河流取水工程

1江河取水工程中国市政工程西北设计研究院有限公司贾万新康旺儒苏蕊2015年11月2目录江河取水工程..................................................................................41.0江河取水概说................................................................................41.1江河水源分布广泛..................................................................41.2江河取水的自然特性..............................................................41.3全面了解河道的冲淤变化......................................................42.0相关的河流学述要........................................................................52.1河流的一般特性......................................................................52.3平原河道的水文特性............................................................102.4平原河道的相关关系............................................................112.5河床稳定性指标....................................................................113.0河弯的水流结构..........................................................................124.0河流取水的洪枯分析概要..........................................................154.1河流洪枯分析的必要性........................................................154.2频率分析样本的选用............................................................164.3洪水统计参数的沿程变化....................................................185.0取水构筑物位置的合理选择......................................................205.1选择取水构筑物位置需收集的资料....................................215.2取水河段的冲淤变化分析....................................................235.3天然河道实测资料分析........................................................235.4黄河取水位置选择的几个条件............................................256.0黄河已建取水构筑物的情况与示例..........................................2836.1合建岸边式取水构筑物........................................................286.2合建河心式............................................................................307.0包头画匠营子取水工程简介......................................................337.1河段的自然情况....................................................................337.2河工模型试验........................................................................347.3取水泵站的设计特点............................................................357.4取水墩、自流管....................................................................437.5解决施工及运转中几个难点问题的措施............................458.0高含沙水及其特性......................................................................47参考文献：.........................................................................................504江河取水工程1.0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，例如在我国南方（秦岭淮河以南）90%以上的水源工程都以江河为水源。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，因地置宜地选择取水河段。特别是北方各地，河流的流量和水位受季节影响，洪、枯水量变化悬殊，冬季又有冰情能形成底冰和冰屑，易造成取水口的堵塞，为保证取水安全，必须周密调查，反复论证。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，不论是南方北方，还是长江黄河挟带泥沙的水流在一定条件下可以通过泥沙的淤积而使河床抬高，形成滩地，也可以通过水流的冲刷而使河岸坍塌，河道变形。泥沙有时可能会被紊动的水流悬浮起来形成悬移质泥沙；有时也可因水流条件的改变而下沉到河流床5面，在河床上推移运动，成为推移质泥沙。当水流挟带能力更小时，推移质或悬移质泥沙还能淤积在河床上成为河床质泥沙。在河流中，悬移质，推移质泥沙和河床质泥沙间的这种不断交替变化的过程，就是河道冲刷和淤积变化的过程。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。图1-3长江荆江尺八口河段当然，黄河泥沙含量高。其中水、沙过程比一般河流更加猛烈，一次洪水，一个沙峰就能造成河道的巨大变化。1986年到1990年间，内蒙古昆都仑河口，主流摆动了1.2KM。1934年河段北移了3~4km，而当地河面竟然还不足1KM，可见重视河道的冲淤变化并进行正确预测，就成为取水工程建设的重要安全问题。2.0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。对于较大的河流，其6上游多为山区河道，下游多为平原河道，而上下游之间的中游河段，则兼有山区和平原河道的特性。1）山区河流，山区河道流经地势高峻地形复杂的山区，在其发育过程中以河流下切为主，其河道断面一般呈V字形或U字形，如图2-1所示，图2-1北盘江毛虎段河谷断形态图在徒峻的地形约束下，河床切割深达百米以上，河槽宽仅二，三十米，宽深比一般小于100，洪水猛涨猛落是山区河流的重要水文特点，往往一昼夜间水位变幅可达10m之巨，山区河流的水面比降常在1‰以上，如黄河上游的平均比降达10‰。由于比降大，流速高，挟沙能力强。含沙量常处在非饱和状态，有利于河流向冲刷方向发展。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，该类河流在中水时，水流顺直微弯，枯水时则两岸呈现犬牙交错的边滩，主流在边滩侧旁弯曲流动并形成深槽。两深槽间7距约为5~7倍的河宽，在洪水时，边滩又受水流冲刷而下移，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，在顺直河段设置取水构筑物时，应探求边滩的发展趋势，以防取水口淤塞。图2-2-1俄罗斯维斯纳河顺直河段的边滩分布图②弯曲型河段：该型河段是平原河道最常见的河型，其特点是中水河槽具有弯曲的外形，深槽紧靠凹岸，边滩依附凸岸。弯道上的水流受重力和离心力的作用，表层水流向凹岸，底层水流向凸岸，形成螺旋向前的螺旋流。受螺旋流的作用，表层低含沙水冲刷凹岸，使凹岸崩塌并不断后退。携带着崩塌泥沙的底层水流向凸岸，使凸岸边滩不断淤塞延伸，从而使整个河身处于向下游蜿蜒蛇行状态，陕西渭河下游，长江荆江河段（如图2-2-2）都是这种河段的代表。8图2-2-2长江下荆江弯曲型河段从图2-2-2可看到，在长期水流作用下。弯曲凹岸的不断崩塌后退，凸岸的不断延伸，会使河弯形成U字型的改变。进而使两个弯顶之间距离不断缩短而形成河环，河环形成后，一旦遭遇洪水漫滩，就会在河弯发生“自然裁弯”从而使河弯处的取水构筑淤塞报废。老河湾成为与新河隔离的“牛轭湖”不过“自然裁弯”是个逐渐发展的漫长过程，像上图所示的荆江黄泥套河湾发生于100年前的1906年，而且像上述弯道的发展与消亡也不是弯曲性河道唯一的演变过程。地质条件较好的地段，河弯可长期维持稳定。③分汊型河道分汊型河道亦称江心洲型河道，如南京长江八卦洲河段（图2-2-3），其特点是中水河槽分汊，两股河道周期性的消长，在分汊河道的尾部，两股水流的汇合处，其表流指向河心，底流指向两岸，有利于边滩形成。在分汊河段建取水工程，应分析其分流分沙影响与进一步河床的演变发展。9图2-2-3南京长江八卦洲河段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。河床变化迅速。像黄河花园口河段就是一个游荡型河段的示例（图2-2-4），该河段平均水深仅1~3m.河道很不稳定，一般不宜在该河建设取水工程，如必须在此引水，应置引水口于较狭窄的河段，或采用多个引水口的方案。图2-2-4黄河花园口河段102.3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，如长江荆江段比降J=0.42~0.56‰0，汉江下游J=0.39~0.56‰0（山区河流多在1‰以上）2、流速相对较低，因比降小按谢才公式：v=RJc，v与J2/1成正比，其流速较小，一般都在2~3m/s以下。3、含沙量较低，其悬浮质主要为细砂或粘土，推移质泥沙与悬浮质泥沙的比重较低，据长江统计资料一般为1%~1‰。4、洪枯水量与水位变化较小，如长江荆江段，洪水流量仅为枯水流量的13倍，水位变幅为13m，汉江下游洪水流量为枯水的74倍，水位变幅为14m。而山区河流洪枯流量常常达到100倍，较大的山区河流甚至达到1000倍。由于洪水来自于降水，我国北方地区降水的时程分布不均衡，洪枯流量变幅也比南方大，如黄河下游地区，最大洪枯流量可达400倍，水位变幅仅数米。5、河道断面形式：断面形式因河道型式而异，这是在特定条件下水流与河床相互作用的结果，具有一定的规律性，如图2-2-5所示图2-2-5平原河流不同河段横断面图112.4平原河道的相关关系河流是水流与河床相互作用的产物，水流作用于河床，使河床发生变化；河床又反过来作用于水流，影响水流结构，二者互相影响，互相制衡。能够自由发展的平原河流，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