任务一　了解我国水资源及水利工程建设情况

一、我国的水资源

水是“生命之源，生产之要，生态之基”，是人类生存和社会发展必不可少的自然资源。水能够循环，并能逐年得到补充和恢复，因此，水资源不同于土地、矿藏等自然资源，是一种不仅可以再生而且可以重复利用的自然资源。水在工农业生产以及国民经济建设中占有重要地位，所以，各国都把水当作一种宝贵的资源去开发、研究、利用和保护。

地球上水的总量很大，约为13.86亿km3，但绝大部分是海洋中的咸水，占地球总储水量的96.5%。以降水、径流方式在陆地运行的淡水，全球年径流总量为0.48亿km3，这是最重要的一部分水，但只占地球总储水量的3.5%，且大部分在北半球。真正便于人类利用的水只是其中一小部分，主要分布在湖泊、河流、土壤中以及600m深度以内的含水层，由此可见，地球上的淡水资源数量极为有限，需要人类珍惜，任何无节制的开发、利用都可能对人类的生存环境造成破坏。

世界各国和地区因所处的地理环境不同，拥有水资源的数量差别很大。按拥有水资源量多少排列，排在前几名的国家依次是巴西、俄罗斯、加拿大、美国、印度尼西亚、中国、印度。我国的水资源有以下特点。

1.总量较大，人均值低

我国流域面积在50km2及以上的河流有45203条，流域面积在100km2及以上的河流有22909条，水资源总量居世界第六位。但由于我国人口众多，按人均占有量我国的水资源并不丰富，人均水资源占有量仅为2200m3左右，是世界平均水平的1/4，列世界第125位，已经被联合国列为13个贫水国家之一。

2.水资源在地域上分布不均

我国国土面积较大，降水、径流在地域上分布不均衡，总的特点是“南丰北贫”：秦岭、淮河以南地区年降水量一般在800mm以上，属于湿润和十分湿润地区；秦岭、淮河以北地区年降水量一般小于800mm，属于干旱和半干旱地区，其中新疆南部塔里木盆地和青海西部柴达木盆地年降水量不足25mm，是我国降水量最少的地区。我国降水总趋势是由东南沿海向西北内陆递减，南方水多地少，北方地多水少。长江及其以南地区，耕地面积占全国的38%，而河川径流量占全国的83%；黄、淮、海、辽四河流域内耕地面积占全国的42%，但河川径流量只占全国的8%，水资源总量只占全国的9%。所以，国家正实施“南水北调”工程，以缓解“南丰北贫”的状况。

3.水资源在时间上分布不均

我国受季风气候的影响，降水量年际变化很大，年内分配也很不均匀，总的特点是“夏丰冬枯”：枯水季节或枯水年，雨量很小，往往不能满足用水要求，而丰水季节或丰水年，雨量又很大，可能泛滥成灾。我国南部地区最大年降水量一般是最小年降水量的2～4倍，北部地区一般是3～6倍，且常有连续丰水年和连续枯水年出现。我国多数地区的雨季为4个月，南部地区在5—8月，4个月的降水量占年降水量的50%～60%；北部地区雨季多为6—9月，4个月的降水量占年降水量的70%～80%。同一地区，一次暴雨降水量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。因此，在国民经济发展规划、城市规划和工农业生产布局调整中，都应充分考虑水资源的现状和开发的可能性，同时兴建蓄水工程，调节径流，防洪兴利。

4.水能资源丰富

我国河流大部分从西部青藏高原流到东部东海，其间巨大的落差形成了巨大的水能资源。据2005年统计，我国水能资源理论蕴藏量达6.94亿kW，其中技术可开发量达5.42亿kW，年发电量24740亿kW·h，经济可开发容量4.02亿kW·h，均居世界首位。

水能与风能、太阳能一样，属非矿石清洁能源，具有可持续性，应优先开发。水力发电技术最为成熟，具有取之不尽、用之不竭、成本低廉、运行灵活的优点。因此，大力开发我国丰富的水能资源，对解决我国的能源问题，使国民经济健康、可持续发展具有重要的战略意义。

二、我国的水利工程建设

我国劳动人民在治理水患、开发水利方面进行了长期的英勇奋斗，积累了许多宝贵经验，取得了辉煌的业绩，至今还有一些古代的水利工程在为我们服务。特别值得一提的是，秦代李冰主持修建的四川都江堰水利工程，堪为中华民族的骄傲。都江堰水利工程是中国古代建设并使用至今的大型水利工程，被誉为“世界水利文化的鼻祖”，为世界文化遗产，亦是四川省著名的旅游胜地。该工程于公元前256年左右修建，是“当今世界年代久远、唯一留存、以无坝引水为特征的宏大水利工程”，灌溉面积达1004万亩，是我国目前灌溉面积最大的水利工程，如图1-1所示。

根据2013年水利发展统计公报，截至2013年年底，全国已建成各类水库97721座，水库总库容8298亿m3。全国已建成五级以上江河堤防27.68万km；已建成流量为5m3/s及以上的水闸98192座；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458.4万眼；已建成各类装机流量1m3/s或装机功率50kW以上的泵站90650处；共建成农村水电站46849座，装机容量7119万kW，占全国水电装机容量的25.4%；全国水土流失综合治理面积达106.89万km2；全国共有各类水文测站86554处，其中：国家基本水文站3195处，专用水文站816处。

众多的工程实践促进了水利科学技术的发展。在坝工建筑、坝基处理、高速水流泄洪消能、地下工程开挖、大流量的截流和施工导流，以及大型闸门与水轮发电机组的设计、制造、安装等方面，我国都取得了成功的经验，有些方面已达到世界先进水平。例如，目前世界上规模最大的水利工程——三峡水利枢纽工程，总装机容量达2250万kW，远超过原世界上装机容量最大的水电站——装机容量为1260万kW的伊泰普水电站，三峡工程还拥有世界上规模最大的双线五级永久船闸，三峡水利枢纽工程如图1-2所示。

我国水利发展取得了巨大成就，基本形成了覆盖城市乡村、功能较为齐全、惠及亿万群众的水利基础设施体系。

但由于我国经济社会快速发展和人民群众生活水平的不断提高，对水的需求日益增大，加之历史欠账较多，我国水利建设仍不能满足社会的需要，存在很多薄弱环节。全国有防洪任务的河段中，已治理的只占33%，已治理且达标的仅占17%，尤其是中小河流治理率低；全国水库总库容占河川径流量的34%，兴利库容仅占16.8%，对江河水资源的调控能力不强；全国以供水和灌溉为主的水库虽然有9.3万多座，但兴利库容只有1700多亿m3，供水保障能力较弱；全国灌溉渠道衬砌长度不到30%，中小灌区的灌溉效率较低。

三、大坝建设与发展

截至2013年，世界上已建成最高的水坝是位于中国四川省雅砻江上的锦屏一级大坝，它以305m的高度超过了塔吉克斯坦的努列克坝，成为世界上最高的水坝。

世界上最高的拱坝：中国四川锦屏一级拱坝，坝高305m。

世界上最高的土石坝：塔吉克斯坦的努列克坝，坝高304m。

世界上最高的重力坝：瑞士的大迪克桑斯坝，坝高285m。

表1-1列出了世界上已建的前12名高坝。

另外，位于塔吉克斯坦的罗贡坝，其中一个设计方案的高度达到335m，如能建成，将会成为世界上最高的土石坝及世界上最高的水坝；其次，正在建设中的中国双江口大坝，坝高将达到314m。

世界上最高的天然水坝——乌索伊坝，位于塔吉克斯坦南部，是1911年地震诱发滑坡形成，高达567m，超过地球上任何一座人工建造的水坝。

中国最高的土石坝是云南省境内的糯扎渡大坝，高261m。

中国最高的重力坝是位于广西壮族自治区的龙滩水电站大坝，高216.2m。湖北省境内还拥有世界上最高的混凝土面板堆石坝——高233m的水布垭水电站大坝。目前，四川省境内正在建设的双江口大坝预计高达将达到312m，建成后将成为新的世界第一高坝。表1-2中列出了我国已建高度超过200m的大坝。

在中国的大坝建设和管理过程中，面临着很多挑战性的技术困难与问题，主要有以下10个方面：

（1）大坝与生态。大坝建设，需要在保护生态的基础上进行有序和适当的开发，如何维护河流健康，实现水资源的可持续利用，支持经济社会的可持续发展是值得关注的问题，如量化河流健康的标准、量化大坝的影响并确定可接受的影响程度，科学确定水沙关系、河湖关系等。

（2）河流生态的修复与建设，即如何通过人工干预改善河流生态。

（3）大坝生态调度问题。水利水电枢纽工程在发挥防洪、发电、供水、航运等功能的同时，还要考虑到河流生态的影响，使之能保持最佳生态状态。

（4）特高坝建设的技术问题。中国在建的坝很多是历史上最高、最复杂、最难的，有一些也是世界最高的，如何保障安全、如何做到技术上可靠将是比较突出的问题。如高压水劈裂、地基承载能力、大坝的力学基本原理等都是值得探究的基本问题。

（5）病险坝除险加固问题。随着大坝数量的增加和运行年限的增加，大坝的运行维护和查险、除险也将是重要的问题。

（6）工程寿命和退役问题。大坝工程合理的、经济的使用年限确定是一个复杂的问题，如何建立合适的退役制度尚需要在实践中不断总结。

（7）环境友好筑坝技术的技术标准。公众对大坝建设的关注度日益增加，在提高筑坝技术的同时，坝工技术工程专家与环境专家和社会专家合作，共同寻求对环境的有效保护是非常必要的。研究环境友好筑坝技术的技术标准在未来一段时间内将成为一项重要任务。

（8）筑坝新材料、施工新工艺研究。近20年来，由于碾压混凝土筑坝技术、面板堆石坝技术的发展和推广，水库大坝在提高质量、降低造价、快速建设等方面取得了显著成就。展望未来，在新的筑坝材料、新的施工工艺的突破等方面仍有迫切的需求，需要加速发展。

（9）可视化技术、隐患探测技术与并行计算分析技术。大坝的运行性态以及安全运行的保障，有赖于可视化技术、隐患探测技术的进步，除此之外，还需依赖于计算机分析技术的发展，并行计算技术有望得到进一步的发展。

（10）进一步提升大坝安全的研究。大洪水、大地震以及大坝的长期运行等因素不断将大坝的可靠性、安全性提到更为重要的地位，如何结合这些因素探索提升大坝的安全性成为重要的研究方向之一。