第五章 地表水資源的開發(fā)利用途徑及工程

第五章地表水資源的開發(fā)利用途徑及工程精品課件第一節(jié)地表水資源的利用途徑第二節(jié)地表水取水構(gòu)筑物介紹第三節(jié)地表水取水構(gòu)筑物的設(shè)計第四節(jié)地表水輸水工程的選擇與設(shè)計思考題本章內(nèi)容精品課件地表水源：江、河、湖泊、水庫和海水。特點：（1）地表水多為河川徑流。（2）地表水資源受季節(jié)性影響較大，水量時空分布不均。（3）地表水水量一般較為充沛，能滿足大流量的需水要求。（4）地表水水質(zhì)容易受到污染，濁度相對較高，有機物和細(xì)菌含量高。（5）在地形、地質(zhì)、水文、衛(wèi)生防護等方面均較復(fù)雜。第一節(jié)地表水資源的利用途徑一、地表水資源的特點精品課件二、地表水資源開發(fā)的主要途徑（一）河岸引水工程1．無壩引水當(dāng)小城鎮(zhèn)或農(nóng)業(yè)灌區(qū)附近的河流水位、流量在一定的設(shè)計保證率條件下，能夠滿足用水要求時，即可選擇適宜的位置作為引水口，直接從河道側(cè)面引水，這種引水方式就是無壩引水。精品課件精品課件2．有壩引水定義：當(dāng)天然河道的水位、流量不能滿足自流引水要求時，須在河道上修建壅水建筑物（壩或閘），抬高水位，以便自流引水，保證所需的水量，這種取水形式就是有壩引水。組成：由攔河壩（閘）、進水閘、沖沙閘及防洪堤等建筑物組成精品課件某有壩渠首工程平面布置示意圖精品課件正面引水、側(cè)面排沙工程示意圖3．提水引水就是利用機電提水設(shè)備（水泵）等，將水位較低水體中的水提到較高處，滿足引水需要。精品課件（二）蓄水工程（水庫）1．擋水建筑物（攔河壩）按建筑材料分：土石壩混凝土壩漿砌石壩土壩、堆石壩重力壩、拱壩、支墩壩重力壩和拱壩精品課件重力壩依靠壩體自重產(chǎn)生的抗滑力維持穩(wěn)定結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、安全可靠性強、抗御洪水能力強等特點體積龐大，對水泥用量多，且對溫度要求嚴(yán)格，壩體應(yīng)力較低，受揚壓力作用大精品課件精品課件三峽大壩夜景三峽大壩航拍圖精品課件拱壩拱壩是壩體向上游凸出，在平面上呈現(xiàn)拱形，拱端支承于兩岸山體上的混凝土或漿砌石壩。優(yōu)點：體積小、超載能力和抗震性好；缺點：拱壩壩體單薄、孔口應(yīng)力復(fù)雜，因此壩身泄流布置復(fù)雜，同時施工技術(shù)要求高，尤其對地基的處理要求十分嚴(yán)格。精品課件精品課件土壩壩體：維持土壩的穩(wěn)定。防滲設(shè)備：減小壩體和壩基的滲透水量，要求用透水性小的土料或其他不透水材料筑成。排水設(shè)備：盡量排出已滲入壩身的滲水，增強背水坡的穩(wěn)定，可采用透水性大的材料，如砂、礫石、卵石和塊石等。護坡：防止波浪、冰凌、溫度變化、雨水徑流等的破壞，一般采用塊石護坡。精品課件2．泄水建筑物用以宣泄多余水量，防止洪水漫溢壩頂，保證大壩安全。

溢洪道

深式泄水建筑物

壩身泄水孔水工隧洞壩下涵管河床式側(cè)槽式溢洪道河岸式正槽式溢洪道精品課件引水段控制段泄水槽消能設(shè)備尾水渠溢洪道組成主體與上游連接與下游連接精品課件精品課件3．引水建筑物常見的型式有水工隧洞、壩下涵管和壩體泄水孔等。水工涵洞和壩下涵管均由進口段、洞（管）身段和出口段組成。壩內(nèi)涵管水工隧洞精品課件（三）揚水工程揚水是指將水由高程較低的地點輸送到高程較高的地點，或給輸水管道增加工作壓力的過程。揚水工程主要是指泵站工程。水泵與其配套的動力設(shè)備、附屬設(shè)備、管路系統(tǒng)和相應(yīng)的建筑物組成的總體工程設(shè)施稱為水泵站，亦稱揚水站或抽水站。揚水的工作程序為：高壓電流→變電站→開關(guān)設(shè)備→電動機→水泵→吸水（從水井或水池吸水）→揚水。精品課件水泵動力式泵容積式泵依靠泵的動力作用使液體的動能和壓能增加和轉(zhuǎn)換完成。離心泵、軸流泵和旋渦泵等對水流的壓送是靠泵體工作室容積的變動來完成?；钊酵鶑?fù)泵、柱塞式往復(fù)泵等精品課件離心泵工作原理:利用泵體中的葉輪在動力機（電動機或內(nèi)燃機）的帶動下高速旋轉(zhuǎn)，由于水的內(nèi)聚力和葉片與水之間的摩擦力不足以形成維持水流旋轉(zhuǎn)運動的向心力，使泵內(nèi)的水不斷地被葉輪甩向水泵出口處，而在水泵進口處造成負(fù)壓，進水池中的水在大氣壓的作用下經(jīng)過底閥，進水管流向水泵進口。分類：按其轉(zhuǎn)軸的立臥臥式離心泵和立式離心泵

其軸上葉輪數(shù)目多少單級和多級

單側(cè)進水和雙側(cè)進水

水流進入葉輪的方式精品課件精品課件離心泵的技術(shù)性能有流量（輸水量）、揚程（總揚程）、軸功率、效率、轉(zhuǎn)速、允許吸上真空高度六個工作參數(shù)表示。泵站主要由設(shè)有機組的泵房、吸水井和配電設(shè)備三部分組成。根據(jù)泵站在給水系統(tǒng)中的作用，泵站可以分為取水泵站、送水泵站、加壓泵站和循環(huán)泵站四類。（四）輸水工程輸水工程主要采用渠道輸水和管道輸水兩種方式。精品課件第二節(jié)地表水取水構(gòu)筑物介紹分類：水源的種類河流、湖泊、水庫、海水取水構(gòu)筑物取水構(gòu)筑物的構(gòu)造形式固定式(岸邊式、河床式、斗槽式)和移動式(浮船式、纜車式)帶低壩的取水構(gòu)筑物和底欄柵式取水構(gòu)筑物山區(qū)河流精品課件一、固定式取水構(gòu)筑物（一）岸邊式取水構(gòu)筑物直接從岸邊進水口取水的構(gòu)筑物稱為岸邊式取水構(gòu)筑物，它由進水間和泵房兩部分組成。岸邊式取水構(gòu)筑物無需在江河上建壩，適用于當(dāng)河岸較陡，主流近岸，岸邊水深足夠，水質(zhì)和地質(zhì)條件都較好，且水位變幅較穩(wěn)定的情況，但水下施工工程量較大，且須在枯水期或冰凍期施工完畢。根據(jù)進水間與泵房是否合建，岸邊式取水構(gòu)筑物可分為合建式和分建式兩種。精品課件1．合建式岸邊取水構(gòu)筑物階梯式布置1-進水間；2-進水室；3-吸水室；4-進水孔；5-格柵；6-網(wǎng)格；7-泵房；8-閥門井精品課件水平式布置精品課件2023/11/24

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臥式泵改為立式泵或軸流泵，且吸水間在泵房下面

1-進水間；2–泵房；3-立式泵；4-立式電動機精品課件2．分建式岸邊取水構(gòu)筑物分建式岸邊取水構(gòu)筑物1-進水間；2-引橋；3-泵房精品課件（二）河床式取水構(gòu)筑物河床式取水構(gòu)筑物與岸邊式基本相同，但用伸入江河中的進水管（其末端設(shè)有取水頭部）來代替岸邊式進水間的進水孔。它主要由泵房、集水間、進水管和取水頭部組成。床式取水構(gòu)筑物根據(jù)集水井與泵房間的聯(lián)系，可分為合建式與分建式。河床式取水構(gòu)筑物按照進水管形式的不同，可以分為四種基本形式：自流管取水式、虹吸管取水式、水泵直接取水式和江心橋墩取水式。精品課件（a）合建式；（b）分建式1－取水頭部；2－進水管；3－集水井；4－泵房1．自流管取水式精品課件2．虹吸管取水式1-取水頭部；2-虹吸管；3-集水井；4-泵房精品課件3．水泵直接吸水式1-取水頭部；2-水泵吸水管；3-泵房精品課件4．江心橋墩取水式1-集水井；2-進水孔；3-泵房；4-引橋；5-出水管精品課件二、移動式取水構(gòu)筑物（一）浮船式取水構(gòu)筑物將取水設(shè)備直接安置在浮船上，由浮船、錨固設(shè)備、連絡(luò)管及輸水斜管等部分組成。

階梯式連接的浮船式取水構(gòu)筑物柔性聯(lián)絡(luò)管連接剛性聯(lián)絡(luò)管連接精品課件（二）纜車式取水構(gòu)筑物1－泵車；2－坡道；3－支墩；4－輸水管；5－絞車房（a）斜橋式（b）斜坡式纜車式取水構(gòu)筑物由泵車、坡道或斜橋、輸水管和牽引設(shè)備等部分組成。精品課件三、山區(qū)淺水河流取水構(gòu)筑物（一）山區(qū)淺水河流特點河床多為粗顆粒的卵石、礫石或基巖，穩(wěn)定性較好。河床坡降大、河狹流急，洪水期流速大，洪水期推移質(zhì)多。水位和流量變化幅度大。水質(zhì)變化劇烈。北方某些山區(qū)河流潛冰（水內(nèi)冰）期較長。精品課件（二）取水特點山區(qū)河流枯水期河流流量很小，取水量占河水枯水徑流量的比重很大，有時高達(dá)70％～90％。平枯水期水層淺薄，不能滿足取水深度要求，需要修筑低壩抬高水位或采用底部進水的方式解決。洪水期推移質(zhì)多，粒徑大，因此，在山區(qū)淺水河流的開發(fā)利用中，既要考慮到使河水中的推移質(zhì)能順利排除，不致大量堆積，又要考慮到使取水構(gòu)筑物不被大顆粒推移質(zhì)損壞。

精品課件（三）低壩式取水構(gòu)筑物固定式低壩平面圖1－溢流壩（低壩）；2－沖沙閘；3－進水閘；4－引水渠；5－導(dǎo)流堤；6－護坦1．固定式精品課件2．活動式袋形橡膠壩精品課件浮體閘精品課件（四）底欄柵取水構(gòu)筑物通過壩頂帶欄柵的引水廊道取水。由攔河低壩、底欄柵、引水廊道、沉沙池、取水泵站等部分組成。在河床較窄、水深較淺、河床縱坡降較大、大顆粒推移質(zhì)特別多的山溪河流，且取水量占河水總量比例較大時采用。1－溢流壩（低壩）；2－底欄柵；3－沖沙室；4－進水閘；5－第二沖沙室；6－沉沙池；7－排沙渠；8－防洪護坦精品課件四、湖泊和水庫取水構(gòu)筑物（一）湖泊和水庫特征湖泊和水庫的水位與其蓄水量和來水量有關(guān)，其年變化規(guī)律基本上屬于周期性變化。湖泊和水庫具有良好的沉淀作用，水中泥砂含量較低，濁度變化不大。但在河流入口處，由于水流突然變緩，易形成大量淤積。不同的湖泊或水庫，水的化學(xué)成分不同。湖泊、水庫中的水流動緩慢，浮游生物較多，多分布于水體上層10m深度以內(nèi)的水域。精品課件（二）取水構(gòu)筑物位置選擇不宜選擇在湖岸蘆葦叢生處附近。避免選擇在夏季主風(fēng)向的向風(fēng)面的凹岸處修建取水構(gòu)筑物。應(yīng)選擇靠近大壩附近或遠(yuǎn)離支流的匯入口，防止泥沙淤積取水頭部。應(yīng)建在穩(wěn)定的湖岸或庫岸處，可以避免大風(fēng)浪和水流對湖岸、庫岸的沖擊和沖刷，減少對取水構(gòu)筑物的危害。精品課件（三）取水構(gòu)筑物類型1．隧洞式取水和引水明渠取水

巖塞爆破法示意圖精品課件2．分層取水的取水構(gòu)筑物為避免水生生物及泥砂的影響，應(yīng)在取水構(gòu)筑物不同高度設(shè)置取水窗。根據(jù)不同水深的水質(zhì)情況，取得低濁度、低色度、無嗅的水。精品課件3．自流管式取水構(gòu)筑物采用自流管或虹吸管把水引入岸邊深挖的吸水井內(nèi)，然后水泵的吸水管直接從吸水井內(nèi)抽水，泵房與吸水管可以合建，也可分建。

精品課件五、海水取水構(gòu)筑物（一）海水取水的特點海水含鹽量高，腐蝕性強。海生生物的影響與防治：海生生物的大量繁殖常堵塞取水頭部、格網(wǎng)和管道，且不易清除，對取水安全可靠性構(gòu)成極大危脅?？刹捎眉勇确ㄈコ?。潮汐和波浪：取水構(gòu)筑物應(yīng)設(shè)在避風(fēng)的位置，對潮汐和海浪的破壞力給予充分考慮。泥沙淤積：海濱地區(qū)，潮汐運動往往使泥砂移動和淤積，在泥質(zhì)海灘地區(qū)，這種現(xiàn)象更為明顯。因此，取水口應(yīng)避開泥砂可能淤積的地方，最好設(shè)在巖石海岸、海灣或防波堤內(nèi)。精品課件1．引水管渠取水當(dāng)海灘比較平緩時，可采用自流管或引水管渠取水。（二）海水取水構(gòu)筑物分類1－防浪墻；2－進水斗；3－引水渠；4－沉淀池；5－濾網(wǎng)；6－泵房

引水渠取海水的構(gòu)筑物剖面圖平面圖精品課件2．岸邊式取水在深水海岸，若地質(zhì)條件及水質(zhì)良好，可考慮設(shè)置岸邊式取水，直接從岸邊取水。（三）海水取水構(gòu)筑物分類3．潮汐式取水1－蓄水池；2－潮門；3－取水泵房；4－海灣精品課件第三節(jié)地表水取水構(gòu)筑物的設(shè)計一、地表水水源資料及其收集水文資料水質(zhì)資料河床資料人類活動影響資料其它資料

水位流量流速波浪精品課件二、地表水取水位置的選擇取水點應(yīng)設(shè)在水質(zhì)較好的地段；取水點應(yīng)設(shè)在具有穩(wěn)定的河床、靠近主流和有足夠水深的地段；取水點應(yīng)具有良好的地質(zhì)、地形及施工條件；取水點應(yīng)靠近主要用水地區(qū)；取水點應(yīng)避開人工構(gòu)筑物和天然障礙物的影響；取水點應(yīng)避免冰凌的影響；取水點應(yīng)與河流的綜合利用相適應(yīng)。精品課件三、地表水取水構(gòu)筑物設(shè)計原則應(yīng)根據(jù)情況在設(shè)計前進行水工模型試驗。城市供水水源的設(shè)計枯水流量保證率一般可采用90%~97%；設(shè)計最高水位一般按1％的頻率確定，設(shè)計枯水位的保證率一般可采用90%~99%。應(yīng)根據(jù)水源情況，采取各種防護措施。防洪標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)低于城市防洪標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計洪水重現(xiàn)期不得低于100年。沖刷深度應(yīng)通過調(diào)查與計算確定。在通航河道上，應(yīng)根據(jù)航運部門的要求在取水構(gòu)筑物處設(shè)置標(biāo)志。在高含沙河流下游淤積河段設(shè)置的取水構(gòu)筑物，應(yīng)預(yù)留設(shè)計使用年限內(nèi)的總淤積高度，并考慮淤積引起的水位變化。水源、取水點和取水量的確定，應(yīng)取得有關(guān)部門同意。精品課件四、固定式取水構(gòu)筑物的構(gòu)造和設(shè)計（一）岸邊式取水構(gòu)筑物1．進水間進水室的平面尺寸應(yīng)根據(jù)進水孔、格網(wǎng)和閘板的尺寸及安裝、檢修和清洗等要求確定；吸水室的設(shè)計要求一般與泵房吸水井基本相同。吸水室的平面尺寸按水泵吸水管的直徑、數(shù)目和布置要求確定。2．進水孔不同高程處分層設(shè)置進水孔精品課件3．進水間的附屬設(shè)備（1）格柵：在取水頭部或進水間的進水孔處設(shè)置。金屬框架柵條與進水孔形狀相同斷面：：矩形、圓形等。厚度：10mm間距：根據(jù)取水量大小、冰絮和漂浮物等情況確定。進水孔的過柵流速精品課件（2）格網(wǎng)：格柵后設(shè)置。平板格網(wǎng)旋轉(zhuǎn)格網(wǎng)（3）排泥：采用排砂泵、排污泵、壓縮空氣提升器等設(shè)備。（4）起閉設(shè)備：在進水間的進水孔、格網(wǎng)和橫向隔墻的聯(lián)通孔上設(shè)置。常用平板閘門、滑閥和蝶閥等。（5）起吊設(shè)備：設(shè)在進水間上部的操作平臺上，用以起吊格柵、格網(wǎng)、閘板和其它設(shè)備。常用起吊設(shè)備有單軌吊車與橋式吊設(shè)備車。精品課件4．岸邊式取水泵房水泵型號和臺數(shù)：3～4臺。泵房平面：矩形、圓形等。取水泵房的起吊設(shè)備：一級起吊和二級起吊。防滲；抗?。涸黾又匚铩㈠^固、增加摩擦。精品課件（二）河床式取水構(gòu)筑物1．取水頭部（1）取水頭部設(shè)計的一般要求應(yīng)設(shè)在穩(wěn)定河床的主流深槽處，有足夠的取水深度；選擇合理的外形和較小的體積，以避免對周圍水流產(chǎn)生大的擾動，同時防止取水頭部受沖刷，甚至被沖走；取水頭部應(yīng)防止冰塊堵塞和沖擊，并防止船只、木筏碰撞，可在上游或周圍設(shè)置航標(biāo)加以保護。精品課件（2）取水頭部的型式與構(gòu)造管式取水頭部（a）順?biāo)魇?；（b）水平式；（c）垂直向上式；（d）垂直向下式喇叭管取水頭部精品課件蘑菇式取水頭部精品課件魚形罩式取水頭部精品課件箱式取水頭部圓形箱式取水頭部菱形箱式取水頭部精品課件橋墩式取水頭部精品課件樁架式取水頭部岸邊隧洞式喇叭口形取水頭部精品課件活動式取水頭部斜板式取水頭部精品課件（3）取水頭部進水孔的設(shè)計進水孔的位置和方向應(yīng)根據(jù)水流中含泥沙、漂浮物及冰凌等情況確定，一般布置在取水頭部的側(cè)面和下游面，多朝向下游或與水流方向垂直。漂浮物和泥沙較少的河流，可在取水頭部下游側(cè)開進水孔；有漂浮物或流冰的河流，應(yīng)在側(cè)面設(shè)進水孔，以免水面旋渦吸入漂浮物；河床為易沖刷的土壤、含沙量大且豎向分布不均勻的河流，當(dāng)漂浮物或流冰少時，可在取水頭部的頂部設(shè)進水孔；一般不宜在迎水面設(shè)進水孔。精品課件2．進水管（1）設(shè)計要求（2）進水管型式

自流管和虹吸管（3）進水管的沖洗正向沖洗：指沖洗時管內(nèi)水流方向與正常運行時的水流方向一致，也稱順沖。反向沖洗：指管內(nèi)水流方向與正常運行時方向相反，即泥沙流向河床。精品課件第四節(jié)地表水輸水工程的選擇與設(shè)計一、給水管網(wǎng)系統(tǒng)給水管網(wǎng)系統(tǒng)組成：輸水管（渠）配水管網(wǎng)水壓調(diào)節(jié)設(shè)施（泵站、減壓閥）水量調(diào)節(jié)設(shè)施（清水池、水塔、高地水池）等。精品課件精品課件精品課件二、給水管網(wǎng)的布置（1）根據(jù)城市規(guī)劃布置管網(wǎng)時，應(yīng)考慮管網(wǎng)分期建設(shè)的需要，留出充分發(fā)展的余地；（2）保證供水有足夠的安全可靠性，當(dāng)局部管線發(fā)生事故時，斷水范圍最??；（3）管線應(yīng)遍布整個供水區(qū)內(nèi)，保證用戶有足夠的水量和水壓；（4）管線敷設(shè)應(yīng)盡可能短，以降低管網(wǎng)造價和供水能量費用。（一）布置原則精品課件（二）管網(wǎng)布置形式樹狀網(wǎng)適用于小城市和小型工礦企業(yè)供水。供水可靠性較差，但其造價低。環(huán)狀網(wǎng)中，斷水的范圍小，供水可靠性高，可減輕因水錘作用產(chǎn)生的危害，但其造價較高。一般在城市初期可采用樹狀網(wǎng)，以后逐步連成環(huán)狀網(wǎng)。精品課件（三）管網(wǎng)布置要點干管延伸方向應(yīng)與主要供水方向一致。干管布設(shè)應(yīng)遵循水流方向。城鎮(zhèn)邊緣地區(qū)或郊區(qū)用戶采用樹狀管線供水；對個別用水量大、供水可靠性要求高的邊遠(yuǎn)地區(qū)用戶也可采用雙管供水。若干管之間形成環(huán)狀網(wǎng)，則連接管的間距可根據(jù)街區(qū)大小和供水可靠性要求，采用800～1000m。干管一般按城市規(guī)劃道路定線，考慮發(fā)展和分期建設(shè)需要。考慮施工和經(jīng)營管理上的問題。精品課件三、管網(wǎng)流量、管徑和水頭損失（一）管網(wǎng)流量沿線流量節(jié)點流量精品課件（二）管徑確定設(shè)計管徑經(jīng)濟管徑精品課件（三）水頭損失計算水頭損失計算公式均勻流速公式當(dāng)水力坡度用流量表示時：沿程水頭損失：精品課件（一）水力計算的基本方程連續(xù)性方程：四、管網(wǎng)水力計算能量方程：壓降方程：精品課件（二）管網(wǎng)計算方法分類解環(huán)方程：解節(jié)點方程：解管段方程：哈代－克羅斯（HardyCross）法哈代－克羅斯（HardyCross）法應(yīng)用連續(xù)性方程和能量方程，求出各管段流量和水頭損失，再根據(jù)已知節(jié)點水壓求出其余各節(jié)點水壓。精品課件（三）樹狀管網(wǎng)水力計算計算比流量和節(jié)點流量；從距二級泵站最遠(yuǎn)的管網(wǎng)末梢節(jié)點開始，逐個向二級泵站推算每個管段的流量；根據(jù)經(jīng)