地表水资源的开发利用工程

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1、第六章 地表水资源的开发利用工程 第一节 地表水取水构筑物分类,第二节 地表水取水构筑物设置的一般原则,一、地表水取水位置的选择,1取水点应设在具有稳定河床、靠近主流和有足够水深的地段,不宜将水源点及取水构筑物设于靠近河汊、沙洲(浅滩)及支流入口等河床不够稳定的地段。如须设置时应查明。,河汊上主流的位置及其变动的情况。,通常设于河汊主流内，如主流变动时，则须采取相应措施(如进行河道治理)以确保取水构筑物附近有比较稳定的水流、水量和水深。,河道中的沙洲与浅滩形成的原因、类型及其变化移动情况，并应对洲与浅滩的变化可能对取水构筑物产生的影响作充分的估计，必要时采取措施确保取水构筑物的必要取水条件。,

2、有关支流的各种特性，特别是支流径流变化和挟沙情况，此外对支流汇入而可能产生的影响，如形成浅滩，对河岸冲刷等现象进行预测，以便采取预防措施。,2水源点及取水构筑物应设在水力条件良好的河段,通常设在河流深槽段的凹岸比较适宜。,因河床稳定，因环流作用而水质好(含沙量少)，深水处不易积淤堵塞，凹岸多靠主流线，流速大，不易堆积冰块和其它漂浮物。但易冲刷，应避开顶冲点（下游1520mm），在稍上或稍下设取水口。,3取水点与取水构筑物应设在卫生条件及水质良好的河段。,对生活饮用水源应设于城市或居民点上游的一定距离处，该区不应有污染源，并有卫生防护区。,4洪水不得淹没取水构筑物,宜设不被淹没的河槽中，不设在洪

3、水河槽中。,5注意河道中其他构筑物对河道的影响。,当洒道中存在其他人工构筑物时，将会引起河道的变化。在选择取水口位置时必须注意推测其发展趋势。常见人工构筑物桥梁、丁坎、码头、下水道，排水口及拦河坝等。,6注意河水流的冰冻的情况,对我国北方河流而言，选择取水点及取水构筑物位置时，应考虑河流的冰冻情况。,7取水点及取水构筑物应设在工程地质条件好的地段从工程地质条件来看，不宜将取水构筑物设在主要由淤积细沙、风化严重的基岩和岩溶性地层上。,8取水构筑物应不妨碍河流的综合利用,选择水源点及取水构筑物位置时，还必须注意与整个给水工程相适应，以及取水工程同其他部门如航运、水力发电、农灌等，参见附表。,二、地

4、表取水构筑物设计的一般原则,1对大型取水构筑物，当河道及水文条件复杂或取水量占河道的最枯流量比例较大时，在设计前应进行水工模型试验。,2取水构筑物的最高设计水位按百年一遇定。设计枯水流量保证率采用90，设计枯水位保证率采用9099。,3取水构筑物的布置及型式，应根据取水量和水质要求，并结合地形地质、冲淤、水深及水位变幅等，通过经济技术比较确定。,4取水构筑物应根据水源情况，采取相应保护措施。,5在通航河道上，应根据航运部门的要求在取水构筑物处设置标志。,第三节 固定式取水构筑物,固定式取水构筑物：把不经过筑坝拦蓄河水，而在岸边或河中直接修建的固定的取水设施称固定式取水构筑物。是各种类型的地面水

5、取水构筑物中应用最广泛的一种。,优点：取水安全可靠、维修管理方便、适应范围较广等,缺点：当河水水位变化较大时，构筑物的高度需相应增加，因而工程投资较多，水下工程量较大，施工期较长。,类型：按取水点的位置和特点，分为岸边式、河床式及斗槽式。,外形和组成取决于：,取水河段取水点的位置及水文特征；,河床岸边的工程地质条件及岸边地形变化条件；,取水点的水质及施工方法、施工技术和工程进度的要求，,基建费用等,影响选择的主要因素：应通过经济技术比较确定, A.技术上：,1）取水量、水质的要求（水深、漂浮物、污染、泥沙含量）,2）河床的地形、地质条件、河床演变地形：河床陡宽、河滩宽窄,3）河流水深、水位变幅

6、,4）冰冻、航运,B 经济上,1）造价：构造的简单与复杂；施工的简单与复杂；设备情况,2）施工条件：水下工程,3）材料,一、固定式取水构筑物的基本型式及特点,(,),取水构筑物的型式,特点：布置紧奏，占地面积小，水泵吸水管路短，运行管理方便，但土建结构复杂，施工较困难。,适用：河岸坡度较陡，岸边水流较深且地质条件较好、水位变幅和流速较大的河流。,布置：,a) 进水井与泵房底板成阶梯布置：可利用水泵吸水高度减小泵房深。,适用：具有岩石基础或其他较好的地质条件时,b) 进水井与泵房底板在同一高程布置：减小不均匀沉降，水泵自灌式启动，泵房深，造价大，通风防潮条件差，操作管理不便。,适用：地质条件较差

7、、不宜按阶梯形布置安全性要求较高、取水量较大时,c) 采用立式泵(轴流泵)取水：水位低、泵站埋深大时，为降投资、减小泵房面积,特点：操作方便，通风条件较好，但检修条件差。,分建式岸边取水构筑物,岸边地质条件较差进水间不宜与泵房合建时，或分建对结构和施工有利时采用。进水间设岸边，泵房建地质条件较好的地点，但不宜太远，如图6-5。,优缺点：a、土建结构简单，较易施工,b、吸水管较长，增加了水头损失，维护管理不太方便，运行安全 性较差,2.河床式取水构筑物 河床式取水构筑物：在河道的主流上设置淹没在水中的取水头部，分河道主流井的水经自流管或虹吸管流至岸边(或岸上)的集水井。一级泵房将集水井的水抽送至

8、净水厂。 组成：取水头部 管道 集水间 水泵房（格栅）（自流管、虹吸管、直接吸水）（进水室、格网、吸水室） 适用：a 河床比较稳定，河岸比较平坦，河流的主流离开河岸远、河岸水深浅b 岸边的水质较差c 在离开河岸的河中悬浮物较少而且具有足够的水深d 具有一定的水下施工条件,优缺点： A）集水井和泵房建在河岸上，可不受水流冲刷和冰凌撞击，也不影响水流； B）当河床变迁之后进水管可相应地伸长或缩短，冬季保温、防冻条件比岸边式好 C）取水头部和进水管经常淹没在水下，清洗和检修不方便,自流管式：河水进入取水头部后经自流管靠重力流入集水井。 图6-6为自流管为自流管式泵房与集水井合建的取水构筑物。 图6-

9、7为自流管式泵房与集水井分建的取水构筑物，河水通过自流管进入集水间。 在选择取水构筑物的设置位置时，要高度注意洪水期河流底部的泥沙运动及杂草对自流管的影响。在洪水期容易发生泥沙淤积的河床，如主流与支流交汇的河汊口，淤积的凸岸等地方不能设置取水构筑物。 洪水期河底部泥沙较多、水质较差时，因集水井积泥过多，不易清除；可在集水间壁上开设进水孔、或设置自流管以便在洪水期取上层含沙量少的水，图6-8。,虹吸管式虹吸管式取水的构筑物：河水进入取水头部后经虹吸管流入集水井，该种取水构筑物称虹吸管式取水的构筑物。在水位涨落幅度较大的河流上，或当以河床为基础设置取水构筑物，而取水构筑物所在位置在枯水季节远离主流

10、。若采用自流管则会因管线埋深较大，水下土石方工程大而给施工带来困难很多，并且增加了施工费和延长了工期。这种情况下自流管可设计成虹吸管。虹吸管允许虹吸高度可达7m，故大大减少了管道的埋深虹吸管在设计和施工中要严防漏气，大型取水工程不宜采用虹吸管式取水，图6-9。管径大、管径长，启动时间长、运行不便。可靠性比自流管式差。,水泵直吸式图6-10，为水泵直吸式取水构筑物，水泵吸水管直接吸河流中的水。,适用：河道水质良好，漂浮物少，取水量小，水泵吸水头部较大的情况。 要求：吸水管不宜太长，吸水管的接头要严密不漏气。 特点：省去了集水井，施工简便，造价较低。但高浓度大颗粒时，水泵叶轮易磨损；无集水井和格网

11、，漂浮物易堵塞取水头部和设备。长沙第三水厂采用此种形式。,桥墩式整个取水构筑物建在水中，在进水间的壁上设置进水孔。如图6-11，从江心取水，构筑物与岸之间架设引桥。 适用：由构筑物缩小了水流断面，造成附近河床冲刷。因此，基础埋深较大，施工较复杂。另还需设较长的引桥与岸边连接，造价高，且影响航运。,湿式竖井泵房湿式竖井泵房即泵房下部为集水井，上部(洪水位以上)为电机操作室，采用防沙深井泵取水，如图6-12。 特点：采用深井泵，泵房面积小，对集水井防渗、抗浮要求低，可降低基建成本。电机和操作室的通风防潮条件好，运行管理方便。但价格要吊装全部泵管、拆装工作量大。 适用：水位变幅大于10m，尤其是骤涨

12、骤落(水位变幅大于2m/h)、水流流速较大时，西南地区多采用。,淹没式泵房 淹没式取水泵站：集水井、泵站位于常年洪水位以下洪水期处于淹没状态，称淹没式取水泵站，如图6-13。 特点：泵房深度浅、土石方量小，构筑物受浮力小，结构简单，造价低；但通风和采光条件差，泵房潮湿，对电机不利，噪音大，操作管理、运输、检修均不方便，结构防渗要求高。 适用：河岸地基较稳定，水位变幅大，洪水期历时短，长时期为枯水期水位，含沙量少的河流，如长江上游。,3.斗槽式取水构筑物在岸边式或河床式取水构筑物之前设置 “斗槽”进水，称斗槽式取水构筑物，如图6-14。 特点：斗槽中流速较小，水中泥沙易于沉淀，潜冰易上浮，改善了

13、取水口的水质。 适用：河流含沙量大、冰凌严重时,类型：按水流补给的方向分为：顺流式斗槽、逆流式斗槽、侧坝进水逆流式斗槽 、双向式斗槽 顺流式斗槽斗槽中水流方向与河流流速向基本一致，称顺流式斗槽式。斗槽中流速小于河水的流速，流入斗槽的是大量表层水，进入斗槽的泥沙较少，但潜冰较多。适用：含沙量较高但冰凌不严重的河流,逆流式斗槽斗槽中水流方向与河流流向相反，称逆流式斗槽。由水流的惯性，在斗槽进口处产生抽吸作用，进入的是河流底层水； 适用：冰凌较多、泥沙较少的河流。 侧坝进水逆流式斗槽在逆流式斗槽渠道进口端建两个斜向的堤坝，伸向河心。外侧堤坝能被洪水淹没，内侧堤坝不能被洪水淹没。有洪水时，洪水流过外侧

14、堤坝，在斗槽内产生顺时针方向旋转的环流。将淤积于斗槽内的泥沙带出槽外，另一部分河水顺着斗槽流向取水构筑物，适宜含沙量高的河流。,双向式斗槽是顺流和逆流的组合，兼二者的特点，设闸门，不同情况开不同闸门。 适用：冰凌严重且泥沙含量高的河流按斗槽伸入河岸的程度：a）斗槽全部设置在河床内：适用于河岸较陡或主流离岸较远以及岸边水深不足的河流b）斗槽全部设置在河岸内：适用于河岸平缓、河床宽度不大、主流近岸或岸边水深较大的河流c）斗槽部分伸入河流：特点和水流条件介于上述两者之间。,岸边式,河床式,取水头部（河床式）,泵站,组,成,集水井,岸边式,河床式,进水管（河床式）,二、固定式取水构筑物的构造,1.集水

15、井 集水井：是用来进水和水泵吸水用的，有的集水井将进水和吸水分成两格，前格为进水井(间)，后者为吸水井。进水井和吸水井的纵向隔墙上设置平板隔栅和隔网。作用是拦截漂浮杂质，河床式集水井与取水头部之间由进水管连接。 进水间(也称进水室)图6-16岸边式分建式集水井布置。岸边式取构筑物集水井的进水间，其外壁开有进水孔，孔上设有格栅及闸门槽。进水孔形状一般做成矩形，其面积应视设计流量和进水速进行计算(同格栅公式)。进水间用隔墙分成可独立的工作的若干分格，之间用连通管连接，一般不少于两格。每一分格布置一个进水孔。进水孔的高宽比应符合标准设计的格栅和闸门尺寸，尺寸要求如图，如孔口高受水位和进水间底极限制时

16、，应调节孔口宽或并列布置多孔来满足进水也面积要求。,吸水间 作用：用来安装水泵吸水管。 要求：分格，一般一泵一格。各部分尺寸如图6-17。 吸水喇叭口直径：D=(1.31.5)d d吸水管直径mm 两喇叭口之间净间距1=(1.52.0)D 喇叭口与井壁间的净间距2=(0.751.0)D 吸水喇叭口的最小悬空高度(喇叭口与井底间距)h1和最小淹没深度h2，可采用。 h1=(0.60.8)D，且h10.5m h2=0.51.0m 吸水间进水长度l：即格网出水至吸水喇叭口中心的流程长度l。 l3D,格网 设于进水间与水室之间，拦截细小的漂浮物 型式 （据水中漂浮物的数量和每台水泵的出水量选择） 1）每台水泵的出水量Q1.5m3/s时，采用平板格网 2）每台水泵的出水量Q3.0m3/s时，采用旋转格网 （直流进水、网内进、水网外进水 ） 3） 1.5m3/s Q 3.0m3/s时，两种均可,