世界現(xiàn)代水利防洪

防洪按現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟水平，人類還不能完全控制洪水，只能在經(jīng)濟開發(fā)地區(qū)減小洪災(zāi)損失。半個多世紀以來，許多國家雖投入大量資金建設(shè)防洪工程，取得了巨大效益，但由于人類活動和社會經(jīng)濟發(fā)展等因素的影響，洪水損失仍有增加趨勢。

防洪標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)洪災(zāi)造成的損失由經(jīng)濟評價決定，隨國家和地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平和沿岸城市的重要性不同而差別很大。經(jīng)濟發(fā)達國家，對特別重要的城市一般要求防200年一遇洪水;對重要城市,要求防100年一遇洪水；對農(nóng)田一般只要求防10～20年一遇洪水，有的甚至只要求防3～7年一遇洪水。防洪工程從規(guī)模和效益上看，最典型的是密西西比河防洪系統(tǒng)。

防洪的發(fā)展趨勢如下。①工程措施和非工程措施相結(jié)合：70年代以前，防洪主要考慮工程措施，但仍經(jīng)常發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)的洪水事件,造成洪災(zāi)損失。70年代以后,許多國家重視工程措施與防洪非工程措施相結(jié)合，目的是使洪災(zāi)損失盡可能減到最小。②重視城市防洪：城市的資產(chǎn)和人口最集中，是防洪的重點地區(qū)，防洪標(biāo)準(zhǔn)也較高。③洪水預(yù)報警報系統(tǒng)日趨完善：隨著新技術(shù)的發(fā)展，洪水預(yù)報警報系統(tǒng)已運用地球衛(wèi)星和遙感技術(shù)等收集和處理、傳遞水文情報。洪水預(yù)報和警報已成為非工程防洪措施的重要內(nèi)容。

海水淡化技術(shù)近年來發(fā)展較快，但耗能較多，費用約為常規(guī)供水方法的10倍。1980年全世界海水淡化總量約27億m，小于總用水量的1/1000。其中60%分布在阿拉伯半島等能源豐富而又嚴重缺水的國家。

人工影響天氣，催雨播云，自1946年首次試驗成功后，已試驗數(shù)百次，在增加水庫蓄水量、緩解旱情、撲滅森林火災(zāi)等方面都起過一定作用。但因影響因素很多，要有一定的氣象條件，80年代仍處于試驗研究階段。

水資源開發(fā)的發(fā)展趨勢如下。①重視流域規(guī)劃：為充分利用水資源，現(xiàn)代水利建設(shè)要求以流域為單元，進行多目標(biāo)水利規(guī)劃。70年代以前，流域規(guī)劃主要從工程技術(shù)經(jīng)濟方面考慮。70年代以后，流域規(guī)劃除考慮工程技術(shù)經(jīng)濟因素外，開始重視社會、環(huán)境等方面的問題及其長遠的影響。②重視生態(tài)環(huán)境問題：60年代以前，所關(guān)注的環(huán)境問題主要是水源污染。隨著水資源的大規(guī)模開發(fā)，70年代以后，開始注意整個流域生態(tài)環(huán)境不容忽視、而且不少是不可逆轉(zhuǎn)的影響。埃及阿斯旺高壩建成后，其環(huán)境影響引起全世界的關(guān)注和爭議。蘇聯(lián)為發(fā)展中亞地區(qū)的灌溉，引用阿姆河和錫爾河的大量徑流，使咸海海面從50年代末的6.4萬km縮減到80年代初的 4萬km，水位下降10m以上。為補充咸海水量，計劃從西伯利亞調(diào)水，但因可能對環(huán)境產(chǎn)生嚴重影響而遲遲不能決定。因此，對重大水利工程，需要事先作出對環(huán)境影響的評價，權(quán)衡利弊，才可決定。③提高用水效率、加強水資源管理：為緩解水資源匱乏現(xiàn)象，許多國家已重視水資源的管理，提高用水效率。農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力最大。工業(yè)方面主要是提高水的重復(fù)利用率。城鎮(zhèn)建筑采用節(jié)水型設(shè)備，并推廣中水道，使飲用水與雜用水的管道分開。在多水季節(jié)將多余的地表水人工補給地下含水層，建造地下水庫，是緩和水資源緊缺的經(jīng)濟合理措施。原聯(lián)邦德國人工補給地下水的水量已占地下水抽取量的30%。

抽取地下水是最古老的用水方式。80年代估計全世界總用水量中約 1/5取自地下含水層。許多地區(qū)因地下水超采嚴重，已引起地下水位大幅度下降、地面下沉和沿海地區(qū)海水入侵地下含水層的現(xiàn)象。為緩解這些現(xiàn)象，許多國家一方面限制抽取地下水，另一方面采取向地下含水層人工回灌的技術(shù)。

為解決干旱缺水地區(qū)用水需要，世界上已有10多個國家進行跨流域調(diào)水。規(guī)模較大的有：①巴基斯坦的印度河調(diào)水工程；②蘇聯(lián)從額爾齊斯河向奴拉河調(diào)水工程；③美國加利福尼亞州調(diào)水工程。有些國家還計劃或設(shè)想建更大規(guī)模的調(diào)水工程，如蘇聯(lián)計劃從西伯利亞向中亞細亞調(diào)水，美國設(shè)想調(diào)阿拉斯加的水經(jīng)加拿大到美國本土。這些計劃或因環(huán)境和社會問題，或因投資問題，在近期內(nèi)很難實現(xiàn)。

現(xiàn)代水資源開發(fā)強調(diào)綜合利用，防洪、灌溉、發(fā)電、航運、供水、漁業(yè)和旅游業(yè)等多目標(biāo)開發(fā)。開發(fā)途徑主要是：①在河道上筑壩蓄水，調(diào)節(jié)徑流；②建跨流域引水工程，調(diào)節(jié)水資源在地區(qū)上的分布不均；③開發(fā)地下水。其中以第一種途徑最主要。

至1986年,全世界已建成庫容1億m以上的水庫2700余座，總庫容逾6.4萬億m,約占全世界陸地年平均河川徑流量的14%。36年來，水庫總庫容約增加了10倍。庫容 1億m以上的水庫約80%以上是1950年后建成的。已建和在建的100億m以上的大水庫約100座,總庫容約3.5萬億m;庫容500億m以上的特大水庫19座,總庫容約1.7萬億m，其中6座在蘇聯(lián)、5座在加拿大。至1989年，世界上最大的水庫為蘇聯(lián)1967年建成的布拉茨克水庫，總庫容約1694億m。

第二次世界大戰(zhàn)后,世界科學(xué)技術(shù)發(fā)展突飛猛進。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，以及為滿足日益增長的人口的需要，世界上許多國家投入大量資金發(fā)展水利，在整治河道、提高防洪能力、擴大灌溉面積、建設(shè)大水庫和大水電站、 改善航運條件、 跨流域引水、防治水污染、保護水源以及結(jié)合水利工程發(fā)展旅游等方面，都取得了較大成就，使水資源的開發(fā)、利用和保護達到了較高水平。

但由于降水在地理上和時間上分布不均，人類尚無能力充分控制和調(diào)節(jié)，尚未充分掌握其規(guī)律，致使許多地區(qū)的水旱災(zāi)害仍不斷發(fā)生。此外，由于工農(nóng)業(yè)和城鎮(zhèn)居民需水量不斷增長，人口向都市集中，使世界上許多地區(qū)，特別是城市地區(qū)，水資源不敷使用。水體污染繼續(xù)蔓延，以及管理不善，加劇了水資源的供需矛盾。

水資源開發(fā)依靠水文循環(huán)，地球上每年再生淡水資源的體積大體上是不變的。降水形成的多年河川徑流量約為44.5萬億m。其中約 2/3在洪水季節(jié)直接流入海洋，河川天然基流僅約14萬億m。為保持生態(tài)平衡和工程技術(shù)方面的原因，可利用的水資源更少。

據(jù)估計，1950年全世界工業(yè)、農(nóng)業(yè)和城鎮(zhèn)居民用水總量約1萬億m，至1980年已增加到3.5萬億m，預(yù)計到1990年將增加到4萬億m。全世界總用水量中,農(nóng)業(yè)用水占最大份額，約70%，其次是工業(yè)用水，約25%，其余5%為城鎮(zhèn)用水。

灌溉全世界灌溉面積1950年為9600萬公頃，1985年為2.2億公頃，增長1.2倍。35年內(nèi)增加的1.14億公頃中，8500萬公頃是1950～1960年的10年內(nèi)增加的。60年代以后，增長比較緩慢。灌溉面積占耕地面積的比例由1950年的 7%增加到1985年的16%。灌溉農(nóng)田的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)值約占全部農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)值的一半。

世界上灌溉面積最多的國家為中國，其次為印度、美國、蘇聯(lián)和巴基斯坦。以上五個國家的總灌溉面積占全世界的65%。歐洲西部一些國家，因雨量較豐、分布較勻，灌溉設(shè)施一般較少。

20世紀后20年，預(yù)測人口將增加47%，而耕地只能增加4%。為滿足日益增長的人口對糧食的需求,主要靠提高單位面積產(chǎn)量。因此,發(fā)展灌溉是主要措施之一。但發(fā)展灌溉將受到水資源不足，以及經(jīng)濟和自然條件、環(huán)境等因素的制約。

灌溉的發(fā)展趨勢如下。①灌溉方法仍以地面灌溉為主：地面灌溉的面積約占全部灌溉面積的90%。噴灌面積1980年約2000萬公頃,只占灌溉總面積的9%，主要分布在美國、蘇聯(lián)和羅馬尼亞等國。②提高用水效率：全世界灌溉渠系有效利用系數(shù)僅約0.37，美國大致約0.78，日本約0.6，蘇聯(lián)約0.5。為提高用水效率，一些國家采取襯砌渠道或改用管道輸水。此外，還發(fā)展節(jié)水灌溉技術(shù)，如噴灌、微灌等。③發(fā)展微灌技術(shù)：包括滴灌、微噴灌、滲灌和霧灌等。最主要的是滴灌。1982年全世界滴灌總面積約30余萬公頃，其中一半以上在美國。滴灌設(shè)備費用較高，管道易被堵塞。④鹽堿地改良：由于農(nóng)田排水技術(shù)不良，在一些灌溉地區(qū)發(fā)生土壤鹽堿化。據(jù)估計,全世界受鹽堿影響的土地達9.5億公頃。為防止鹽堿化，改良土壤，主要采取排水措施。近年采用波紋塑料排水管，用無溝鋪管機鋪設(shè)，效率較高。⑤改進灌溉制度、提高自動化程度：70年代以來，對作物需水量的研究較多，根據(jù)實測土壤含水量和作物需水量確定灌溉制度，采用遙測系統(tǒng)提高灌溉自動化程度。

水力發(fā)電全世界可開發(fā)的水能資源約 22.6億kW，年發(fā)電量約9.8萬億kW·h。其中中國可開發(fā)水能資源約3.78億kW，年發(fā)電量約1.92萬億kW·h，居世界首位。

1950年，全世界水電站裝機容量約7120萬kW，水電站年發(fā)電量約3324億kW·h。到1986年,水電站總裝機容量已增加到5.67億kW,水電站年發(fā)電量約2.03萬億kW·h。與1950年相比,分別增加6.96倍和5.1倍?？偟乃荛_發(fā)程度約20.7%（按發(fā)電量計）。瑞士、法國、意大利和英國的水能資源已開發(fā)90%以上。發(fā)展中國家水能資源較豐富，但開發(fā)程度較低，1980年不到10%。水電在電力生產(chǎn)中的比重，以挪威最高，達99%。此外，非洲的贊比亞、加納、烏干達和扎伊爾等發(fā)展中國家，雖然電力生產(chǎn)量不大，但98%以上依靠水電。預(yù)測在20世紀后15年,水電站裝機容量和發(fā)電量還可有較大增長,但發(fā)達國家除蘇聯(lián)外，預(yù)計常規(guī)水電站發(fā)展不會很大。

至1987年,全世界已建和在建的裝機100萬kW以上的常規(guī)水電站已有100余座，其中裝機150萬kW以上的66座，裝機400萬kW的15座（6座在蘇聯(lián)）。1991年世界上最大的常規(guī)水電站是巴西和巴拉圭合建的伊泰普水電站，設(shè)計裝機容量1260萬kW。已建的大型潮汐電站為法國1968年建成的朗斯潮汐電站，裝機24萬kW。

為配合火電站和原子能電站的建設(shè)，滿足電網(wǎng)調(diào)峰的需要,1950年特別是1960年以來,大型抽水蓄能電站發(fā)展很快。1960年全世界抽水蓄能電站總裝機只有350萬kW，到1985年，已增加到6500余萬kW，增加17.6倍。大型抽水蓄能電站主要分布在美國、日本和西歐一些國家。至1985年，裝機100萬kW以上的抽水蓄能電站已有 30余座，裝機150萬kW以上的有8座。最大的是美國巴斯康蒂抽水蓄能電站，裝機210萬kW。

水力發(fā)電的發(fā)展趨勢如下。①積極開發(fā)水電：世界各國在電力生產(chǎn)的發(fā)展中，都積極發(fā)展水電。但自60年代以來，發(fā)達國家如日本、意大利、美國等，因水電開發(fā)已較充分,增長較慢,水電在電力生產(chǎn)中的比重都不斷下降。②綜合利用、梯級開發(fā)：世界上一些大河流重視多目標(biāo)梯級開發(fā),以充分利用落差,并有利于航運。典型實例有美國和加拿大的哥倫比亞河、美國田納西河、法國羅訥河等。③擴建改建已有水電站：由于河流上游增建大水庫，更有效地調(diào)節(jié)徑流，使下游各梯級電站可擴大裝機。此外，為利用豐水期水量，有擴大裝機容量而減小運行小時的趨勢。老水電站一般設(shè)備陳舊，效率較低，60年代以來，紛紛改換新設(shè)備。為提高勞動生產(chǎn)率和設(shè)備的工作可靠性，發(fā)達國家水電站較多采用集中控制、遠距離調(diào)度方式。④發(fā)展大型水輪機和新型水輪機:隨著大型水電站的發(fā)展，水輪機單機出力也加大。50年代,一般混流式水輪機單機容量僅10萬kW。至80年代,最大已達70萬kW。為適應(yīng)徑流電站和抽水蓄能電站的建設(shè)，60年代以來,發(fā)展了不少新型水輪機,如貫流式(燈泡式)、可逆式水輪機等。⑤發(fā)展小水電：在20年代中期，小水電曾提供世界電力需求的40%。但50年代后，已運行多年的大批小水電站被廢棄。自70年代中期開始,由于世界能源危機,以及大型水電站站址已大多開發(fā),且大型水電站對環(huán)境影響大，因此不論在發(fā)達國家還是發(fā)展中國家，分散的小水電資源的開發(fā)又重新受到重視。許多國家準(zhǔn)備恢復(fù)一批已關(guān)閉的小水電站。中國至1988年已建小水電站有6萬余座,總裝機1179萬kW，約占全國水電總裝機容量的三分之一。

航道和港口水運是一種最古老的運輸方式，二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，有明顯發(fā)展。世界上通航里程較長的內(nèi)河航運系統(tǒng)主要在下列國家和地區(qū)。①美國：航道總長逾4萬km，其中約一半的水深超過2.74m，48%在密西西比河干支流上，可與五大湖相通；②蘇聯(lián)：有保證航運水深的航道逾8萬km,伏爾加航運系統(tǒng)總長6000km，上達莫斯科,下通黑海和里海；③歐洲：多瑙河-萊茵河航運系統(tǒng),在80年代德國開始興建的美因-多瑙運河完成后，東至里海，西至北海,橫貫歐洲大陸,航道全長約3000km,可通航3000t船隊;④中國：1988年底有可通航的河道約10.9萬km，其中約7萬km分布在長江水系,但大部分水深和通航能力不大。

目前世界上最大的海港是荷蘭的鹿特丹港，吞吐量以1973年最大，達3億t以上。二次大戰(zhàn)后集裝箱碼頭發(fā)展很快。

航道和港口的發(fā)展趨勢如下。①渠化航道（見渠化工程）：為提高通航能力，改善通航條件，主要是疏浚和進行河道整治,并結(jié)合水資源的開發(fā),建船閘和升船機，渠化航道。80年代,全世界已渠化的航道長約17000km以上。航道水深一般要求大于2.74m。密西西比河可通過載重量逾6萬t的頂推船隊。②擴大港口吞吐能力：為提高港口的吞吐能力，主要是開辟深水航道和開挖深水港池，發(fā)展海河聯(lián)運，擴大碼頭裝卸設(shè)備的能力，發(fā)展集裝箱碼頭。集裝箱貨運量的比重日益增加。

水土保持由于自然條件不利、濫伐森林、過度墾殖和放牧,以及耕作制度不合理,水土流失嚴重。80年代初,全世界土壤侵蝕面積約達2500萬km，占全世界陸地面積的18.5%?？偟拿磕昵治g土壤約600億t。中國、美國、蘇聯(lián)和印度四個國家合計土壤流失量約占全世界的一半。不少國家已成立專門機構(gòu)治理水土流失。

水土保持的發(fā)展趨勢如下。①小流域綜合治理：以小流域為單元，進行規(guī)劃，綜合治理。②工程措施與林草、農(nóng)業(yè)耕作措施相結(jié)合：70年代以來，許多國家重視工程措施與林草、農(nóng)業(yè)耕作措施相結(jié)合，治理水土流失。水土保持農(nóng)業(yè)耕作措施已被證明是控制水土流失的有效措施之一。

大壩工程據(jù)國際大壩委員會登記，1950年，全世界15m以上的大壩約有5200座，到1986年已增加到3.6萬余座，其中中國有1.88萬余座，占全世界的一半以上。

1951～1974年,世界上大壩建設(shè)發(fā)展速度最快,此后逐漸減慢。已建大壩中，土石壩約占82%,高30m以下的低壩約占78%，高100m以上的高壩總數(shù)只占1.14%。目前有高200m以上的高壩24座。高100m以上的高壩，絕大多數(shù)是二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后建成的。

當(dāng)前世界上最高的土石壩是蘇聯(lián)1989年建成的羅貢壩，高335m；最高的重力壩是瑞士1962年建成的大迪克桑斯壩，高285m；最高的拱壩是蘇聯(lián)1980年建成的英古里壩，高272m。

大壩建設(shè)的發(fā)展趨勢如下。①高土石壩和薄拱壩發(fā)展較快：1950年100m以上的高土石壩只有13座，到1986年已增加到 174座。1950年100m以上的高拱壩也只有13座,到1986年已增加到126座。高土石壩發(fā)展快的原因是：土力學(xué)的發(fā)展；大型施工機械和施工技術(shù)發(fā)展，使土石壩在施工速度和造價上可與混凝土壩競爭；土石壩對壩基條件要求較低；對筑壩用的土石料的要求放寬，可充分利用當(dāng)?shù)夭牧?；高土石壩的抗震性能較好，在高烈度地震區(qū)建土石壩較安全;地下工程技術(shù)的發(fā)展,使土石壩的導(dǎo)流和泄洪布置比較方便；深覆蓋層的防滲技術(shù)的發(fā)展，使地基處理比較可靠。高薄拱壩發(fā)展較快的原因是地基處理技術(shù)的發(fā)展，使原來認為不宜建拱壩的壩址可建拱壩;高強度混凝土的發(fā)展,使拱壩的容許應(yīng)力可以提高;拱壩可在壩頂和壩身泄洪；計算技術(shù)的發(fā)展,使用高速電子計算機可在較短時間內(nèi)比較幾種設(shè)計方案，予以優(yōu)化。②新壩型發(fā)展較快：30多年來發(fā)展較快的新壩型有鋼筋混凝土面板堆石壩、瀝青混凝土面板堆石壩、瀝青混凝土心墻堆石壩、定向爆破法筑堆石壩、碾壓混凝土壩等。③重視壩的安全:自1959年法國高66m的馬爾帕塞雙曲拱壩失事后，大壩的安全引起各國重視。隨著許多壩的老化，大壩的安全問題也越加突出。不少國家制訂了大壩安全檢查的法令，加強壩體狀態(tài)的觀測，安裝大壩安全自動監(jiān)控系統(tǒng)以及加強大壩管理。大壩安全檢查中發(fā)現(xiàn)的主要問題是壩基和壩體的滲漏，壩體和壩基的抗震穩(wěn)定性，以及土石壩的泄洪能力不足等。2100433B

水資源與現(xiàn)代水利課程定位

水資源與現(xiàn)代水利屬于科學(xué)和文化素質(zhì)教育課程，走進“水資源與現(xiàn)代水利”，了解中國的治水歷史，感受水與人類文明，共創(chuàng)水利輝煌。

水資源與現(xiàn)代水利適應(yīng)對象

水資源與現(xiàn)代水利主要面向低年級水利類專業(yè)及非水利類專業(yè)本科生和社會大眾。

• 預(yù)備知識

學(xué)習(xí)水資源與現(xiàn)代水利需要具有中等專業(yè)或高中畢業(yè)的文化知識基礎(chǔ)。

水資源與現(xiàn)代水利分六講，課程講授圍繞著水循環(huán)特點，水在生產(chǎn)和生活中重要性，面臨著“水多”“水少”和“水臟”三大水問題的成因危害和解決這些問題的思路、主要的工程和非工程措施方法，現(xiàn)代水利發(fā)展新形勢、新思路和新任務(wù)的主線展開。6講的標(biāo)題分別是水與人類文明，面臨的水問題，水資源開發(fā)利用，洪澇災(zāi)害防治，水生態(tài)環(huán)境保護與修復(fù)，水利之未來。