江河取水工程

•江河取水工程主讲人：贾万新江河取水概说1.1江河水源分布广泛：江河在水资源中具有水量充沛，分布广泛得特点，常用于作为城市和工矿供水水源。1.2江河取水的自然特性：江河取水受自然条件和环境影响较大，必须充分了解江河的径流特点。1.3全面了解河道的冲淤变化：河道在水流作用下，不断地发生着平面形态和断面形态的变化，这就是通常所说的河道演变。河道演变是河流水沙状况和泥沙运动发展的结果。冲淤演变常造成主流摆动，取水口脱流而无法取水，图1-3就是长江荆江尺八口河段的演变状况。可见重视河道的冲淤变化并进行了正确预测，就成为取水工程建设的重要安全问题。图1-3长江荆江尺入口河段发展示意图2.相关的河流学述要2.1河流的一般特性河流大致分为山区河流和平原河流两大类：1）山区河流：洪水猛涨猛落是山区河流的重要水文特点2)平原河道：平原河道按其平面形态，可分为四种基本类型，即顺直型，弯曲型，分叉型和游荡型。①顺直型河段，图（2-2-1）是俄罗斯维斯纳河顺直河段的边滩分布图，这种河型在我国长江以及松花江上都有分布。图2-2-1②弯曲型河段：该型河段是平原河道最常见的河型，长江荆江河段（如图2-2-2）都是这种河段的代表。图2-2-2③分汊型河道：分汊型河道亦称江心洲型河道图2-2-3长江南京八卦洲分衩型河段④游荡型河段：其特点是中水河槽宽浅，河滩密布，汊道交织，水流散乱，主流摆动不定。一般不宜在该河建设取水工程。图2-2-4黄河花园口游荡型河段2.3平原河道的水文特性1）河床纵坡平缓，水面比降较小。多在1‰~1‰0以下。2）流速相对较低，一般都在2~3m/s以下。3）含沙量较低。4）洪枯水量与水位变化较小。5）河道断面形式：断面形式因河道型式而异，如图2-2-5所示图2-2-5平原河流不同河段横断面图2.4平原河道的相关关系在水流长期作用下，有可能形成与河段相适应的均衡状态，在水流长期作用下，有关河深h,河宽B,比降J，和流量Q。其因素常存在一定的函数关系。这就是所谓的河相关系，亦称河相相关。2.5河床稳定性指标：河床稳定性对取水建筑物十分重要，河床稳定包括河床底部的稳定性和和河岸的稳定性，黄河水利委员会认为可用下式计算河流的稳定指标(2-4)公式（2-4）量纲和谐，不仅能确定河型特性，还能用作河流模拟的相似准数。一般来说，游荡性河道的ZW值为2.2，弯曲河流为25，稳定分汊河道为13，亚稳定分汊河道为8.3231503)(JBHDZw3.0河弯的水流结构3.1天然河道的平面形态：天然河道多处于弯弯相连的状态，据调查，天然河段的直段部分只占全河长的10%~20%，所以天然河道基本上是弯曲的。3.2弯道的水流运动：水流进入弯道后，在离心力的作用下表层水流向凹岸，弯道水流离心力F可近似表达为：RvgF2*河道流速分布是表层大，底层小，因此表层水流向凹岸，使凹岸水面雍高，从而形成横比降。受横比降作用，在断面内形成横向环流。如图3-2所示。图3-2弯道水流示意图3.3弯曲河道的水流动力轴线：水流动力轴线又称主流线。为了解河势变化，常对各不同年代的深泓线绘制成套绘图，深泓线紧密的地方均可作为取水口的备选位置。3.4弯曲河道的最佳引水点北方河道的洪枯水量相差悬殊，枯水期引水保证率较低，一般只能引取河道来流的25%~30%，引水口最好选在顶冲点以下距凹岸起点下游4~5倍河宽的地段。另据达涅利亚研究，理想取水点的位置从弯道起点算起，其距离由下式确定：148.0BRBL3.5格氏加速度：和弯道造成横向环流相类似，地球因自转而改的格里奥力斯力和格氏加速度也可产生水面横比降，从而对水流结构造成影响，格氏加速度的法则是：惯性力总是使水流紧压右岸（北半球）4.0河流取水的洪枯分析概要4.1河流洪枯分析的必要性4.2频率分析样本的选用上世纪九十年代，我公司承接包头供水工程时，对该河段红枯分析做了大量分析计算，图4-1为水文要素统计表，图4-2、图4-3、图4-4为洪、枯流量和水位统计曲线图。4.3洪水统计参数的沿程变化前面谈到，水文特征值的变化符合皮尔逊111型曲线的变化规律，皮尔逊曲线由如下方程表达。式中yd为众值坐标，r=，d为偏差半径，a为众值与曲线左端的距离。rarxddxeyy)1(皮尔逊III型曲线5.0取水构筑物位置的合理选择合理的选择取水构筑物位置，除遵循设计规范和设计手册所列的各项一般原则外，还要结合取水河段的泥沙运动规律和河道演变特点，从洪枯变化、河道走向，冲淤状况和地质地貌等方面进行综合分析判断，必要时，通过水工模型实验来最后确定。图5.0就是我院对包头取水口选择的方案系统图。5.1选择取水构筑物位置需收集的资料1）水文资料2）河相资料3）地质资料4）其他5.2取水河段的冲淤变化分析5.3天然河道实测资料分析5.4黄河取水位置选择的几个条件1）取水河段应主流稳定。2）河段有支流汇入时，取水口应选择在支流汇入的影响范围之外。3）取水口应选在冰水分层且浮冰能顺流而下的河段。4）取水口应选在工程地质条件良好的河段。5）取水口可选在河道比较顺直没有分叉的河段。6）选在弯曲河段凹岸的下游，如山东打渔张饮水口。（图5-5）如山东打渔张引水口。（图5-5）7）选在河势控制节点附近。6.0已建取水构筑物的情况与示例6.1合建岸边式取水构筑物合建岸边式取水构筑物，其特点是进水间与泵房合建在一起，合建式岸边取水构筑物管理方便，运行安全可靠。黄河上大、中型取水构筑物采用较多的一种形式。图6-1基础呈水平布置岸边式取水构筑物6.2合建河心式合建河心式取水构筑物是把进水间和提升泵房等全建在河流中间的一种取水形式。取水构筑物用栈桥和岸上联络。宁夏石嘴山电厂取水构筑物为合建河心式，其平面形状为圆角马蹄形，侧面进水。7.0包头画匠营子取水工程简介7.1河段的自然情况7.2河工模型试验7.3取水泵站的设计特点1、适应主流游落摆动规律，选择“三点式”取水2、合建式岸边取水泵站7.4取水墩、自流管7.5解决施工及运转中几个难点问题的措施8.0高含沙水及其特性8.1高含沙水的流变特性流变特性，系指水体运动时剪切力与切变率的关系，清水或含沙量较低的浑水，剪切力切变率服从牛顿内摩擦定律，即（8-1）yu8.2揭河底：揭河底是河床冲刷的突变过程。高含沙水流将大片河床沉积物掀起、冲破带走、强烈的冲刷使河床在短期内骤降十多米，影响取水安全。8.3浆河：与揭河底相对应，浆河是河床的淤积性突然抬升。高含沙水流为维持正常流动所需能头很高。当水流能量不是以夹带泥沙前进时，一河泥浆就骤然停止，并迅速落淤使河床突然抬高，浆河的大面积落淤给取水造成很大的威胁。