土及钢筋混凝土354万m3,金属结构安装3.26万t,机电设备安装3.09万t.工程总投资347.46亿元,其中水库淹没处理和移民费用86.75亿元.水库淹没耕地1.4万hm2,移民安置人口18.97万人.
枢纽前期准备工程1991年9月开工,1994年9月12日主体工程开工,1997年10月28日截流,1999年10月25日3号导流洞下闸蓄水,2000年1月9日首台机组正式并网发电.工程于2001年底全部竣工.
枢纽工程建设过程中,在解决深厚覆盖层防渗,进水口防泥沙淤堵,高速含沙水流消能及抗磨蚀,密集洞室群的围岩稳定,泄水建筑物进出口高边坡稳定,大型复杂钢闸门,启闭机的制造和安装等技术问题上,积累了丰富的经验.在设计,施工中还采取了多项创新技术,如由导流洞改建而成的3条孔板泄洪洞洞内消能,3条排沙洞无黏结预应力混凝土衬砌,GIN法灌浆,防渗墙施工中采用的横向槽孔充填塑性混凝土保护下的平板式接头等新技术,均取得成功.小浪底大坝填筑中创造了中国20世纪土石坝施工的最高年强度1636.1万m3,最高月强度158万m3,最高日强度6.7万m3等3项最高纪录.
飞 来 峡 水 利 枢 纽
FeilaiXia Shuili Shuniu
飞来峡水利枢纽(Feilaixia Hydro Project) 位于中国广东省清远市珠江流域北江干流上,以防洪为主,兼顾航运,发电,是珠江流域防洪工程体系的控制性枢纽之一.
坝址处控制流域面积34097km2,占北江流域面积的73%,多年平均流量1100m3/s,多年平均径流量347亿m3,年输沙量478万t.水库区为非碳酸盐的岩层,分水岭山体较厚,无库区渗漏问题.坝址覆盖层较厚,下伏基岩为燕山四期中细粒花岗岩,无大的构造断裂.
枢纽工程设计洪水标准为500年一遇,相应的洪峰流量为22700m3/s;校核洪水标准为5000年一遇,相应洪峰流量为27400m3/s;土坝按10000年一遇洪水校核,相应洪峰流量为28700m3/s.水库总库容18.7亿m3.
枢纽主要建筑物有溢流坝,非溢流挡水坝,船闸,水电站,土坝,另有副坝及左岸防护区等(图1).主坝最大坝高52.3m,坝顶高程34.8m,坝顶长2358m,其中混凝土挡水坝段(包括溢流坝段和非溢流坝段)长580.2m:溢流坝段布置在河床左侧,设16孔溢流孔,其中15孔为带胸墙的泄流孔,孔口尺寸14m×l2m,另1孔为排漂孔,宽14m,各孔均设弧形闸门控制;混凝土非溢流挡水坝段位于溢流坝与土坝,厂房与船闸,船闸与左岸土坝等的连接坝段处,总长118.66m.土坝段为均质土坝,长1777.8m,最大坝高25.8m,顶宽8m,上设1.2m高的防浪墙.另有副坝4座,也为均质土坝.船闸为单线一级船闸,500t级,闸室尺寸190m X16mX 3m(长×宽×槛前水深),设人字工作闸门,采用分散输水系统.水电站厂房挡水前缘长130.5m,主厂房长88.1m,安装4台奥地利KR4/70贯流式灯泡机组,单机容量35MW,总装机容量140MW,年发电量5.55亿kW·h(图2).枢纽上游左岸设有社岗防护区工程,保护紧靠大坝上游的居民和耕地,按100年一遇洪水标准设计,主要建筑物有防护堤,排水渠和排水涵闸,防护堤总长3675m,排水渠全长5781m.
枢纽建成后与北江大堤及琶江天然滞洪区联合运用,使广州市和北江三角洲地区近期可防御北江200年～300年一遇的洪水;当西江干流红水河上的龙滩水电站和大藤峡水利枢纽建成后,构成珠江流域西江,北江"堤库结合"的防洪工程体系,广州市和珠江三角洲地区的防洪标准可提高到防御西江,北江200年一遇洪水(1915年型洪水).飞来峡水利枢纽具有较好的航运效益,建库后可渠化干,支流河道116km,使通航船只吨位由50t～l00t提高到300t～500t.枢纽建成后还可在一定程度上改善当地生态环境,适度发展养殖业和旅游业.
主要工程量:土方开挖1103.4万m3,石方开挖101万m3,土方填筑800万m3,混凝土及钢筋混凝土108.8万m3,石方砌筑241.9万m3,金属结构安装1.06万t,帷幕灌浆,固结灌浆2.31万m,混凝土防渗墙5.1万m2.淹没及工程占用耕地2293hm2,迁移人口3.91万人.工程静态投资42.961亿元,总投资52.919亿元.
工程于1994年10月开工,1998年8月截流,1999年3月水库下闸蓄水,船闸通航,1999年5月第一台机组发电,1999年10月工程全部建成并投入运行.
丹 江 口 水 利 枢 纽
Danjiangkou Shuili Shuniu
丹江口水利枢纽(Danjiangkou HydroProject) 位于中国湖北省丹江口市,汉水与丹江交汇口以下800m处,是汉水干流最大的水利枢纽.它具有防洪,发电,灌溉,航运,养殖等综合效益.
纽分两期开发,第一期正常蓄水位高程157.0m,设计洪水位高程159.8m,校核洪水位高程161.3m,坝顶高程162m,总库容174.5亿m3,最大坝高97m,两岸土石坝坝顶高程165.2m.第二期正常蓄水位高程170.0m,总库容290.5亿m3.丹江口水利枢纽不仅是治理和开发汉水的关键性工程,也是南水北调中线方案的水源工程.
坝址河谷宽500m～600m,混凝土坝全部建在坚硬的变质岩浆岩上,断裂构造发育,较大断裂带多与坝轴线斜交,工程地质条件复杂,地震烈度Ⅵ度,大坝按Ⅷ度地震烈度设防.坝址控制流域面积95217km2,多年平均径流量378亿m3,多年平均流量1200m3/s,1000年一遇设计洪峰流量64900m3/s,10000年一遇校核洪峰流量82300m3/s.
枢纽主要由挡水建筑物,泄洪建筑物,通航建筑物,发电建筑物等组成(见图),一期工程坝顶长度246lm.挡水建筑物包括河床混凝土宽缝重力坝,两岸连接混凝土重力坝,两岸土石坝(左岸土石坝为黏土心墙及黏土斜墙,砂砾料坝壳土石混合坝,最大坝高56m;右岸土石坝为黏土心墙风化石渣坝壳土石混合坝).泄洪建筑物包括溢洪坝段和泄洪深孔.溢洪坝段位于河床中部,总长264m,设有20个宽8.5m,堰顶高程138m的开敞式溢流孔,最大泄流量39900m3/s,采用鼻坎挑流消能.泄洪深孔位于河床右部,12孔,每孔宽5m,高6m,孔底高程113.Om(其中l孔已作为备用电源电厂的进水口),共长144m,最大泄流量8800m3/s.坝后厂房位于河床左部坝后,装有6台单机容量15万kW水轮发电机组,总装机容量90万kW.通航建筑物位于右岸,由垂直升船机与斜面升船机组成,可通过150t驳船,年单向通过能力下水82万t,上水73万t.
坝址上游左岸30km处支流丹江上建有2座灌溉取水渠首,一为河南省灌溉用的陶岔引水闸,引水流量500m3/s;另一为湖北省灌溉用清泉沟引水闸,引水流量l00m3/s.
工程于1958年9月开工,1959年12月截流,1967年11月下闸蓄水,1968年10月第1台机组发电,1973年11月升船机投入运行,6台机组全部投入运转,初期工程完建.枢纽建成后,下游河道堤防的防洪标准可提高到20年一遇,配合分洪工程,可提高到100年一遇,灌溉引用水量每年约15亿m3,灌溉面积24万hm2.电站保证出力24.7万kW,年发电量38.3亿kW·h.水库蓄水后,库区175km和下游650km航道得到了改善.
万 安 水 利 枢 纽
Wan'an Shuili Shuniu
万安水利枢纽(Wan'an Hydro Project) 位于中国江西省万安县境内长江支流赣江干流上,距赣州市90km,工程以发电为主,兼有防洪,航运,灌溉,养殖等综合效益.水库正常蓄水位为lOOm,汛期防洪限制水位90m,坝顶高程105m,总库容22.16亿m3,具有不完全年调节性能.为减少淹没影响,初期按正常蓄水位96m,防洪限制水位85m运行.
电站装机容量500MW,保证出力61 MW,多年平均年发电量15.2亿kW·h.通过水库调节,使下游吉安至南昌间赣江大堤防洪标准提高到50年一遇;自流引水灌溉农田2万hm2;增加航道水深,改善航运条件,使万安至赣州河段可通行500t级轮船;水库还用于发展水产养殖业.
坝址位于低山丘陵区边缘的峡谷出口.控制流域面积3.69万km2,多年平均流量947m3/s,年径流量299亿m3,年输沙量悬移质750万t,推移质200万t.坝址河面宽广,枯水水面宽450m,左岸为缓山坡,右岸有高漫滩及两级阶地.坝基为侏罗系石英砂岩,强度高,但裂隙较发育.坝区地震基本烈度为Ⅵ度.
工程由混凝土重力坝,右岸黏土心墙土坝,河床式水电站厂房,船闸及灌溉渠首组成(见图).枢纽挡水前沿总长1097.5m,最大坝高58m.河床左侧为溢流坝段,设有宽14m的表孔9个;中部为底孔溢流坝段,设有7m×9m的底孔10个.主要建筑物按1000年一遇洪水设计,设计洪水流量27800m3/s,10000年一遇洪水校核,校核洪水流量33900m3/s,最大下泄流量为33000m3/s.水电站厂房在大坝右侧,安装单机容量100MW轴流转桨式水轮发电机组5台(初期安装4台).船闸设在右岸,单级闸室尺寸为175m×l4m×2.5m,可通过2×500t级船队,年货运量200万t～300万t,木材50万m3.考虑远景航运发展的需要,在右侧台地预留第二线通航建筑物位置.左右岸均设灌溉渠首,引用流量分别为5.2m3/s及15m3/s.
工程于1981年开始施工准备,开挖左岸导流明渠,船闸采用滩地法施工.1984年11月围右河床,形成一期围堰,进行底孔坝段及河床式厂房施工.1989年11月围左河床形成二期围堰,进行堰顶溢流坝段施工.1990年11月利用右河床已建坝体及二期围堰挡水临时发电.1993年5月竣工,下闸蓄水发电,工程投入初期运行.枢纽主体i程量:土石方开挖283万m3,土石方填筑125万m3,混凝土浇筑149万m3.水库初期淹没耕地0.3万hm2,迁移人口4.8万人.总投资21亿元.
著名调水,引水,排水工程
引 大 入 秦 工 程
Yindaruqin Gongcheng
引大入秦工程(Water Diversion Project from Datong River to Qinwangchuan District) 中国甘肃省跨流域调水的大型自流引水灌溉工程.它将发源于青海省境内的大通河水调至兰州市以北约60km的秦王川地区.
工程设计年自流引水4.43亿m3,灌溉面积5.87万hm2,年增产粮食约1.5亿kg,用于安置甘肃省东部贫困地区8万移民和解决灌区内40万人民的生产,生活用水;改善秦王川地区的生态环境,逐步增加植被,在兰州市北部形成绿色屏障,具有明显的经济,社会和环境效益.
工程由引水渠首,输水渠系及其建筑物和田间配套工程组成(见图).
总干渠从天堂寺引水渠首到甘肃省永登县香炉山总分水闸,全长86.94km,设计引 水流量与渠首进水闸相同.在香炉山总分水闸将水分至东一千渠,东二干渠和45条支渠流人灌区,东一干渠全长52.66km,设计引水流量14m3/s,灌溉面积2.11万hm2;东二干渠全长53.62km,设计引水流量18m3/s,加大引水流量21.5m3/s,灌溉面积3.38万hm2.45条支渠总长度约674.95km.
工程设计的特点:引水及输水建筑物建筑在绵延山岭地带,穿越崇山峻岭,输水线路长,支渠以上渠道总长度约880km;渠系建筑物多,且以隧洞群为主,总干渠和干渠工程共有隧洞71座,总长度110km,其中盘道岭隧洞长度15.7km,为城门洞形断面4.2m×4.4m;30A隧洞长度11.64km,为圆形断面,直径4.8m.隧洞所通过的地区,自然条件十分恶劣,隧洞埋深大,岩石为软岩类,工程地质条件极为复杂,施工难度大.渡槽38座,其中东二干渠庄浪河高排架渡槽全长2194.8m;倒虹吸3座,其中先明倒虹吸设计水头107m,全长524.8m,采用直径为2.6m的双排钢管,其规模在20世纪70年代中期居亚洲第一.
工程土石方和混凝土总量为2740万m3,总投资为29.5亿元.
工程于1976年开工建设,由于受建设资金和施工技术条件限制,于1980年停工缓建.1985年工程复工建设时,在盘道岭长距离隧洞施工中采用了新奥法等先进施工工艺和掘进机械,在30A等长距离隧洞施工中采用了双护盾全断面掘进机,悬臂式掘进机,双臂掘岩台车,锤式掘进机等20世纪80年代中期具有世界先进水平的机械,施工工艺技术,以及国际上先进的管理模式,在施工中取得了多项技术突破:解决了长距离,大断面,软岩隧洞新奥法施工及超长距离施工通风,光面爆破等技术难题;双护盾全断面掘进机在30A隧洞施工中创造了年掘进10km的优秀成绩,开创了一头进,一头出,一举贯通的先例和10km以上隧洞施工采用1条通风管道通风的先例;双护盾全断面掘进机在38号隧洞施工中创造了日进尺75.2m和月进尺1400m的80年代中期世界纪录.
主体工程已于1995年建成通水,工程运行情况良好.截至2000年12月,灌区配套面积达到3.33万hm2,移民安置人数为4.2万人,取得了较好的经济,社会和环境效益.
引 黄 济 青 工 程
Yinhuangjing Gongcheng
引黄济青工程 (Water Diversion Project from Yellow River to Qingdao City) 中国山东省引黄河水的大型跨流域调水工程.采用了明渠输水至青岛市,以解决城市供水和输水渠沿线农业用水.
工程由水源工程,输水工程,调节水库及供水工程组成.
水源工程和输水工程包括:①渠首引水沉沙工程,利用山东省博兴县打渔张引黄闸引水,每年11月11日至翌年3月20日,利用黄河水含沙量少和农业不用水的时机引水,设计流量45m3/s,年引水量5.5亿m3.沉沙池总面积36km2,分9个条渠,每条宽600m,淤高5m,出口建闸控制.每条渠用4年～5年后,盖淤还耕.进水闸至沉沙池进口为输水渠,长6km.沉沙条渠长6km～8km.②输水河工程始于博兴县沉沙池出口,向东经广饶,寿光,寒亭,昌邑,高密,平度,胶州,即墨等9个县(市,区)至棘洪滩水库,全长253km.输水河比降1/6000～1/20000,水深2.1m～3.5m,底宽7.4m～18.9m,内坡1:1.5～1:2.5.两堤顶宽度分别为8m和4m.输水河沿途共穿越天然河,沟,渠90余条,为防止污染输水河水质,均采用立交.共有输水河倒虹吸34座,总长5365m;输水河渡槽2座,总长160m;排水河沟穿过输水河的倒虹吸51座;排水及灌溉渡槽13座;铁路桥2座;公路桥28座;生产桥165座;水闸64座;涵洞20座.③输水河封砌既要满足防渗,护坡固床,减小糙率的要求,又要避免冻胀,冰压以及地下水扬压力等可能导致的破坏,保证工程安全运行.防渗工程措施是采用聚氯乙烯塑膜(厚度为0.2mm),全断面覆盖.防冻胀是在塑膜上面敷设聚苯乙烯泡沫板,其厚度南北向渠道两边坡均采用3cm,东西向渠道阳坡为2cm,阴坡为4cm.在泡沫板表面采用混凝土板护坡固床并减小糙率,预制和现浇混凝土板厚度分别采用6cm及8cm.衬砌渠道排水减压措施是,当地下水水位高于输水水位时不设塑膜,衬砌采用透水混凝土板;当地下水水位低于输水河水位而高于渠底时,在输水河两坡脚混凝土板下设暗管集水,并每隔一定间距设逆止式集水箱及出水管.④建设和管理中采用"控制容量原理",采取实时控制手段将明渠中的水流变成"类似管状流",在输水流量急剧变化的情况下,使水面波动最小,指标是水位降落每小时不超过30cm,24h不超过70cm.泵站工程共有5座(见图).
棘洪滩水库为输水河末端的调节水库,其作用是将输水期的引水量调蓄后,向青岛市全年均匀供水.其为平原围坝水库,库区面积14.4km2;坝型为碾压式心墙土坝,坝轴线总长度14.2km,最高库水位14.2m,最大坝高15.24m;防浪墙高1m;总库容15676万m3,死库容4780万m3,兴利库容10896万m3.放水洞为2m×2m两孔钢筋混凝土箱涵,设计出库流量5.4m3/s;泄水洞为2m×2.5m三孔钢筋混凝土结构,设计最大泄水量124m3/s.
供水工程包括暗渠,低压管道,涵洞共22km;净水厂1座(净水36万m3/d);增压泵站1座;输配水管道43.5km;调蓄水池3处;加压泵站3处,能力为32万m3/d.
工程主要工程量:土石方5500万m3,砌石60万m3,混凝土75万m3,总工日7500万个,永久占地4318hm2,移民3264人,钢材7.07万t,木材5.23万m3,水泥35万t.1992年工程竣工决算投资为9.52亿元.
工程于1986年4月15日开工,1989年11月25日建成通水.运行多年来通过研究,实践,总结了冬季输水冰盖形成,消融机理,制订了调度运行准则,积
引 滦 入 津 工 程
Yinluanrujin Gongcheng
引滦入津工程 (Water Diversion Project from Luanhe River to Tianjin City) 将河北省境内的滦河水跨流域引入天津市的城市供水工程.水源地位于河北省迁西县滦河中下游的潘家口水库,在设计保证率75%时,向天津供水10亿m3/a.由潘家口水库(参见潘家口水利枢纽)放水,沿滦河人大黑汀水库调节.引滦工程总干渠的引水枢纽工程为引滦人津工程的起点,穿越分水岭之后,沿河北省遵化县境内的黎河进入天津市境内的于桥水库调蓄,再沿州河,蓟运河南下,进入专用输水明渠,经提升,加压由明渠输人海河,再由暗涵,钢管输入芥园,凌庄,新开河3个水厂.引水线路全长234km(见图).
工程由引水枢纽,引水隧洞,河道整治工程,于桥水库,尔王庄水库,泵站,输水明渠及其渠系建筑物等215项工程组成.
引水枢纽含人津,人还2个水闸,引水流量分别为60m3/s与80m3/s,分别向天津市和河北省唐山地区输水.
引水隧洞及进出口工程总长12.39km,其中洞长9.66km,设计流量60m3/s,校核流量75m3/s;隧洞净宽5.7m,净高6.25m,圆拱直墙型,无压输水,隧洞围岩为片麻岩,节理裂隙发育,隧洞穿过罕见的特大断层长达212m.为保证工程质量,借鉴当代地下工程设计,施工的先进经验,采用新奥法并结合实际的新型设计与施工工艺.
整治河道108km,开挖输水明渠64km,修建倒虹吸12座,涵洞5座,水闸7座.
已建的于桥水库加高加固后作为引滦入津工程的控制性调蓄枢纽,总库容15.59亿m3,均质土坝长2222m,坝体加高1.2m,坝基采用混凝土防渗墙及灌浆进行加固.
尔王庄平原水库为引滦入津工程的月调节水库,库容4500万m3.
泵站4座,主要技术特征及主机型参见引滦入津泵站工程.
双孔(2—3.35m×3.35m)钢筋混凝土暗涵长26km.直径2.5m的钢管10.8km,直径1.8m的钢管3.7km.
变电站3座,架设通信线路360km.
主要工程量:土方3460万m3,石方166.7万m3,混凝土63.7万m3,建筑面积12万m2,安装设备2776台(件).工程总投资11.34亿元.
工程于1982年5月11日开工,1983年9月11日建成通水,总工期16个月,为20世纪80年代中国大型调水工程高速度建设的典范.
随着天津市经济发展与人民生活水平的提高,引滦人津主体工程迄今已逐步分流配水,扩大供水支干线6条,预应力混凝土管总长度达414km,新建泵站8座,年增供水量2.58亿m3.截至2000年,引滦人津工程已向天津输水147亿m3,发挥了巨大的社会效益,经济效益和环境效益.
雪 山 调 水 工 程
Xueshan Diaoshui Gongcheng
雪山调水工程(Snowy Mountains Water Transfer Project) 主体工程位于澳大利亚东南部的新南威尔士(New South Wales)州,是一项以发电,灌溉为主的跨流域调水工程.该工程所在地区有澳大利亚的雪山山脉,其最高峰海拔2229m,常年积雪,年降水量500mm～3800mm,约为澳洲大陆平均降水量的4倍.
由于澳大利亚内陆水资源严重匮乏,处于干旱威胁之中,为了利用雪山地区的水资源而调水到内陆河流进行灌溉,发电和供水,早在19世纪80年代后期已开始研究各种方案.1947年澳大利亚联邦政府,新南威尔士州政府和维多利亚州政府三方成立了专门委员会,在已有研究调水方案基础上,进一步研究雪山调水工程.1948年提出雪山调水工程方案.1949年澳大利亚政府通过了"雪山水电法",且随后组建了雪山水电管理局,负责该工程的建设.
雪山地区有5条主要河流,即墨累(Murray)河,马兰比吉(Murrumbidgee)河,雪(Snowy)河,蒂默特(Tumut)河和图马(Tooma)河.雪山调水工程分为南北两部分:雪河一墨累河跨流域引水工程;雪河一蒂默特河跨流域引水工程.上述两工程分别与尤坎本(Eucumbene)湖(水库)相连接,并采用双向供水方式,充分利用流域内河流,湖泊的天然水量.雪河一墨累河工程是在雪河上建金德拜恩(Jindabyne)水库,通过金德拜恩泵站将水抽入艾兰本德(Island Bend)水库,并引水到吉黑(Geehi)水库,再将水引到吉黑河下游,归人墨累河.主要工程除了引水隧洞和建多座大坝外,还建有3座水电站,古塞加(Guthega)水电站装机60MW,墨累一级水电站装机950MW,墨累二级水电站装机550MW.另有泵站,扬程231.6m.
雪河一蒂默特河工程是在尤坎本河上建尤坎本水库,在马兰比吉河上游建坦坦加拉(Tantangara)水库,通过一条隧洞将水引入尤坎本水库后,再通过另一隧洞将水引入蒂默特水库.另外,在图马(Tooma)河上建图马水库,通过隧洞将水也引入蒂默特水库.汇集到该水库的水则可顺蒂默特河上所建梯级水电站而下,既用于发电又向供水区供水.主要工程除了引水隧洞,多座大坝外,还建有4座水电站[蒂默特一级水电站装机320MW,二级水电站装机280MW,三级水电站装机1500MW和布洛韦灵(Blowering)水电站装机80MW].雪山调水工程布置和主要建筑物见图.
雪山调水工程于1949年开工,1974年全部建成.历时25年,工程总投资为10亿美元.完成的全部工程有:16座大坝,总库容85亿m3,7座水电站,总装机容量3740MW,年发电量50亿kW·h,2座扬水站,80km引水管道和144km引水隧洞.
该工程每年提供工农业用水23.6亿m3,灌溉耕地总面积26万hm2.并为南澳首府阿德莱德88.5万人口的城市用水及重要工业区铁三角(IronTriangle)提供水源保证.
雪山调水工程为现代化管理,所有水电站均采用遥控无人值守,不但可连续提供各水库蓄水,发电运行情况和各种需要的图像,而且还提高了水电站的运行效率.
加利福尼亚州调水工程
Jialifuniyazhou Diaoshui Gongcheng
加利福尼亚州调水工程(California State Water Project) 美国西部大型调水工程.加利福尼亚州(简称加州)位于美国西部太平洋沿岸,面积约41.1万km2,为美国人口最多的州.加州北部为卡斯卡德山脉,东部为内华达山脉,西部为滨海山脉,中部为广袤的中央河谷.加州年降水量北部多而南部少,北部高达2000mm,南部则仅350mm,科罗拉多沙漠地区年降水量更少.主要河流有克拉马思(Klamath)河,伊尔(Eel)河,位于中央河谷的萨克拉门托(Sacramento)河,圣华金(San Joaquin)河,多年平均径流量为874亿m3,其中3/4在北部,而需水量的4/5在南部.
加利福尼亚调水工程旨在解决加州中部,南部以及洛杉矶地区缺水问题.工程分二期进行,一期调水28亿m3,二期调水可达52亿m3,其中向南部调水约占59%.工程包括23座水库(总库容71亿m3),5条输水干渠(总长1102km),6座水电站(装机1360MW)及22座扬水泵站(总扬程2396m),见图.
调水工程干线输水距离805km,一部分水的提升高度超过了914m.工程目的是满足用水产的需要,包括灌溉圣华金河流域10.13万hm2新垦土地并补充另外5.06万hm2原有耕地的灌溉用水;保证了以洛杉矶为中心的1700万人口的生产与生活调水;防止冬春季洪水泛滥;开发水电资源,开辟几十处旅游区;促进鱼类和野生动物的繁衍生息;并尽可能降低水费.这项工程可以发大量电力,同时又消耗大量电力,故水力发电对实现上述多目标起到了重要作用.工程供水量是采用1922年～1954年水文资料进行估算的.估算中要求最干旱年份农业缺水不得超过50%,连续7年的干旱期共计缺水量不得超过1年的供水量.
调水工程从费瑟河上游开始,此后修建了一系列水坝,泵站,其中费瑟河上的奥罗维尔坝坝高234m,库容43.6亿m3,于1967年建成.该坝建有一坝后式水电站厂房,装机6台,总装机容量为644MW.所建的扬水泵站中,埃德蒙斯顿泵站是一系列泵站中规模最大的,其扬程高达587m,装泵14台,每台抽水流量为8.9m3/s,总流量为125m3/s.
调水工程的主要线路是从奥罗维尔水库引出的水,经费瑟河与萨克拉门托河下泄,流经萨克拉门托河一圣华金河三角洲后,分流入加利福尼亚水道.
加利福尼亚水道为工程的主要输水设施.水道主干全长715km,其中明渠620km,隧道19km,压力管道66km,水库库区10km.另外该水道还附有4条支水道,即南湾水道,北湾水道,海岸支水道和西支水道,构成了加州调水工程的引输水系统.
加州调水工程于1959年开工,1985年建成.总投资约31亿美元.工程投资除由联邦政府与州政府分摊部分而不需偿还外,其余靠发行债券或其他筹集渠道的资金,均需由用水户和用电户的水电费中偿还,偿还期为50年,计划2035年全部还清.
调水工程建成后,由于大量引用萨克拉门托河与圣华金河的淡水,流入旧金山湾的淡水约减少40%,致使海湾水质恶化,影响了海湾水生生物的生存环境,并使海水侵入三角洲,给生态环境带来了不良影响.为此,加州政府与联邦政府达成协议,适当控制引水量.
魁 北 克 调 水 工 程
Kuibeike Diaoshui Gongcheng
魁北克调水工程(Quebec Water Transfer Project) 加拿大跨流域调水工程.主要是将拉格朗德河邻近流域东北部的卡尼亚皮斯科(Caniapiscau)河及西南部的伊斯特梅恩(Eastmain)河的水调至拉格朗德河(见图).受水的拉格朗德河发源于加拿大魁北克省的瑙科坎(Naococane)湖,先向北,后向西,先后接萨卡米(Sakami)河,卡瑙普斯考(Kanaaupscow)河等支流,最后注入詹姆斯湾.拉格朗德河是加拿大詹姆斯湾五大水系之一,蕴藏着丰富的水能资源.调水工程的目的是水力发电,以便在满足魁北克省电力需求的同时,也可将剩余电力出售到美国东北部地区.
调水线路全长861km,流域面积9.8万km2,年平均降水量750mm,河口多年平均流量1730m3/s,年平均径流量546亿m3.
跨流域引水量共计382亿m3,使拉格朗德河年径流量可达928亿m3,以增加该河流水电开发的装机容量.工程分两期开发.一期工程主要包括兴建相邻流域的两大调水水库,引水道和相应的配套设施,以及拉格朗德2级(初期),3级,4级3座水电站.工程于1973年开工,到1985年全部完成,引水量达到了规划设计要求,水电站总装机容量10283MW.二期工程主要扩建拉格朗德2级水电站,建设1级水电站及引水工程上的勃里赛(Brisay)水电站,拉福奇2级和1级水电站等5项工程,共计装机容量达4954MW,已达到了预期的目标.
加拿大在这个工程规划中很重视水库调节径流的作用.拉格朗德河上3座大型水库共有库容1411亿m3,其中有效库容517亿m3,为该河年平均径流量546亿m3的95%,再加上相邻河流上所建的两座大型调水水库[卡尼亚皮斯特河上的卡尼亚皮斯特水库和伊斯特梅恩河上的奥皮纳卡(Opinaca)水库]及引水道上的水库,共计总库容大于2100亿m3,有效库容达936亿m3,约为跨流域调水后总的年平均径流量928亿m3的1.01倍,调节性能很好,装机容量的年利用小时数总平均可达5226h.
加拿大魁北克调水工程对相邻河流进行跨流域引水并集中到一条河流上进行梯级水电开发的做法,在水资源开发利用方面体现了其经济性和合理性,是水电开发工程中值得借鉴的.
巴基斯坦西水东调工程
Bajisitan Xishuidongdiao Gongcheng
巴基斯坦西水东调工程(West to East Water Transfer Project in Pakostan) 巴基斯坦伊斯兰共和国境内的跨流域调水工程.1947年巴基斯坦独立后,把印度河干流及其5条支流上游划归印度和克什米尔,下游划归巴基斯坦.由于印度河东部3条支流的径流为印度所控制,使原来由这3条河河水灌溉的巴基斯坦大片耕地失去水源,引起了分水矛盾.经过谈判,巴印两国于1960年签订了《印巴印度河用水条约》.该条约规定西部印度河干流和支流杰赫勒姆(Jhelum)河,杰纳布(Chenab)河来水由巴基斯坦使用,东部支流拉维(Ravi)河,比阿斯(Beas)河和萨特莱杰(Sutlej)河来水由印度使用.巴基斯坦原来靠东部3条河供水灌溉的153万hm2耕地改由西部河流供水,为此制定了由西部3条河下游地区调水的西水东调工程规划.这项规划与印巴分治后大量穆斯林教徒迁居巴基斯坦有关,因此又称印度河流域定居规划(见图).
巴基斯坦西水东调工程规划要点是在西部一些河流上游兴建大型水库,调蓄径流,同时开发水能资源;利用由北向南倾斜的地势条件,开挖几条渠道自流引水至东部灌区.工程主要枢纽建筑物为:
(1)大型水库.在印度河干流和支流杰赫勒姆河上分别兴建了塔贝拉水库和曼格拉水库.塔贝拉主坝和两座副坝分别为土石坝和土坝,主坝高143m,坝长2743m;总库容137亿m3,有效库容115亿m3;水电站最终装机12台,总容量为2100MW.曼格拉主坝和两座副坝均为土坝,主坝高138.4m,长3353m,总库容72.5亿m3,有效库容65.9亿m3;水电站最终装机10台,总容量为1000MW.
(2)控制枢纽.在各引水渠首和引水渠穿越河道处,共建设6座控制枢纽.它们是:印度河上的杰什马(Chashma),杰赫勒姆河上的拉苏尔(Rasul),杰纳布河上的马拉拉(Marala)和加迪拉巴德(Qadirabad),拉维河上的锡特奈(Sidh-nai)及萨特莱杰河上的迈尔西(Mailsi).这些枢纽除迈尔西采用倒虹吸工程与河道立交外,其余均与河道平交;每座枢纽由拦河闸和进水闸组成,拦河闸设计泄洪流量都较大,最大的马拉拉闸泄洪流量达31130m3/s,最小的锡特奈闸泄洪流量也达4245m3/s.各枢纽都有冲沙或排沙设施.有些拦河闸有相当调蓄能力,如杰什马在正常蓄水位以上有库容10亿m3.
(3)连接渠.西水东调工程有3处引水口,在印度河塔贝拉水库下游有杰什马和当萨(Taunsa)两处,其设计引水流量分别为614m3/s和340m3/s;在杰赫勒姆河曼格拉水库下游拉苏尔有一处,其设计引水流量为538m3/s,3处引水口引水流量共1492m3/s,年引水量为160亿m3.由于沿途通过几条河流,从3处引水口延伸出来的3条引水线路被分割为8条连接渠,总长593km,沿途汇人河流后,引水流量共计2959m3/s,土方工程量25100万m3.
连接渠利用地面坡降向下游自流引水,平均坡降约1/10000.有些连接渠水面低于地下水水位,有利于当地排水;有些连接渠水面高于地下水水位,渠道进行了局部衬砌,并沿渠打井抽水,以消除或减轻对地下水水位抬高的不利影响.连接渠与许多排水沟交叉,多采用立交工程;也有些采用平交和立交相结合的办法,即在连接渠输水水位高于渠外地面时利用立交涵洞排水,在连接渠停水或水位较低时利用平交闸排水人渠.各连接渠没有修建船闸,只按渠道条件,分段通航.
巴基斯坦西水东调主要工程,从1960年起先后开工,除塔贝拉水库因施工中发生事故延至1974年拦洪蓄水,1977年发电外,大部分工程已在1971年前陆续完成,实现了调水任务.这项工程保证了巴基斯坦东部3条河水灌溉农田的水源,改善了印度河流域的灌溉体系,为城乡提供了大量廉价的电力,效益十分显著.
著名防洪工程
黄 河 大 堤
Huanghe Dadi
黄河大堤(Yellow River Dike) 专指黄河下游堤防中的临黄堤,全长1371.22km,是黄河下游防洪工程体系的主要组成部分.黄河下游河道是一条地上河,历史上两岸堤多次决口改道,改道最北边经海河出大沽口,最南边经淮河入长江,泛区达25万km2.按现在的地形地物状况,黄河大堤的保护范围为12万km2.
修堤技术的发展 黄河下游的堤防工程,远在春秋中期已逐步形成.当时诸侯各霸一方,所修堤防线路极不合理.公元前651年,齐桓公"会诸侯于葵丘" (《史记·齐世家》),提出了"无曲防"的禁令.到了战国,黄河下游堤防已具有相当规模.《管子·度地》篇指出:修堤的时机以"当春三月"最好.这时土料较干,易于坚实.其他季节都不宜施工,因为夏季农忙,劳力紧;秋季多雨,土料湿;冬季土料冻结修堤不实.到了明代,堤防工程的施工,管理和防守技术都达到相当高的水平,把堤防分为遥堤,缕堤,格堤,月堤4种,按照各堤的作用,因地制宜地进行修建.在堤防施工方法和修堤质量方面,也有明确的要求.明代刘天和在《问水集》中提出:"凡创筑堤必择坚实好土,毋用浮杂泥沙,必于湿得宜;燥则每层须用水洒润".在取土方法和地点上认为"必于(堤身)数十步外平取尺许,毋深取成坑致妨耕种,毋使近堤成沟,致水浸泛".到了清代,修堤技术又进一步发展,特别强调了"五宜二忌".五宜是:一是"勘估宜审势",要选择高的地方修堤,节省土方,堤线要顺直.二是"取土宜远",要求在临河距堤二十丈以外取土,土塘之间要留土格,防止汛期堤根行溜.三是"坯头宜薄",坯头薄了易于硪实.四是"硪工宜密".五是"验水宜严",硪实后以铁锥穿孔,依灌水多少确定合格与否.二忌是:"忌隆冬施工","忌盛夏施工".
1949年以来,黄河大堤工程在修,防,管方面都有了很大的发展,科学技术水平有了很大提高.在修堤方面,逐渐由人力施工发展为机械化施工;在管理方面,已开始由专管与群管相结合的管理模式发展为以专管为主,群管为辅的管理模式.
现状 黄河下游在历史上多次改道.现河南兰考东坝头和封丘鹅湾以上的大堤是在明清时代的老堤基础上加修起来的,有500多年的历史;以下是1855年铜瓦厢决口改道后,在民埝基础上陆续修筑的,已有140多年历史.到20世纪末,黄河大堤状况已大有改进.
堤线长度 黄河下游计有各类堤防总长2291km,其中临黄堤1371.227km.
(1)右岸临黄堤.右岸临黄堤计长624.248km,自上而下为:①孟津堤,自孟津牛庄至和家庙,长7.600km.②自河南郑州市的邙山脚下,经中牟,开封,兰考及山东东明,菏泽,鄄城,郓城至梁山国那里,长340.183km.③东平湖河段梁山国那里至东平青龙山的10段河湖两用堤及山口隔堤,计长19.325km.④从济南市郊区宋家庄经历城,章丘,邹平,高青,博兴至垦利县二十一户,长257.140km.
(2)左岸临黄堤.左岸临黄堤计长746.979km,自上而下为:①自河南孟州中曹坡,经温县,武陟,原阳至封丘鹅湾,长171.051km.②贯孟堤,自封丘鹅湾至吴堂,长9.320km.③太行堤,自长垣大车集至苏东庄,长22.000km.④自河南长垣县大车集经濮阳,范县至台前张庄,长194.485km.⑤自山东阳谷陶城铺经东阿,齐河,济阳,惠民,滨州至利津四段,长350.123km.
堤防标准
(1)防洪标准.临黄大堤的防洪标准为防御花园口站22000m3/s的洪水.艾山以下大堤为防御11000m3/s洪水.
(2)堤防超高.由风浪爬高加安全加高决定.黄河大堤为1级堤防,安全加高采用1m,风浪爬高根据各河段河道宽度,风速等进行计算,采用的堤防超高见表.
(3)大堤断面.堤防断面采用典型断面稳定分析与经验相结合的办法拟定.堤顶宽度除满足稳定要求外,还考虑防汛抢险交通需要.现行的断面标准是:艾山以上顶宽平工段9m～10m;险工段,11m～12m.临,背河堤坡1:3.艾山以下顶宽平工段7m~8m;险工段9m～10m.背河堤坡1:3,临河坡1:2.5～1:3.0.堤高一般7m～10m,高的达14m.为了满足渗透稳定要求,平工段浸润线一般按1:8,险工段按1:10,不足时加修后戗.戗顶高出背河堤坡浸润线出逸点1.Om,戗顶宽4m~6m,边坡1:5,有的地方修多级后戗.
大堤加固 黄河下游大堤是经历代培修的,土质较差.1949年以后,施工质量有很大提高,修堤土料,含水量均有严格要求,规定干容重为14.7kN/m3.但由于堤线长,加修频繁,又多系群众性施工,常不能完全达到要求,因此历次洪水时堤基往往出现严重的渗水或流土现象.加固堤防采取的主要措施有锥探压力灌浆,抽槽换土,加黏土斜墙和铺盖,沙石反滤,减压井,修筑前后戗,放淤固堤等.利用黄河水流含沙量大的特点放淤固堤,是加固黄河大堤的一项有效措施.采用的方法有自流放淤,提水放淤,简易吸泥船放淤,泥浆泵放淤等.自20世纪70年代大力推行以来,至2000年,已经开辟淤区的堤线长度为755.6km,对巩固堤防起到了显著作用.
大堤险工 在大堤经常靠溜的地方修有险工.过去多为秸料埽,20世纪50年代全都石化,至1999年底共有险工工程长度312.22km.
1950年以来,黄河大堤经过3次大规模加高加固,20世纪末进行第4次修堤,至1999年,共完成土方10.36亿m3.通过处理隐患,捕捉害堤动物等,使堤防抗洪能力有了很大提高.
荆 江 大 堤
Jingjiang Dadi
荆江大堤(Jingjiang Dike) 中国长江重点堤防之一.长江自湖北省枝城至湖南省城陵矶长337km的河段,流经湖北省荆州地区,称荆江.荆江北岸上起江陵县枣林岗,下迄监利县城南,长182.35km的江堤称为荆江大堤.荆江大堤是江汉平原防洪安全的屏障,保护53多万hm2耕地和800万人民生命财产安全.万一大堤溃决,江汉平原将遭受严重洪灾,武汉市也受到洪水的威胁.
发展简况 史志记载,荆江大堤始于东晋永和元年(345年)荆州刺使桓温筑金堤.五代后梁开平年间(907年～910年)修筑寸金堤.北宋熙宁八年(1075年),荆州太守郑獬筑沙市堤;绍兴二十八年(1158年),御史都民望指令将黄潭的旧堤加以培修(今盐卡一带).南宋孝宗乾道年间(1165年~1173年),荆南知府张孝祥延长寸金堤与沙市堤衔接.经两宋(960年～1276年)的扩建和培修,大堤初具雏形,但仍留有穴口.明代(1368年~1644年),堤防有新的发展,金堤,李家埠堤,寸金堤,黄潭堤,文村堤,新开堤,周公堤等堤陆续相连,至明嘉靖二十一年(1542年)堵塞郝穴.至此,自堆金台至拖茅埠长124km的堤段连成整体,当时称万城大堤.乾隆五十三年(1788年)大溃后,乾隆拨库银二百万两,调十二县知县负责修筑,堤身得到加强.1918年改名"荆江大堤".由于荆江河道的演变,洪水位逐渐增高,从16世纪以来水位已增高4m～5m,直至1949年荆江大堤十分薄弱,汛期险情很多.中华人民共和国成立以后,大力加固荆江大堤.1951年联堆金台至枣林岗8.35km的阴湘城堤.1954年大水后,自拖茅埠至监利城南50km堤段划为荆江大堤,全长182.35km.
历史溃口 1949年以前,荆江大堤堤身单薄,堤质很差,大水年多次溃口成灾.据史料,自明嘉靖三十八年(1559年)至1949年的390年间,大堤溃口为36次,尤以1788年,1931年,1935年的灾情最重.1935年7月洪水,沙市最高水位43.97m,荆江大堤德胜寺,麻布拐等处溃口,虽都不是险段,但死伤人数仍以万计.
荆江大堤加固 1949年沙市最高水位44.49m,发生较大险情共达数百处,1954年沙市最高水位44.67m,高水位持续时间较长,发生险情约5000处.针对荆江大堤存在的堤身隐患,堤基渗漏,堤岸崩塌三大险情,1949年以来进行了全面整治和加固.截至1985年,共完成土石方近1亿m3,护岸石方600多万m3,消灭各类隐患11万多处,植防浪林180万株,大堤得到初步巩固.设计标准定为:堤顶高程按沙市水位45m,城陵矶34.4m设计水面线,超高2m;堤顶宽,马家寨至文村甲,堆金台至枣林岗两段为8m,其余为12m;边坡1:4;堤身高一般10m~12m,最高16m;险段堤脚设30m～50m平台;对沿堤背的沼泽洼地进行填塘固基,台宽100m~200m,填厚3m~4m;堤背17处重点渊塘用机船扬泥淤高,与附近地面齐平,填宽200m~400m;对迎流顶冲的堤段(共长约50km),进行抛石护岸,水下按1:2.5抛护,平枯水位做护脚平台.通过以上综合加固措施,大堤抗洪能力得到有效提高.为减轻大堤防洪负担,1952年修建了荆江分洪工程.1998年长江大洪水时,沙市水位高达45.22m,虽然超过分洪水位0.22m,工程也未出现重大问题,因而未使用荆江分洪区,避免了分洪损失.
存在问题与展望 荆江大堤保护面积广大,且堤身较高,万一溃决,广大的荆北平原将成泽国,还可能使长江断航,并威胁武汉市的安全.大洪水波突然冲泄,还将造成大量人口死亡,灾害极为严重.大堤虽经30多年大力加培,防洪能力有所提高,但三大险情尚未根治.特别重要的是堤身很高,堤基复杂,堤身是1000多年逐渐累成,加之培修土料来源不足,进一步加高加固十分困难.另一方面,单靠大堤防御洪水的标准仅约10年一遇;加上四口分流逐年减少,相对降低了大堤的防御洪水标准.在三峡工程尚未建成前,如发生超过10年一遇的洪水,即可能动用荆江分洪工程.同时,枝城站如发生超过80000m3/s的洪峰(约40年一遇),还无可靠对策来确保荆江大堤的安全,这也是长江防洪中一个最严重的问题.为了保证荆江大堤和荆江两岸广大地区的安全,今后除继续大力加固大堤,进行河道整治外,亟须在上游干支流修建具有防洪效益的综合利用水库.三峡水库建成并发挥防洪作用后,荆江地区库堤联合运用,防洪标准可达100年一遇,并在遇到1870年的特大洪水时保证行洪安全.
荆 江 分 洪 工 程
Jingjiang Fenhong Gongcheng
荆江分洪工程(Jingjiang Flood Diversion Project) 位于荆江南岸(右岸)湖北省公安县境,分蓄超过荆江河道安全泄量的超额洪水,保障荆江大堤安全的防洪工程措施,也称荆江分洪区.荆江两岸平原区共有耕地约133余万hm2,人口1000余万,是中国著名的农产区,也是历史上长江中下游洪灾最为频繁而严重的河段.荆江河段的安全泄洪能力与上游频繁而巨大的洪水来量很不适应,上游来量常在60000m3/s以上,最大达110000m3/s,而河道仅能安全通过约60000余m3/s,相当于10年一遇洪水,这样低的防洪能力与荆江区的重要地位极不相称.中央人民政府政务院决定兴建荆江分洪工程.1952年4月5日开工,历时75d主体工程(进洪闸,节制闸,移民安全工程,围堤加固工程等)建成,共完成土方890万m3,石方17万m3,混凝土方11.7万m3.1953年第2期工程完建.
工程组成 主要有分洪区围堤工程,分洪闸,分洪工程和节制闸等.全区面积920km2,南北长约70km,东西宽约30km,四面环堤,有效容积54亿m3(见图).
围堤及区内工程 ①围堤.北面和东面临荆江干流,堤长98km,西临虎渡河,堤长91km,南面南线大堤长22km,全部围堤除黄天湖段数公里为新建堤之外,其余均为旧堤加培而成.围堤断面一般按长江干堤标准培建,顶宽6m,内外坡1:3,堤顶高程:一部分堤段按江河设计水位超高1.5m,大部按蓄洪水位42m计算风浪加安全超高.其中南线大堤特别重要,为保蓄洪时洞庭湖圩垸不受溃决的威胁,顶宽5m,内外坡1:3,堤顶以下3m在分区的外侧设有5m宽平台的复式断面,堤顶高程按蓄洪水位42m加安全超高,采用45.2m.1969年进行第1次全面加培;1995年再次进行全面整修加固.该堤段属一级堤.②防浪工程.蓄洪水位42m时,分洪区大部水深7m~10m,水面辽阔,风浪高1m～2m.为了消浪,在区内沿堤一带栽植6排~10排以柳树为主的防浪林共约100万株;堤坡植草防风浪冲刷;对南线大堤除植柳之外,在区内坡面做了糙面干砌块石护坡,能有效地削减爬坡风浪.③避洪安全措施.区内有耕地3.6万hm2,人口50余万,沿堤有安全台98处,总面积1.8km2,安全区21个,总面积19.6km2,共计定居人口约17万人;分洪区内有居民约36万人,分洪时需临时转移.在20世纪60年代曾沿堤建临时移民房950栋,共有使用面积36.86万m2,同时建仓库85栋1.12万m2,为临时转移囤放物资之用.建设公路300条,共1040km,其中砂石柏油路113条,476km;各类桥梁693座.当预告分洪时,动用和调入汽车等运输工具,紧急转移.在分洪区中心辽阔部位,兴建了156栋,面积13.6万m2的高层框架楼房,用于临时避水和保存重要物资.④排灌工程.为了发展区内农业,已建成较为完备的排灌系统.沿长江和虎渡河跨堤兴建灌溉闸10余座,分别引水分片灌溉.为解决平时排水问题,开辟了纵贯南北的排水主干渠和与之相接的各级排水支渠500多条,集中在南端由排水闸自流人虎渡河.建有3座电排泵站,用于汛期提排.一座位于南线大堤泄洪闸的西面,装机容量4800kW,排水流量54m3/s;另两座建在闸口,总装机容量16800kW,设计流量168m3/s.电灌站3座,装机容量2300kW,设计流量23m3/s.为适应蓄洪的要求,泵站是封闭式的,保护机电设备蓄洪时不被水淹.排涝标准约为5年一遇~10年一遇.
过船设施 黄水套升船机,位于荆江右岸分洪区围堤,桩号620+401,黄水套安全区下游100m,是荆江分洪区配套工程,1992年夏天建成.升船机以斜面单绳牵引惯性过堤方式运行.滑道工程由主滑道,引航道,内外承船池组成.1993年7月18日成功地进行了试运行,每日可通过30t级船舶35只.升船机建设的目的是在分洪蓄水后,引船进入分洪区进行救生,打捞,特别是作为高层框架楼房转运人员,物资及其他对外联系的交通枢纽.
分洪闸 太平口进洪闸简称北闸,为开敞式钢筋混凝土建筑物,钢制弧形闸门,54孔,每孔净宽18m,总宽1054m,设同步卷扬式启闭机.闸高5.5m,闸门高3.78m,闸前设计水位44.78m,最大设计流量8000m3/s.经1954年分洪运用,证明建筑物是安全的.1980年确定,荆江大堤沙市保证水位从44.49m提高到45.00m;闸身混凝土部件裂缝很多,经批准,于1987开始进行了全面加高加固;启闭机改为手摇,电动两用,并加电视显示和配套设施,1990年竣工.
泄洪工程 分洪区的泄洪有两种情况:①在分洪期间,分洪区蓄水位达41m,预报将超过42m时,在无量庵扒口泄洪,扒口堤段已作裹头.②当分洪过程结束,分洪区水位不超过42m.待江水位下落,首先从无量庵江堤扒口泄人长江,剩余部分约18亿m3水量,由兴建在南线大堤上的两座泄洪闸泄人虎渡河.该两闸的设计流量为700m3/s,均为钢筋混凝土建筑物.一座是开敞式,1953年建成,2孔,每孔净宽8.8m,上有胸墙;另一座为箱涵式,建于1970年,3孔,每孔宽5m.两闸均属泄洪排涝两用.
节制闸 黄山头节制闸,简称南闸,位于分洪区南端西侧湖北省公安县境内,横跨虎渡河.建闸目的是分洪区水位达到42m时,如果分洪区虎渡河东堤下段决口,将增加虎渡河流量,危及黄山头以下两岸圩垸安全时,节制下泄流量不超过3800m3/s.南闸结构型式与北闸相似,闸总宽344m,32孔,每孔净宽9m,弧形闸门高6m.1964年作了全面加固,闸底高程分别为35m和36.2m,相互隔开,以便控制运用.交通工作桥桥面高程44m.闸底高程36.2m的闸孔上备有胸墙,当闸门关闭时,控制下泄流量.1979年启闭机改为电动,手摇两用.
运用程序与效果 当预报沙市站水位将超过保证水位时,先转移区内居民,然后根据来水量开北闸分蓄超额洪水;北闸充分利用后,预报沙市站仍将超过保证水位,在腊林洲预定堤段扒口进洪.1954年长江大水,枝城站洪峰流量约16年一遇,洪量则近100年一遇;荆江防汛特别紧张.从7月下旬至8月上旬,荆江分洪工程先后开闸3次,共分洪30d.第3次北闸与腊林洲江堤扒口,合计进流量近10000m3/s,降低沙市水位约1.0m,进洪总量122.6亿m3,超过了分洪区的蓄洪容量.在分洪过程中,向虎渡河及长江泄放了部分洪水.此次荆江分洪工程的运用,保证了荆江大堤的安全,在一定程度上降低了荆江及以下河段的水位;还推迟了武汉洪峰水位的出现,为武汉市赢得了临时堤防加高的时间.
问题与展望 1954年以后,分洪区未再使用,加之管理上存在问题,区内人口增长了2倍,财富相应快速增加,加大了分洪时的淹没损失和决策的艰难.有必要建立健全管理法规,做到分洪与发展都有利.随着荆江堤防加培,裁弯工程等措施的实施,荆江分洪区的运用机会比始建期有所减少.待到上游三峡水库建成,分洪区运用的频率将从10年一遇提高到100年一遇.由于荆江防洪的特殊地位,荆江分洪工程分洪任务仍然需要保留;另一方面,对三峡枢纽综合效益的充分发挥也非常有利.分洪区现有的安全区,安全台,为实施"移民建镇"奠定了良好的基础.移民建镇的全面实施,将不仅解除分洪时临时转移的困难,大大减少损失,且为分洪区经济持续发展提供了条件.为此,应积极地做好分洪区移民建镇及其发展规划.
参考书目
洪庆余主编.中国江河防洪丛书·长江卷.北京:中国水利水电出版社,1997
武 汉 市 防 洪 工 程
Wuhanshi fanghong gongcheng
武汉市防洪工程(flood protection project of Wuhan City) 为保护武汉市抵卸一定频率的洪涝灾害而兴建的防洪工程.武汉市地处长江中游,汉水与长江交汇处,是湖北省省会,全省政治,经济,文化中心,中国水陆交通重要枢纽和综合性工业基地,钢铁,机械,轻纺,商贸,汽车,光纤通信等产业在全国占有重要地位.1999年底,城区人口740.2万人,市区建成区面积208km2,国内生产总值1085.68亿元.长江,汉水把市区分隔为武汉三镇(汉口,武昌,汉阳),汉口以北紧靠府环河.长江流经市区长为145km;汉水流经市区长为62km;府环河在市区流程长60km.市区地面除局部山丘外,一般高程在21m～27m之间,平均地面高程约为24m,低于外江最高洪水位1m～7m.武汉市主要受长江和汉水等外江洪水的威胁,市区暴雨会造成涝灾.
洪水特性 武汉市的外江洪水主要呈现以下特征:①汛期长.长江洪水一般发生在5月～8月,而汉水洪水发生在7月～10月,因此武汉汛期长达6个月左右.②流量大.长江武汉河段多年平均年径流量7374亿m3,最大洪峰流量76100m3/s.③水位高,且高水位的发生频次愈来愈密.1954年洪水位最高,1865年～1999年武汉关水位超过27m以上的达18次,平均7.5年1次.其中,1980年～1999年以来发生9次,平均约2年1次.
防洪建设简史 公元1世纪～2世纪前,武汉地区河道纵横,湖群密布,人口较少,多住武昌,汉阳高地.公元2世纪开始设军事城堡.公元7世纪,人口增多,修城墙的同时开始修堤防水.17世纪初,汉水尾闾从晴川阁人江改由龙王庙人江后,汉口开始修堤.据有关记载:武昌汉阳门至平湖门间花蕊堤始建于1111年～1118年;1190年～1194年筑万金堤;1206年～1308年修打门堤;1612年后修熊公堤;1899年～1900年修武青堤,武泰堤.武昌历代所修堤防多次为洪水所毁,屡经修复.汉阳自1506年开始据地势修筑零星垸堤,1644年修拦江堤.汉口1635年筑长堤(即袁公堤),1905年修张公堤,1929年修武汉关堤,1931年后逐渐围成汉口圈堤.至1949年,三镇堤防总长108km.但堤防堤身低矮,堤型参差,管理不善,隐患多,加之堤上挖壕沟,筑碉堡等工事,堤防遭到严重破坏,防御洪水能力很低.江水位到27m以上,堤防即险象丛生.
1949年～1954年,按照1931年长江武汉关最高洪水位28.28m的标准,对堤防进行维护和建设.1954年长江大水后,按照1954年武汉关最高洪水位29.73m加安全超高1.0m的标准进行维护和建设.武汉附近设杜家台,西凉湖,武湖,张渡湖,白潭湖和东西湖分蓄洪区6处.到1974年,根据整体防洪规划要求,三镇堤防系统和分蓄洪工程基本建成.1968年丹江口水库工程初期规模建成,减轻了汉水洪水对武汉市的威胁.至此,武汉市初步形成具有堤防,分蓄洪工程和丹江口水库的防洪体系,1974年～1982年,按武汉关水位29.73m加安全超高1.5m的标准进行堤防维护和建设.1982年～1999年,按武汉关水位29.73m加安全超高2.0m的标准进行维护和建设,并把隔渗和除险加固纳入建设范畴.
防洪工程现状 武汉防洪工程包括堤防,涵闸,水库和分蓄洪区(见图).城市堤防包括城区和郊区两部分.武汉市堤防全长800km,其中按重要程度和水系划分,长江,汉水干堤465km,连江支堤335km;按等级划分,国家确保干堤194.4km,一般干堤,连江支堤605.6km;按堤防结构划分,混凝土防水墙52.42km,其中蔡甸2km,城区50.42km,其余为土堤.武汉市城区分为汉口,武昌,汉阳3个独立的防洪保护圈.①汉口防洪保护圈由汉口沿河堤,汉口沿江堤,张公堤组成,全长52.73km,堤顶高程31.7m～32m,保护圈面积133.8km2,除京广铁路留有约20m道口外,其余堤防均已形象达标.②武昌防洪保护圈由长江武惠堤,武钢工业港堤,武青堤,武昌市区堤,八铺街堤,武金堤以及武昌地区以南的自然高地组成,堤线77.72km,堤顶高程30.7m～32.2m,保护圈面积约820km2.③汉阳防洪保护圈由汉阳沿河堤,汉阳拦江堤,高公街堤,鹦鹉堤,江永堤,烂泥湖堤,永固堤,襄永堤,保丰堤,汉阳隔堤和自然高地组成,全长63.95km,保护圈面积约413.5km2.市区确保干堤防洪标准按1954年武汉关最高洪水位29.73m超高2m,水面坡降按1954年当地最高洪水位控制确定.混凝土防水墙采用"上"型结构,内外设置挡土墙戗台马道,以控制墙身稳定;土堤顶宽为8m,内外坡比为1:3,堤外防浪台(防渗铺盖)面宽一般为10m～25m;堤内压浸台多为一级,面宽10m,部分堤段设置二级压浸台,面宽15m,高出地面约1m～1.5m,两台边坡均为1:3.至1998年,全市长江,汉水干堤已达标165km.武汉城区堤防上共有通道闸口303处,排水出口80处,涵闸47座,排水泵站51座.武汉全市有水库273座,其中大型3座,中型6座,小型264座,集雨面积852km2,总库容9.25亿m3.武汉附近6个分蓄洪区,规划分蓄洪水68亿m3.1998年大水后,国家在1999年安排了投资6.5亿元,主要实施堤防除险加固达标,涵闸除险,水库除险,泵站维护改造等重点水利工程148项,工程完成后,全市长江,汉水干堤达标堤段可增加到283km.2000年长江,汉水干堤计划达标堤段增至374km.至2001年,465km长江,汉水干堤全部达标.
防洪工程存在问题 ①至2000年汛前,长江,汉水堤防尚有91km未全部按防御1954年洪水标准形象达标.②已达标的工程由于堤顶堤身问题及部分建筑物年久失修,历史险工未彻底治理.③江滩乱建乱占,人为设障影响行洪.④分蓄洪区安全建设远未达标,运用时难以按分蓄洪标准调度.
上 海 市 防 洪 工 程
Shanghaishi fanghong gongcheng
上海市防洪工程(flood protection project of Shanghai City) 为保护上海市抵御一定频率的洪涝灾害而兴建的防洪工程.上海市地处长江三角洲东南缘,太湖流域下游,1999年全市总面积6340.5km2,其中城区面积550km2;全市人口1313.1万,其中市区人口1127.2万.1999年上海港年吞吐量为1.86亿t,集装箱421.6万标准箱,是世界十大港口城市之一.2003年全市国内生产总值10342.8亿元.上海市地势低平,地面高程多在3.0m～4.0m(吴淞高程,下同),其中市区多为3.0m～3.5m,黄浦,静安等区最低处仅2.2m,系由于过量抽取地下水,地面沉降所致.上海市沿杭州湾,长江口,黄浦江实测最高潮位,约高于当地地面0.5m～3.5m,完全依赖海塘,市区防汛墙,黄浦江上游江泖堤防挡潮,防洪.如大汛期间遇台风影响或与太湖洪水下泄,地区大暴雨遭遇,全市有可能出现大范围严重受淹,因此全市防洪(潮)任务十分繁重.
上海常受台风,高潮,暴雨和洪水影响,侵袭.近20多年来,尤其是最近10年,沿杭州湾,长江口,黄浦江高潮位一再突破历史记录.黄浦江黄浦公园站自1981年以来,共9次出现5m以上特高潮位.1997年8月19日潮位最高,当时沿杭州湾,长江口,黄浦江干流全线大幅度突破历史记录,其中黄浦江黄浦公园站实测潮位达5.72m,仅比1984年水利部,上海市批准的千年一遇潮位低0.14m(比原历史记录抬高5m);米市渡站潮位达4.27m,比原分析的万年一遇水位还高1cm,经全市军民全力抢险,才保基本安全.
洪水类型及危害 从历史洪潮灾害的成因分析,上海洪水主要有台风暴潮型,与太湖洪水遭遇型和地区暴雨型3大类.
(1)台风暴潮型.每年5月～10月,特别是8月～9月,上海常受台风(指热带风暴,强热带风暴,台风,下同)影响或侵袭,平均每年2次.汛期黄浦江黄浦公园站大汛期间(农历初三,十八前后)天文潮位一般在4.0m以上,最高4.4m,如恰遇台风影响或侵袭,就有可能出现特高潮位,若再遭遇地区大暴雨,或太湖洪水下泄,将会出现"灾难性"特高潮位.据实测资料分析,凡黄浦公园站出现4.80m(吴淞站为5.10m)以上高潮位均系台风影响所致.1949年以来几次特高潮位中,黄浦公园站增水达0.70m～1.49m,吴淞站增水达0.77m～1.58m.
台风暴潮型洪灾是上海地区出现次数最多,威胁最大,损失最严重的自然灾害.1470年以来,因台风暴潮,"水高丈余,死人上万"的特大灾情共发生过10次,平均50年1次,最近一次出现在1905年9月2日.20世纪以来,较大洪潮有15次,其中1949年以来发生10次,有2次造成严重灾害,3次发生一般灾害,其余为局部轻灾.
(2)洪水与大潮遭遇型.太湖洪水经黄浦江下泄,由于其历时在半个月以上,故必然与天文大潮遭遇,会对青浦,松江,金山等新市区产生较大影响;若与地区暴雨,大暴雨遭遇,会造成较严重后果;若太湖洪水经黄浦江下泄与台风高潮,地区暴雨遭遇,全市将出现"灾难性"汛情.1949年以来,因太湖大洪水经黄浦江下泄,与地区暴雨和天文大潮遭遇共出现3次(1954年,1991年,1999年),都对黄浦江上游青浦,松江,金山等区造成严重危害.
(3)地区暴雨型.上海地区6月～9月多暴雨,据1959年～1983年统计,平均每年有大暴雨4次,其中特大暴雨3年出现1次,多为热带气旋影响或雷暴雨所造成.市区西,北部地区,因距黄浦江较远,内河狭窄,水面积少,泄,蓄洪能力不足,沿河又有大量城市雨水经泵站排人,常使内河水位超出地面0.5m以上;如遇支流河口水闸关闸挡潮,因部分内河防汛墙简陋,可能使部分地段防汛墙漫溢或溃决.1975年以来,市区内河部分地段出现漫溢,溃决先后有10余次,其中较严重是1977年,1991年,1997年.
防洪工程现状
(1)市区防汛墙.1949年后市区地面下沉幅度加大,潮水危害加重.1956年起,市区黄浦江,苏州河沿岸陆续修建砖防汛墙和土堤.1962年和1974年高潮后,曾进行过2次规模较大的防汛墙加高加固工程.1981年特高潮后,有关专家,领导和有关部门一致认定1974年颁发的市区防洪标准偏低.1984年经水利部和上海市人民政府批准,市区防洪标准提高到千年一遇高潮位设防(黄浦公园和吴淞口防御水位分别为5.86m和6.27m).经国务院批准,于1988年起实施市区防汛墙按千年一遇防潮标准加高加固工程:到2001年汛前,原批准市区防汛墙加高加固工程基本完成,即包括长208km的市区防汛墙加高加固工程,新建苏州河水闸工程和47座支流水闸加高加固工程,惟吴泾,闵行包围工程未实施(后规划调整为新增市区防汛墙加高加固工程的一部分).上海市区扩大后,经批准增加了长87km的市区防汛墙.现有江堤大部尚不能保证20世纪90年代以来已出现过的高潮不出险;奉贤县长23km的江堤也不能保证20世纪90年代以来已出现过的高潮不出险,上述堤防急需立项建设.黄浦江上游地区堤防正在进行达标建设,部分已达50年一遇设防标准.
(2)上海市海塘.沿杭州湾,长江口海塘长508km,1949年后不断进行加高加固,尤其是1996年以来进行达标工程建设,到2000年底,已有282km达到防御100年高潮加11级～12级风(风速28.6m/s~32.7m/s)组合设防标准;有191km海塘外滩地为淤涨地段,准备结合今后滩地围垦,同时实施海塘达标工程;尚未达标的海塘长35km,其中约有一半正在加高加固.
存在问题和展望 上海市海塘,市区防汛墙和黄浦江上游江堤存在的主要问题:①海塘,新增市区防汛墙和黄浦江上游江堤尚有部分地段未达规划标准,同时海塘保滩工程建设刚刚起步,沿海塘尚有一些病险水闸,即全市尚未形成整体防御洪,潮能力;②市区防汛墙已进行加高加固建设地段,由于种种原因,其防御能力在不断下降,已明显达不到千年一遇设防标准的要求,对未来防汛安全构成严重威胁;③已达标地段存在一些渗漏及局部损坏等隐患.
鉴于上海市区防洪问题的严重性,①要加快海塘保滩,新增市区防汛墙和黄浦江上游江堤达标工程建设;②加快黄浦江河口建闸课题前期研究工作,尽早审定上海市区远景防洪标准和具体实施方案,尽早进入实质性建设阶段,为彻底解决上海市区防洪安全创造必要的物质条件;③在防汛工程建设的同时,要加快加强防洪非工程措施建设,如雨量,水位自动测报,防汛有线,无线通信保障,提高防汛水情,雨情预报精度,健全防汛计算机专用网络,建立防汛风险辅助决策系统,建立重要水利设施运行控制的自动测报系统,建立和完善防汛辅助决策系统,满足各级防汛指挥需要等.
北 京 市 防 洪 工 程
Beijingshi fanghong gongcheng
北京市防洪工程(flood protection project of Beijing City) 为保护北京市抵御一定频率的洪涝灾害而兴建的防洪工程.北京是中国首都,位于华北平原西北边缘,全市包措18个区(县),总面积16800km2,2000年人口1381.9万人.市区位于永定河冲积扇上,城区面积488km2,人口671.8万人.2003年全市国内生产总值(GDP)3677.2亿元.确保北京市防洪安全,有重大的政治,经济意义.北京市洪水主要来源于永定河,该河自三家店出官厅山峡后贯穿市界南北;市区诸河洪水自西北流向东南,汇人温榆河,北运河,还有潮白河等,对北京市郊防洪都有较大影响.此外,市区沥涝也有一定程度危害(见图).
洪水特征及历史洪灾 永定河洪水对北京市防洪威胁最大,三家店以上永定河流域面积45000km2,由于汛期6月～9月雨量集中,常出现暴雨,形成大的洪水,且含沙量很大.自三家店进入平原,河道坡度骤然变缓,河床淤积抬高,较大洪水常使堤防决溢成灾,危及市区安全.史料记载,公元993年～1698年,永定河危及北京城的决溢达20次.1698年在卢沟桥上下两岸修复和兴修土堤,此后百余年未发生决溢.1801年7月,永定河发生特大洪水,三家店洪峰流量达9600m3/s,卢沟桥上下决溢多处,决口总长达4km.明清以来,曾有5次(1554年,1626年,1668年,1801年,1890年)因永定河大洪水决口漫溢侵袭北京城区.自1954年后,由于修建了官厅水库,防洪情况大为改善.
市区是防洪的重点.市内有通惠河,凉水河,清河,坝河4条排水河道及30多条较大支流,汇流面积1238km2.城市的发展,建筑面积及硬化路面急剧增加,径流系数已由0.2增加到0.5左右,汇流加快,局部暴雨常出现沥涝灾害.如1963年8月9日暴雨中心在市区东北部酒仙桥地区,日降雨量401mm,全市日平均降雨265mm,各河道普遍漫溢,市区积水面积达202km2,水深0.5m以上.
潮白河洪水对北京市郊区县有威胁.1939年海河流域北系大洪水,潮白河苏庄站洪峰流量14000m3/s(还原),苏庄闸被冲毁,潮白,北运等河堤防决口,密云,顺义,通县受灾严重.
防洪建设简史
自辽代在北京建立陪都和金,元,明,清建都北京,都在永定河修建堤防工程.金大定二十九年至明昌三年(1189年～1192年)修建卢沟桥和卢沟桥以上部分堤段;元代修复局部堤防;明代极为重视京都防洪,多次加固改善卢沟桥以上左堤,并全部改为石堤;清代重视堤防建设,但大规模筑堤是在卢沟桥以下.历代的筑堤防洪标准低,每遇较大洪水仍不免决溢.
防洪工程现状
永定河 1949年以来,为确保北京市区及永定河下游地区防洪安全,1954年建�