项目1　小型水工建筑物设计基本知识

1.1　我国水资源与水利工程建设

水是生命之源，是自然界一切生命赖以生存和发展不可替代的物质，是一种可循环再生的有限的自然资源。一般来讲，可供利用或可能被利用，且有一定数量和可用质量，并在某一地区能够长期满足某种用途的水源，称为水资源。水资源是人类社会进步和经济发展的生命线，是实现社会与经济持续发展的重要物质基础。

人类可利用的水资源主要指地表水体（如江、河、湖、海）和地下水体中的淡水资源。地球上的总水量绝大部分是海洋水，占全球总水量的96.5%。在陆地运行的陆地水仅占全球总水量的3.5%，陆地水淡水中的69.6%分布在南北两极冰川中以及陆地高山上的永久冰川与积雪中，仅有30.4%分布在陆地河、湖、水库、土壤以及地下含水层中，可供人类开发利用。

1.1.1　我国水资源及其特性

我国南北跨度大、地势西高东低，大多地处季风气候区，加之人口众多，与其他国家相比，我国的水资源具有特殊性，主要表现在以下四个方面：

（1）水资源时空分布不均，人均占有量少。根据最新的水资源调查评价成果，我国水资源总量2.84万亿m3，居世界第6位。但人均水资源占有量约2100m3，仅为世界平均水平的28%；耕地亩均水资源占有量1400m3，约为世界平均水平的一半。从水资源时间分布来看，降水年内和年际变化大，60%～80%主要集中在汛期，地表径流年际间丰枯变化一般相差2～6倍，最大达10倍以上；而欧洲的一些国家降水年内分布比较均匀，比如英国秋季降水最多，占全年的30%，春季降水最少，也占全年的20%，丰枯变化不大。从水资源空间分布来看，北方地区国土面积、耕地、人口分别占全国的64%、60%和46%，而水资源量仅占全国的19%，其中黄河、淮河、海河流域GDP约占全国的1/3，而水资源量仅占全国的7%，是我国水资源供需矛盾最为尖锐的地区。

（2）河流水系复杂，南北差异大。我国地势从西到东呈三级阶梯分布，山丘高原占国土面积的69%，地形复杂。我国江河众多、水系复杂，流域面积在100km2以上的河流有5万多条，按照河流水系划分，分为长江、黄河、淮河、海河、松花江、辽河、珠江等七大江河干流及其支流，以及主要分布在西北地区的内陆河流、东南沿海地区的独流入海河流和分布在边境地区的跨国界河流，构成了我国河流水系的基本框架。河流水系南北方差异大，南方地区河网密度较大，水量相对丰沛，一般常年有水；北方地区河流水量较少，许多为季节性河流，含沙量高。河流上游地区河道较窄、比降大，冲刷严重；中下游地区河道较为平缓，一些河段淤积严重，有的甚至成为地上河，比如黄河中下游河床高出两岸地面，最高达13m。加之人口众多、人水关系复杂，决定了我国江河治理难度大。

（3）地处季风气候区，暴雨洪水频发。受季风气候影响，我国大部分地区夏季湿热多雨、雨热同期，不仅短历时、高强度的局地暴雨频繁发生，而且长历时、大范围的全流域降雨也时有发生，几乎每年都会发生不同程度的洪涝灾害。比如，1954年和1998年，长江流域梅雨期内连续出现9次和11次大面积暴雨，形成全流域大洪水；1975年8月，受台风影响，河南驻马店林庄6h降雨量高达830mm，超过当时的世界纪录，造成特大洪水，导致板桥、石漫滩两座大型水库垮坝。我国的重要城市、重要基础设施和粮食主产区主要分布在江河沿岸，仅七大江河防洪保护区内就居住着全国1/3的人口，拥有22%的耕地，约一半的经济总量。随着人口的增长和财富的积聚，对防洪保安的要求越来越高，防洪任务更加繁重。

（4）水土流失严重，水生态环境脆弱。由于特殊的气候和地形地貌条件，特别是山地多，降雨集中，加之人口众多和不合理的生产建设活动影响，我国是世界上水土流失最严重的国家之一，水土流失面积达356万km2，占国土面积的1/3以上，土壤侵蚀量约占全球的20%。从分布来看，主要集中在西部地区，水土流失面积297万km2，占全国的83%。从土壤侵蚀来源来看，坡耕地和侵蚀沟是水土流失的主要来源地，3.6亿亩坡耕地的土壤侵蚀量占全国的33%，侵蚀沟水土流失量约占全国的40%。此外，我国约有39%的国土面积为干旱半干旱区，降雨少，蒸发大，植被盖度低，特别是西北干旱区，降水极少，生态环境十分脆弱。比如塔里木河、黑河、石羊河等生态脆弱河流，对人类活动干扰十分敏感，遭受破坏恢复难度大。

1.1.2　我国水利工程建设

新中国成立之初，我国大多数江河处于无控制或控制程度很低的自然状态，水资源开发利用水平低下，农田灌排设施极度缺乏，水利工程残破不全。60多年来，围绕防洪、供水、灌溉等，除害兴利，开展了大规模的水利建设，初步形成了大、中、小微结合的水利工程体系，水利面貌发生了根本性变化。

（1）大江大河干流防洪减灾体系基本形成。七大江河基本形成了以骨干枢纽、河道堤防、蓄滞洪区等工程措施，与水文监测、预警预报、防汛调度指挥等非工程措施相结合的大江大河干流防洪减灾体系，其他江河治理步伐也明显加快。目前，全国已建堤防29万km，是新中国成立之初的7倍；水库从新中国成立前的1200多座增加到8.72万座，总库容从约200亿m3增加到7064亿m3，调蓄能力不断提高。大江大河重要河段基本具备防御新中国成立以来发生最大洪水的能力，重要城市防洪标准达到100～200年一遇。

（2）水资源配置格局逐步完善。通过兴建水库等蓄水工程，解决水资源时间分布不均问题；通过跨流域和跨区域引调水工程，解决水资源空间分布不均问题。目前，我国初步形成了蓄引提调相结合的水资源配置体系。例如，密云水库、潘家口水库的建设为北京和天津提供了重要水源，辽宁大伙房输水工程、引黄济青工程的兴建，缓解了辽宁中部城市群和青岛的供水紧张局面。随着南水北调工程的建设，我国“四横三纵、南北调配、东西互济”的水资源配置格局将逐步形成。全国水利工程年供水能力较新中国成立初增加6倍多，城乡供水能力大幅度提高，中等干旱年份可以基本保证城乡供水安全。

（3）农田灌排体系初步建立。新中国成立以来，特别是20世纪50—70年代，开展了大规模的农田水利建设，大力发展灌溉面积，提高低洼易涝地区的排涝能力，农田灌排体系初步建立。全国农田有效灌溉面积由新中国成立初期的2.4亿亩增加到目前的8.89亿亩，占全国耕地面积的48.7%，其中建成万亩以上灌区5800多处，有效灌溉面积居世界首位。通过实施灌区续建配套与节水改造，发展节水灌溉，反映灌溉用水总体效率的农业灌溉用水有效利用系数，从新中国成立初期的0.3提高到0.5。农田水利建设极大地提高了农业综合生产能力，以不到全国耕地面积一半的灌溉农田生产了全国75%的粮食和90%以上的经济作物，为保障国家粮食安全做出了重大贡献。

（4）水土资源保护能力得到提高。在水土流失防治方面，以小流域为单元，山、水、田、林、路、村统筹，采取工程措施、生物措施和农业技术措施进行综合治理，对长江、黄河上中游等水土流失严重地区实施了重点治理；充分利用大自然的自我修复能力，在重点区域实施封育保护。已累计治理水土流失面积105万km2，年均减少土壤侵蚀量15亿t。在生态脆弱河流治理方面，通过加强水资源统一管理和调度、加大节水力度、保护涵养水源等综合措施，实现黄河连续11年不断流，塔里木河、黑河、石羊河、白洋淀等河湖的生态环境得到一定程度的改善。在水资源保护方面，建立了以水功能区和入河排污口监督管理为主要内容的水资源保护制度，以“三河三湖”、南水北调水源区、饮用水水源地、地下水严重超采区为重点，加强了水资源保护工作，部分地区水环境恶化的趋势得到遏制。

1.1.3　我国水利发展存在的主要问题

我国水利发展虽然取得了很大成效，但与经济社会可持续发展的要求相比，还存在不小的差距，有些问题还十分突出，主要表现在以下六个方面：

（1）洪涝灾害频繁仍然是中华民族的心腹大患。洪涝灾害是我国发生最为频繁、灾害损失最重、死亡人数最多的自然灾害之一。据史料记载，公元前206—1949年，2155年间，平均每两年就发生一次较大水灾，一些大洪水造成死亡人数达到几万甚至几十万。新中国成立以来，仅长江、黄河等大江大河发生较大洪水50多次，造成严重经济损失和大量人员伤亡。据统计，近20年来，洪涝灾害导致的直接经济损失高达2.58万亿元，约占同期GDP的1.5%，而美国仅占0.22%。随着全球气候变化和极端天气事件的增多，局地暴雨洪水呈多发、频发、重发趋势，流域性大洪水发生几率也在增大，而我国防洪体系中还有许多薄弱环节，一旦发生大洪水，对经济社会发展将造成极大的冲击。

（2）水资源供需矛盾突出仍然是可持续发展的主要瓶颈。我国是一个水资源短缺国家，特别是随着工业化、城镇化和农业现代化的加快推进，水资源供需矛盾将日益突出。

（3）农田水利建设滞后仍然是影响农业稳定发展和国家粮食安全的最大硬伤。我国的农业是灌溉农业，粮食生产对农田水利的依存度高。目前，农田水利建设严重滞后，主要表现在灌溉排水设施老化失修严重、配套不全、标准不高、灌溉规模不足等。

（4）水利设施薄弱仍然是国家基础设施的明显短板。党和国家历来十分重视水利建设，60多年来，水利基础设施得到了明显改善，但与交通、电力、通信等其他基础设施相比，水利发展相对滞后，是国家基础设施的明显短板。

（5）水资源缺乏有效保护仍然是国家生态安全的严重威胁。由于一些地方不合理的开发利用，缺乏对水资源的有效保护，导致水生态环境恶化，对国家生态安全造成威胁。

（6）水利发展体制机制不顺是影响水利可持续发展的重要制约。目前制约水利可持续发展的体制机制障碍仍然不少，突出表现在水利投入机制、水资源管理等方面。一是水利投入稳定增长机制尚未建立。我国治水任务繁重，投资需求巨大，由于没有建立稳定增长的投入机制，长期存在较大投资缺口。二是水资源管理制度体系还不健全。目前我国的水资源管理制度体系与严峻的水资源形势还不适应，流域、城乡水资源统一管理的体制还不健全，水资源保护和水污染防治协调机制还不顺，水资源管理责任机制和考核制度还未建立，对水资源开发利用节约保护实行有效监管的难度较大。三是水利工程良性运行机制仍不完善。2002年以来，国有大中型水利工程管理体制改革取得明显成效，良性运行机制初步建立，但一些地区特别是中西部地区公益性水利工程管理单位基本支出和维修养护经费还不能足额到位，许多农村集体所有的小型水利工程还存在没有管理人员、缺乏管护经费的问题，制约了水利工程的良性运行，影响了工程效益的充分发挥。

1.1.4　加快水利发展的对策措施

2011年中央一号文件明确提出“把水利作为国家基础设施建设的优先领域，把农田水利作为农村基础设施建设的重点任务，把严格水资源管理作为加快转变经济发展方式的战略举措”，实现水利跨越式发展。今后一段时间，应按照科学发展的要求，推进传统水利向现代水利、可持续发展水利转变，大力发展民生水利，突出加强重点薄弱环节建设，强化水资源管理，深化水利改革，保障国家防洪安全、供水安全、粮食安全和生态安全，以水资源的可持续利用支撑经济社会可持续发展。

（1）突出防洪重点薄弱环节建设，保障防洪安全。在继续加强大江大河大湖治理的同时，加快推进防洪重点薄弱环节建设，不断完善我国防洪减灾体系。在加快防洪工程建设的同时，应高度重视防洪非工程措施建设，完善水文监测体系和防汛指挥系统，提高洪水预警预报和指挥调度能力；加强河湖管理，防止侵占河湖、缩小洪水调蓄和宣泄空间，避免人为增加洪水风险；在确保防洪安全的前提下，科学调度，合理利用洪水资源，增加水资源可利用量，改善水生态环境。

（2）加强水资源配置工程建设，保障供水安全。当前，应针对我国水资源供需矛盾突出的问题，在强化节水的前提下，通过加强水资源配置工程建设，提高水资源在时间和空间上的调配能力，保障经济社会发展用水需求。

（3）大兴农田水利建设，保障粮食安全。我国农田水利建设的重点是稳定现有灌溉面积，对灌排设施进行配套改造，提高工程标准，建设旱涝保收农田。同时，大力推进农业高效节水，在有条件的地方结合水源工程建设，扩大灌溉面积。

（4）推进水土资源保护，保障生态安全。水土资源保护对维持良好的水生态系统具有十分重要的作用。针对我国经济社会发展进程中出现的水生态环境问题，应重点从水土流失综合防治、生态脆弱河湖治理修复、地下水保护等方面，开展水生态保护和治理修复。

（5）实行以水权为基础的最严格水资源管理制度，保障水资源可持续利用。在全球气候变化和大规模经济开发双重因素的作用下，我国水资源短缺形势更加严峻，水生态环境压力日益增大。为有效解决水资源过度开发、无序开发、用水浪费、水污染严重等突出问题，必须实行最严格的水资源管理制度，确立水资源开发利用控制、用水效率控制、水功能区限制纳污“三条红线”，改变不合理的水资源开发利用方式，从供水管理向需水管理转变，建设节水型社会，保障水资源可持续利用。