水資源利用與保護第6章1

第6章取水工程§6.1地表水資源供水特征與水源選擇

一、地表水源的供水特征水量大、總溶解固體含量較低、硬度小時空分布不均易受污染泥沙和SS含量高取水條件及取水構筑物一般比較復雜二、水源地選擇原則進行水源勘察水源的選用應通過技術經(jīng)濟比較水源的流量有一定的保證率地表水與地下水聯(lián)合使用相關部門的書面同意書§6.2地表水取水工程一、影響地表水取水的主要因素1.取水河段的徑流特征水位（最高、最低、平均）、流量（最大、最小、平均）、流速（最大、最小、平均）2.河流的泥沙運動及河床演變

1）泥沙運動①運動狀態(tài)：床沙：靜止推移質：沿河床滑動、滾動、跳動懸移質：

②泥沙運動的影響因素：泥沙粒徑、水流速度③水流運動：縱向流環(huán)流：河床沖涮和淤積

2）河床演變①縱向變形②橫向變形③單向變形④往復變形河流彎斷、直斷、凹岸、凸岸、邊灘及深水線3）河段①順直型：淺灘深槽沖淤交替，并向下游平移②彎曲型：淺灘深槽水深相差大③游蕩型：演變強度大、變形速度快、河漫灘廣闊④汊道型：河岸坍塌和淤積，江心洲的遷移和汊道的興衰3.河床與岸坡的巖性和穩(wěn)定性：取水構筑物應選在河岸穩(wěn)定、巖石露頭、未風化的基巖上或地質條件較好的河床處。在地震區(qū)要按照防震要求設計。4.河流的冰凍情況：秋季流冰期、封凍期和春季流冰期。

1）冰凍：冰晶→水內冰→冰蓋→凍結↘底冰↗冰壩

2）對取水構筑物影響增加水頭損失，沖擊、擠壓取水構筑物5.河道中水工構筑物及天然障礙物二、地表水取水位置的選擇

1.取水點應設置在具有穩(wěn)定河床、靠近主流和有足夠水深的地段①順直河段：靠岸、河床穩(wěn)定、水深較大、流速較快。取水口水深一般要求不小于2.5-3.0m。②彎曲河段：凹岸,一般設在頂沖點下游15－20m。③游蕩性河段：主流線密集的河段上或河道整治④有邊灘沙洲的河段：沙洲上游500m遠處⑤有支流匯入的順直河段：匯入口干流的上游河段

2.取水點應盡量設在水質較好的地段①排污口上游100m以外，并建立衛(wèi)生防護帶②避開回流區(qū)、死水區(qū)③考慮海水影響凹岸河段取水位置取水點應設在具有穩(wěn)定的河床及岸邊，有良好的工程地質條件的地段，并有良好的地形和施工條件靠近主要用水區(qū)避開人工構筑物和天然障礙物橋墩：上游0.5～1.0km，下游1.0km以外丁壩：上游或對岸（150～200m碼頭：距碼頭邊緣至少100m外攔河閘壩：閘壩上游100～200m處，閘壩影響范圍外陡崖、石嘴：附近不宜設置盡可能不受泥沙、漂浮物、冰凌、冰絮等的影響與河流綜合利用相適應生活飲用水取水處設在城市和工業(yè)企業(yè)清潔河段三、地表水取水構筑物設計的一般原則大型取水構筑物，必要時進行水工模型試驗供水水源的Q枯保證率：90%～95%，H枯：90%～99%采取一定的防患措施取水構筑物的防洪標準不應低于城市防洪標準，設計洪水重現(xiàn)期≥100年取水構筑物的沖涮深度應通過調查與計算確定設標志黃河下游淤積段：預留淤積高度，考慮淤積引起的水位變化

黃河上設取水構筑物需經(jīng)相關部門同意地表水取水構筑物分類及設置原則分類（3大類，20種型式）圖6—4固定式取水構筑物：不經(jīng)過筑壩攔蓄河水，在岸邊或河床上直接修建的固定的取水設施活動式取水構筑物山區(qū)淺水河流取水構筑物型式的選擇考慮河流水文特征、施工條件和方法，保證安全，技術經(jīng)濟比較后確定游蕩型河道：橋墩式水位變幅大的河道：浮船式含沙量大及冬季有潛冰的河道：斗槽式固定式取水構筑物優(yōu)缺點：優(yōu)：取水安全可靠、維修管理方便、適應范圍廣缺：水位變化大時，工程投資較高、施工期長、擴建困難2.基本形式1）岸邊式①定義：取水設施和泵房都建在岸邊，直接從岸邊取水的固定式取水構筑物②構成：集水井、泵房③適用范圍：河岸較陡，主流靠近河岸，岸邊有一定的取水深度，水位變幅不太大，水質、地質好，取水量大和安全性要求較高④型式：合建式岸邊取水構筑物：3種形式（圖）岸邊式：底板呈階梯布置特點：集水井與泵房底板呈階梯布置；可減小泵房深度，減少投資，水泵啟動需采用抽真空方式，啟動時間較長。適用條件：具有巖石基礎或其他較好的地質，可采用開挖施工。岸邊合建式：底板水平布置（采用臥式泵）特點：集水井與泵房布置在同一高程上；水泵可設于低水位下，啟動方便；泵房較深，巡視檢查不便，通風條件差。適用條件：在地質條件較差，不宜作階梯布置以及安全性要求較高、取水量較大的情況，可采用開挖或沉井法施工。岸邊合建式：底板水平布置（采用立式泵）特點：集水井與泵房布置在同一高程上；電器設備可置于最高水位上，操作管理方便、通風條件好；建筑面積小，檢修條件差。適用條件：在地質條件較差，不宜作階梯布置以及河道水位較低的情況。分建式岸邊取水構筑物特點：泵房可離開岸邊，設于較好的地質條件下；維護管理及運行安全性較差，一般吸水管布置不宜過長。適用范圍：在河岸處地質條件較差，不宜合建時，建造合建式對河道端面及航道影響較大時，水下施工有困難，施工裝備力量較差時采用。2）河床式①定義：在河心設置進水孔，從河心取水的構筑物②構成：取水頭部、進水管、集水井、泵房③適用范圍：河岸較平緩、主流缺乏必要的取水深度或水質不好時④型式：自流管式：高位進水孔分層取水虹吸式：虹吸高度可達4～6m水泵直接吸水式：不設集水井，小型取水工程橋墩式：施工復雜、造價高、維護管理不便、影響航運濕式豎井泵房：適用于水位變幅大于10m，水流速度大淹沒式泵房：長時期為枯水期水位3）斗槽式順流式：含沙高、冰凌不嚴重的河段逆流式：冰凌嚴重、含沙量較少的河段側壩進水逆流式：含沙量較高的河段雙向式：冰凌嚴重、泥沙含量高的河段西北某水廠，以西川為水源，采用斗槽預沉(預沉渠道)取水。取水工程主要由滾水壩、沖沙閘、進水渠道及取水泵房等組成。共沒三條進水渠道，1＃、3＃為預沉渠道，中間2＃為取水渠道。二條預沉渠道可同時運行，或單獨運行。預沉渠道首部設有欄污柵和格網(wǎng)，網(wǎng)后設置穿孔管式3號(聚丙烯酰胺)絮凝劑投加設施；接近其尾部有側堰、并設二道格網(wǎng)，通過側堰預沉水進入取水渠道。當某預沉渠道須要沖洗時，可關閉該渠側堰，打開尾閘進行沖洗。當進水含沙量超過2—3公斤／米3時，即投加3號絮凝劑：進渠含沙量在30公斤／m3以下、正常操作時，預沉后出水含沙量一般可小于3.0公斤／m3

；進渠含沙量約50公斤／m3，如沙峰來得不很急，投藥及時，加強操作管理，預沉后出水含沙量仍可達到3.0公斤／m3

。某西川取水工程某市水廠，以黃河為水源，采用斗槽為預沉池。設計最大流量為6.0m3/S,最小流量為2.5m3/S，斗槽上下游兩端均設有控制閘，上游斗糟長為107米，下游斗格長237米，斗槽底寬為15米，槽邊坡為1：0.25，最低水位時斗槽水深為2.15米，槽內設計流速為0.017—0.086米/秒。河水從下游進入斗槽，預沉效果為15—37％。因主流靠近斗槽便于引入河水進行沖洗，槽內沖洗流速可達1.7米／秒，沖洗效果較好，圖中I—I、II--II斷面可分別沖去積泥厚度約75％，65％。黃河某取水工程自流管式

特點：集水井設于河岸上，可不受水流沖刷和冰凌的碰擊，亦不影響河床水流；冬季保溫防凍條件比岸邊式好；進水頭部深入河床，檢修和清洗不便；在洪水期，河流底部泥沙較多，水質較差，建于高濁度河流的集水井，常沉積大量泥沙不易清除。適用條件：河床較穩(wěn)定，河岸平坦，主流據(jù)河岸較遠，河岸水深較淺；岸邊水質較差；水中懸浮物較少。分建式虹吸管取水構筑物特點：虹吸管管頂可高于最低設計水位4～6m，可大大減少管道的埋設深度、節(jié)約土石方工程量、縮短工期、降低工程造價；需裝設一套真空管路系統(tǒng)，當虹吸管徑較大時，啟動時間長，運行不便；對施工的質量要求高，需嚴密不漏氣。適用條件：枯水期主流遠離取水岸、水位又很低、河流水位變幅較大，以及河灘寬闊、岸坡高而陡、且河床多為堅硬的巖石或土質的河床。3.固定式取水構筑物主要構造及設計原則1）集水井平臺、進水間、進水孔、防冰措施、排泥和沖洗2）取水泵房平面形式：H<10m，矩形，n>4；H>10m，圓形，但n<4平面布置：泵（3-4臺）、附屬設備高程布置：堤外需考慮最高水位，堤內可不考慮集水井和泵房合建形式岸邊分建式進水間河床分建式集水井形式進水孔口分層并列布置進水孔口分層交錯布置格網(wǎng)形式選擇旋轉格網(wǎng)3）取水頭部設計要求：水深足夠、外型合理、體積小、防沖涮、防堵防沖擊、宜分格取水頭部形式取水頭部形式和構造管式取水頭部：蘑菇式取水頭部：適用于中小型取水構筑物魚形罩式取水頭部：水泵直接吸水的中小型取水構筑物箱式取水頭部：水深較小、含沙量小、冬季潛水較多橋墩式取水頭部：樁架式取水頭部：斜板式取水頭部：活動式取水頭部：布置原則：(1)河床為容易沖刷的土壤，河流含沙量大，且豎向分布很不均勻時，應在頂部開設進水孔；(2)有漂浮物或流冰的河流，宜在側面開設進水孔，(3)當泥沙和漂浮物均較少時，可在下游布置進水孔；(4)一般不宜在上游迎水面布置進水孔。4)取水頭部進水孔的設計進水孔下緣離河床的距離側面進水孔下緣距河床的高度不得小于0.5米(當水深較淺、水質較清，河床穩(wěn)定，取水量不大時，可減至0.3米)對于頂部進水的淹沒式取水頭部，應高出河床不得小于1米;

對于斜板式取水頭部，進水管口離河床的高度一般不小于2米，在淺水河床可取1米．在水庫和湖泊中取水，一般不宜小于1米，當眾深較淺，水質較清，且取水量不大時，其高度可減至0.5米．進水孔在最低水位下的淹沒深度頂部進水時，不得小于0.5米。側面進水時，不得小于0.3米。虹吸進水或吸水管直接吸水時，一般不宜小于1米．小型的虹吸或吸水管式進水孔的淹沒深度，當河水較淺時可適當降低，當水體封凍時，可減至0.5米。4）進水管設計要求

不少于兩根，v=1.0～1.5m/s，有沖洗措施型式

自流管：鋼管、鑄鐵管、鋼砼管，管頂在河床下，并考慮抗浮

虹吸管：鋼管，每條管線設抽真空系統(tǒng)沖洗正向沖洗：泥沙不易沖走，效果差反向沖洗：效果好，使用靈活虹吸自流管實例

下圖為中南地區(qū)某取水工程采用的虹吸自流管，其設計要點為：虹吸管兩根，遠期最大進水量為10萬噸/天，近期進水量為5萬噸/d時，僅僅用一根。為使管內不發(fā)生淤積現(xiàn)象，經(jīng)設計計算虹吸自流管管徑采用800mm，管內最小流速大于0.7米/秒，在最枯水位時單管流速為1.27m/s,進水流量可保證達5.5萬噸/d虹吸高度根據(jù)動力壓強分析計算，并考慮工程自然條件、施工方便、安全供水，確定最大虹吸內度為3.4米。自流管末端埋入泵房集水井最低水位以下1.1米。虹吸自流管六、活動式取水構筑物1、特點優(yōu)點：水下工程量小、施工方便、工程投資少、適應性強、靈活性大缺點：操作管理復雜，供水安全性差2、纜車式取水構筑物1）適用范圍：水位變幅10～35m、岸坡穩(wěn)定、傾角為10o～28o、地質條件好的地段2）構造及設計要求：纜車：安裝水泵機組結構：上部——布置水泵機組，下部——車架、裝滾輪設備選擇與布置：水泵的Q—H曲線較陡，一泵一管，水平或垂直布置機組坡道管徑：300～500mm，軌距：2.5～4.0m管徑：<300mm，軌距：1.5～2.5m坡道：斜坡式、斜橋式上端標高：H高水位+浪高+吸水喇叭口到纜車層高度之和+1.5m下端標高：H低水位-1.5m輸水斜管及活動接頭輸水斜管：鑄鐵管（焊接鋼管）、設叉管活動接頭：橡皮軟管柔性接頭：DN<300mm，構造簡單、折裝方便、靈活性大套管活動接頭：各種管徑、拆裝方便、壽命較長球形萬向接頭：組合方便、轉動靈活（11o～22o），制造復雜，拆裝麻煩曲臂式活動接頭：牽引設備及安全措施3）纜車的穩(wěn)定3.浮船式取水構筑物1）適用范圍：水位變幅10～40m或更大、深足夠、水流平穩(wěn)、流速和風浪小、停泊條件好、河床較穩(wěn)定、岸坡傾角20～602）構造及設計要求浮船：結構：鋼筋砼結構、平底、平面為矩形、長寬比3：1設備選擇與布置：Q—H曲線較陡的水泵、單排布置、上承式（下承式）安裝水泵出水管與輸水斜管的連接管階梯式連接：柔性連絡管、鋼性連絡管搖臂式連接：球形接頭搖臂管套筒接頭搖臂管鋼桁架接頭搖臂管輸水斜管：設排氣閥，止回閥3）浮船的穩(wěn)定影響因素：各設備的重力、水流沖擊力、動水壓力、風流等措施：機組布置平衡、重物艙底壓載、移動壓載、液壓載4）浮船的錨固：岸邊系留加支撐桿岸邊系留與船著尾拋錨相結合岸邊系留與船著尾拋錨及增設外開錨3.活動式取水構筑物的數(shù)量決定因素：供水規(guī)模、接頭形式、調節(jié)池七、山區(qū)淺水河流取水構筑物1、山區(qū)淺水河流的特性、利用特點及取水方式

1）山區(qū)淺水河流的特性：河床坡降大、較穩(wěn)定、河狹流急流量及水位變化大、水質變化大

2）山區(qū)淺水河流的利用特點及取水方式Q取=70%～80%Q枯吸水深度小，需設低壩考慮推移質影響2、低壩式取水構筑物1）固定式低壩（圖6—31）2）活動式低壩（采用較多）①橡膠壩形狀：袋形、片形特點：輕、施工安裝方便、工期短、投資省、出水效果好、操作簡便、抗震、堅固性耐久性差、易壞浮體閘（圖6—34）構成：主閘板、上下副閘板、充排水系統(tǒng)特點：投資少、管理方便、使用年限長，適用于推移質少的河流3.底欄柵式取水構筑物1）構造：圖（6—35）攔河低壩、底欄柵、引水廊道、沉沙池、取水泵房2）底欄柵的設計和計算欄柵：梯形斷面凈距≤8～10mm進水量計算：集取河流部分水量時

集取河流全