水利工程

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简介

对自然界的地表水和地下水进行控制与调配,以达到兴利除害目的而修建的工程,称为水利工程

水利工程

分类

水利工程按其承担的任务可分为:防洪工程、农田水利工程、水力发电工程、给排水工程、航道及港口工程、环境水利工程等。

防洪工程

防洪措施是防止或减轻洪水灾害损失的各种手段和对策,现代防洪措施包括工程防洪措施和非工程防洪措施。

工程防洪措施主要通过“上拦下排、两岸分滞”的方式来达到防洪减灾的目的。“上拦”是防洪的根本措施,它包括在流域范围内采取水土保持措施,有效减少地面径流;兴建水库拦蓄洪水,减少下泄流量。“下排”是指采取疏浚河道、修筑堤防等河道整治措施,提高河道泄洪能力。“两岸分滞”是指在河道两岸适当位置修建分洪闸、引洪道、滞洪区等,将超过河道安全泄量的洪峰流量通过泄洪建筑物分流到该河道下游或其他水系,或者蓄于滞洪区,以保证保护区的安全。

非工程防洪措施是通过行政、法律、经济和洪水监测预报等手段,调整洪水威胁地区的开发利用方式,加强防洪管理,以减轻洪灾损失,节省防洪投资和工程维护管理费用。

给排水工程

给水是将水从天然水源中取出,经过净化、加压,再用管网输送到城市和工矿企业等用水部门;排水是指排出工矿企业及城市中的废水、污水和地面雨水。给水必须满足国家用水水质、水量、水压要求,排水必须符合国家规定的污水排放标准。

农田水利工程

农田水利工程就是通过工程措施调节和改变地区水利条件和农田水分状况,使之符合发展农业生产的需要,一般包括:取水工程、输配水工程和排水工程。

水力发电工程

水力发电工程通常是通过筑坝或修引水道,集中流量并利用河段落差,引导水流通过电站厂房中安装的水轮发电机组,将水能转换为机械能和电能,然后通过输变电线路,把电能输送到电网或用户。

环境水利工程

环境水利工程是为保护和改善水环境而修建的工程设施,主要包括:过鱼建筑物,人工孵育场和人工产卵场,为改善水生物环境的蓄水或排水工程,改善鱼类洄游和河口环境的排沙防淤工程,污水深水排放工程,景观工程等。

航道及港口工程

航道及港口工程是为发展水上运输而兴建的各种工程设施。航道分为天然航道和人工运河两大类;港口按所处地理位置可分为内河港、河口港和海岸港。

施工

施工特点

水利工程施工受自然条件的影响较大,涉及专业工种较多,施工组织和管理比较复杂。一般水利工程施工具有以下特点。

(1)受水流影响较大。水利水电工程施工多在河流上进行,因而需要采取导流、截流基坑排水、施工度汛、施工期通航及下游供水等措施,以保证工程施工的顺利进行。

(2)受地形地质及水文地质条件影响较大。水利水电工程施工经常遇到复杂的地形地质条件,如岩溶、软弱夹层、断层破碎等,因而要进行相应的地基处理,以保证施工质量。

(3)受水文气象条件影响较大。水利水电工程多为露天施工,需要采取适合冬季、夏季、雨季等不同季节的施工措施,保证工程施工质量和进度。

(4)质量安全问题突出。水利水电工程一般都是挡水或过水建筑物,这些建筑物的安全往往关系到国计民生和下游千百万人民生命财产的安全,因此必须确保施工质量与安全。

(5)施工安全隐患多。水利水电施工中的爆破工程、高空作业、地下作业等常平行交叉进行,对施工安全很不利,施工中需要全方位注意施工安全,防止发生安全事故。

(6)施工组织复杂。水利水电工程由许多单项工程组成,工程量大、工种多、施工强度高、施工干扰大。因此,要统筹规划,重视施工现场的组织与管理,运用系统工程学原理,因时因地选择最优的施工方案。

(7)临时辅助设施多。水利水电工程往往在交通不便的地区,施工准备工作量大,需要修建为施工服务的场内外交通道路和辅助设施,还需要修建生活、办公用房等。

(8)涉及利益广。水利水电工程往往涉及其他许多经济部门的利益,所以水利工程施工必须全面规划、统筹兼顾、合理安排。

施工内容

水利水电工程施工内容主要包括以下九个方面。

(1)施工准备工程,包括施工交通、施工供水、施工供电、施工通信、施工供风及施工临时设施等。

(2)施工导流工程,包括导流、截流、围堰及度汛、临时孔洞封堵与初期蓄水等。

(3)地基处理,包括桩工、防渗墙、灌浆、沉井、沉箱以及锚喷等。

(4)土石方施工,包括土石方开挖、土石方运输、土石方填筑等。

(5)混凝土施工,包括混凝土原材料制备、储存,混凝土制备、运输、浇筑、养护,模板制作、安装,钢筋加工、安装,埋设件加工、安装等。

(6)金属结构安装,包括闸门安装、启闭机安装、钢管安装等。

(7)水电站机电设备安装,包括水轮机安装、水轮发电机安装、变压器安装、断路器安装以及水电站辅助设备安装等。

(8)施工机械,包括挖掘机械、铲土运输机械、凿岩机械、疏浚机械、土石方压实机械、混凝土施工机械(如水泥储运系统、砂石集料加工系统、混凝土搅拌设备、混凝土运输设备、混凝土平仓振捣设备)、超重运输机械、工程运输车辆等。

(9)施工管理,包括施工组织、监督、协调、指挥和控制。按专业划分为计划、技术、质量、安全、供应、劳资、机械、财物等管理工作。

建设成就

几千年来,我国劳动人民在与洪水作斗争和开发利用水资源方面,取得了许多成就。例如,从春秋时期开始,在黄河下游沿岸修建的堤防,后经历代整修加固,至今已形成近1600km的黄河大堤,为江河治理、堤坝建设与养护提供了丰富的经验;从公元前485年开始兴建到1293年全线通航的京杭大运河,全长1794km,纵贯我国南北,是世界上最长的运河;公元前256年,在四川省灌县建成的都江堰水利枢纽工程(图1-2),灌溉面积达1000万亩,至今仍发挥着巨大的效益。

中华人民共和国成立以来,我国水利工程建设得到飞速发展,先后建成目前世界上装机容量最大的长江三峡水电站、黄河小浪底水利枢纽工程,南水北调中线工程也已建成供水。根据2013年第一次全国水利普查资料,全国整修、新建各类江河堤防、海塘总长度为41.4万km(约为需修建堤防长度的1/3),其中5级及以上堤防长度为27.5万km;水库9.8万座(10万m3以上),总库容9323亿m3;灌溉面积10.02亿亩,其中耕地灌溉面积9.22亿亩,园林草地等非耕地灌溉面积0.80亿亩,30万亩以上灌区达456处;水电站4.68万座,装机容量3.33亿kW,为世界第一位,分别占水能理论蕴藏量6.94亿kW、技术可开发装机容量5.42万kW的48.0%和61.4%;水闸26.8万座(过闸流量1m3/s以上),其中过闸流量5m3/s以上的水闸9.7万座;泵站42.4万座,其中装机流量1m3/s及以上的泵站8.9万座;建成农村供水工程5887.46万处,总受益人口达8.12亿人;水土保持措施面积为99.16万km2,约为土壤侵蚀总面积的1/3。

发展方向

随着国民经济的发展,国家对水利建设提出了更高要求,社会财富的增加和科学技术的进步,又为水利工程建设提供了有力的保障。今后一段时期水利发展的方向主要有以下几方面。

1.完善防洪减灾体系建设

当前,大江大河防洪减灾工程体系已初步形成,但仍存在一些重点薄弱环节,中小河流治理和山洪地质灾害防御滞后;一些城市排涝能力严重不足,主要易涝地区农田排涝能力和沿海地区防御风暴潮能力偏低,蓄滞洪区建设与管理问题突出;小型水库和大中型水闸病险问题还比较突出。在今后10~15年内,将基本建成工程措施与非工程措施相结合的综合防洪减灾体系,全面完成水库、水闸等重要水利设施的除险加固任务,重要海堤、城市达到国家规定的防洪和防风暴潮标准,基本建立山洪地质灾害重点防治区监测预报预警体系,重点低洼地区排涝能力基本达到国家标准。

2.加强水资源保障和农田水利基础设施建设

全面解决农村居民饮水安全问题,农村集中式供水受益人口比例提高到85%左右,城市供水水源保证率不低于95%;基本建立抗旱减灾体系,重要城市应急备用水源建设得到全面加强,干旱易发区、粮食主产区抗旱能力显著提高。

3.加大节水设施和水污染防治工程建设力度

通过节水工程设施建设,将农田灌溉水有效利用系数提高到0.55以上,万元工业增加值用水量明显降低,全国用水总量控制在6700亿m3以内。重要江河湖泊水功能区水质达标率提高到60%以上,提高集中式饮用水水源地水质达标率;城市污水处理率达到85%,资源型和水质型缺水城市的污水再生利用率达到20%以上。

4.提高水土保持与河湖生态修复工程建设水平

力争每年新增水土流失综合治理面积5万km2,重点区域水土流失得到有效治理,生态环境脆弱地区及重点河湖的生态环境用水状况得到明显改善,生态环境得到初步修复,地下水超采基本遏制。

5.健全水法规体系,增强水利科技创新能力

基本建成有利于水利科学发展的制度体系,基本建立最严格的水资源管理制度,完成江河水量分配方案,流域综合管理成为流域管理和区域管理的基本模式,有利于水资源节约和合理配置的水价形成机制基本建立;以信息技术为依托的“智慧水利”工程得到全面发展。

建设程序

水利工程一般投资大,建设周期长,影响范围广,牵涉因素多,受自然条件影响大。因此,水利工程的建设必须严格按照科学的程序进行。基本建设程序是指工程从计划决策到竣工验收交付使用的全过程中,各项工作必须遵循的先后顺序。水利工程的建设程序,一般可分为项目建议书、可行性研究报告、初步设计、施工准备(包括招标设计)、建设实施、生产准备、竣工验收、后评价等8个工作阶段。

项目建议

书阶段项目建议书是对拟建项目有了初步设想后,向国家提出建设该项目的建议性文件。其主要作用从宏观上衡量分析项目建设的必要性和可能性,即分析其建设条件是否具备,是否值得投入资金和人力。即向国家推荐建设项目,供国家选择并确定是否进行下一步工作。

项目建议书的编制一般由政府委托具有相应资格的设计单位承担,并按国家规定的审批权限向主管部门申报审批。项目建议书一经批准,该项目即被列入国家或地方中长期发展规划,政府可组建项目筹备机构,进行可行性研究工作。

可行性研究报告阶段

可行性研究是指在工程项目决策之前,通过调查、研究等手段,对拟建项目在技术上是否可行、经济上是否合理等进行科学地分析论证,并提出可行性研究报告和设计任务书,作为项目决策、筹措资金、初步设计等工作的基础和依据。

可行性研究报告一般由项目法人或项目筹备机构组织编制,并应按国家规定的审批权限报批,可行性研究报告经有关部门审批通过后,拟建项目正式立项,可进入初步设计阶段。

初步设计阶段

一般工程采用两阶段设计,即初步设计和施工图设计;重大项目和技术复杂项目,可采用三阶段设计,即增加技术设计阶段。水利工程一般在初步设计完成之后(不需要等到施工图设计全部完成,但图纸数量至少应满足3个月施工的要求),即可进行工程招投标。

初步设计阶段是在可行性研究报告批准后,项目法人选择具备相应资质的勘测设计单位,以批准的设计任务书为依据,进行工程项目勘测,并对主要建筑物和设备的布置、结构形式、控制性尺寸、施工方案、移民安置及工程量计算等做初步设计,提出相应的设计文件,并编制项目的总概算。

技术设计是针对初步设计中的重大技术问题而进一步开展的设计工作。它是在进行科学研究、设备试制后取得可靠数据和资料的基础上,具体地确定初步设计中所采用的工艺、土建方面的主要技术问题,并编制修正概算。

施工图设计是按初步设计或技术设计的设计原则、结构方案和控制尺寸,根据建筑安装工作的需要,分期分批地编制施工详图设计,使设计达到施工安装的要求。

施工准备阶段

施工准备的任务是创造有利的施工条件,从技术、物质和组织等方面做好必要的准备,使建设项目能连续、均衡、有节奏地进行。主要工作内容有:征地、拆迁和场地平整;完成施工用水、用电、用路等工程;组织设备、材料订货;准备必要的设计图纸;组织施工招投标,择优选择施工单位。

建设实施阶段

在施工准备工作完成,建设工程具备开工条件并取得施工许可证后,主体工程方可正式开工,即进入建设实施阶段。建设实施阶段是指项目建设单位按照批准的建设文件组织工程建设,保证项目建设目标(质量、进度、成本)实现的过程。水利工程建设必须按照有关规定认真执行项目法人负责制、招标投标制、工程监理制等管理制度,确保工程质量。

生产准备阶段

生产准备是工程项目投产前的一项重要工作,是建设阶段转入生产经营的必要条件。生产准备的具体内容根据不同类型的工程要求确定,一般包括组建生产运行管理机构、制定有关制度和规定、招收和培训生产管理人员等。

竣工验收阶段

竣工验收是工程建设过程的最后一个环节,是全面考核基本建设成果、检验设计和工程质量的重要步骤,也是基本建设转入生产或使用的标志。工程在投入使用前必须通过竣工验收。竣工验收合格后,建设工程方可办理移交手续,交付使用。

后评价阶段

在建设项目竣工投产、运营1~2年后,要进行一次系统的项目后评价,通过对项目前期工作、项目实施、项目运营情况的综合研究,分析项目的实际情况与其预测情况的差距,从项目完成过程中吸取经验教训。其评价内容包括影响评价、经济效益评价、过程评价。