第三章水资源与取水工程

第三章水资源与取水工程第一节水资源一、水资源的概况（一）水资源的定义广义的定义狭义的定义工程上的定义（二）我国水资源现状人均占有量少总量位世界第6。人均占世界平均水准的1/4，排名88。空间分布不均81％的水资源分布在长江流域及其以南降水量最高可达1600mm，少的地区不到200mm年内及年际变化大60－80％降水集中在夏季；年际变化差3－6倍许多地区缺水严重在640个城市中，300多个城市缺水。1、水的自然循环小循环—是指由海洋表面蒸发的水汽,又以降水形式落入海洋；或者由大陆表面(包括陆地水体表面、土面及植物叶面等)蒸发的水气,仍以降水形式落回陆地表面。这种发生在局部范围内的水循环过程。大循环—是由海洋表面蒸发的水汽,随气流带到大陆上空,形成降水落回地面,再通过径流(地表的及地下)返回海洋的过程这种发生在海陆之间的循环过程。二、水循环自然界水循环的意义水成为一种可更新的资源；具有自身净化作用。水循环的特点决定：水存在的形式多样性，分布的广泛性，时空变化的随机性，水资源的分配的巨大差异性。水的循环在地球上起到输送热量和调节气候的作用，对地球环境的形成、演化和人类生存都有重大的作用与影响。2、水资源社会循环给水系统的水源和排水系统接纳水体的地方大多是邻近的河流。取之于河流，还之于河流，形成一种受人类社会活动作用的水循环。人为水循环可以严重地改变天然水循环，处理不好，会产生一系列水问题与生态环境问题3、水的社会循环对自然循环的影响自然循环平衡破坏取水排放水污染控制工程平衡破坏给水处理社会循环三、我国取水工程的历程（1）远古人类逐水而居，主要利用地表水与泉水作为供水水源；（2）凿井取水：伯益作井（3）战国时期魏国：西门豹治邺引漳十二渠（4）秦朝：李冰父子四川都江堰（5）现代：水利枢纽：三门峡、葛洲坝、三峡四、我国取水工程的发展表现（1）地表取水技术：取水构筑物；（2）取水工程结构设计和施工；（3）机械化、自动化、信息系统的现代化技术。三门峡水利枢纽葛洲坝水利枢纽第二节给水水源一、水源的类型1、地表水。如江、河、湖、泊、水库及海洋等。特点：易受污染，一般水量较大，但一般水质较差，不能直接使用，必须进行适当净化来改善水质。河水取水（小水量）湖泊水和水库水取水2、地下水。包括潜水、直流水、泉水。特点：地下水埋藏于地下，流动于地层之中，水质常较地面水为佳，有时不经净化或经简单净化即可供使用，具有经济安全的特点；但一般水量较小。种类：潜水（无压地下水）；自流水（承压地下水）；泉水。真地下水和非真地下水回灌地下水泉水种类二、水源的选择1、水质相当好2、符合卫生要求的地下水优先3、合理开采和利用水源选择的依据：水源水质和用水要求。水质三、水源的防护1、水源保护的任务：防止水源枯竭和污染。2、给水水源的卫生防护依据：《生活饮用水卫生标准》a、地下水源卫生防护b、地表水源卫生防护c、国外水源卫生防护的某些规定第三节地下水取水构筑物一、管井是地下水取水构筑物中用得最多的一种。直径：150~1000mmD150mm，小管井；D1000mm，大管井井深：10~1000m构造：井室、井管、滤水管、沉沙管、人工填砾钻井井管安装井室二、大口井用于开采浅层地下水和河床渗透水的取水构筑物。井深：20m井直径：3~8m构造：井筒、井口、进水部分、井底反滤层三、渗渠原理：利用埋设在地下含水层中带孔眼的水平渗水管或渠道，依靠渗透和重力流来集取浅层地下水或地表渗透水。构造：水平集水管反滤层检查井导水管集水井第四节地表水取水工程一、影响地表水取水的主要因素：1取水河段的径流特征2河流的泥沙运动及河床演变3河床与岸坡的岩性和稳定性4河流的冰冻情况5河道中水工构筑物及天然障碍物研究冰冻过程对河流正常情况的影响，是正确考虑取水工程设施的重要因素。在选择取水口位置时，应避开水工构筑物和天然障碍物的影响范围，否则应采取必要的措施。二、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不同类型河段适宜的取水位置如下：①顺直河段取水点应选在主流靠近岸边、河床稳定、水深较大、流速较快的地段，通常也就是河流较窄处。②弯曲河段凹岸泥沙不易淤积，水质较好，且主流靠近河岸，是较好的取水地段。取水点应避开凹岸主流的顶冲点，在顶冲点下游15-20m。也可在凸岸偏上游处。③游荡型河段结合河床、地形、地质特点，将取水口布置在主流线密集的河段上。必要时需进行河道整治以保证取水河段的稳定性。④有边滩、沙洲的河段一般应将取水点设在上游距沙洲500m以远处。⑤有支流汇入的顺直河段取水口应离开支流入口处上下游有足够的距离，一般取水口多设在汇入口干流的上游河段上。（2）取水点应尽量设在水质较好的地段①供生活用水的取水构筑物应设在城市和工业企业的上游，距离污水排放口上游100m以远，并应建立卫生防护地带。②取水点应避开河流中的回流区和死水区，以减少水中泥沙、漂浮物进入和堵塞取水口。③在沿海地区受潮汐影响的河流上设置取水构筑物时，应考虑到海水对河水水质的影响。（3）取水点应设在具有稳定的河床及岸边，有良好的工程地质条件的地段，并有较好的地形及施工条件（4）取水点应尽量靠近主要用水区（5）取水点应避开水工构筑物和天然障碍物的影响（6）取水点应尽可能不受泥沙、漂浮物、冰凌、冰絮、支流和咸潮等影响（7）取水点的位置应与河流的综合利用相适应，不妨碍航运和排洪，并符合河道、湖泊、水库整治规划的要求；（8）供生活饮用水的地表水取水构筑物的位置，应位于城镇和工业企业上游的清洁河段。三、取水建筑物的类型（一）固定式取水建筑物是各种类型的地表水取水构筑物中应用广泛的一种。分类（依据：位置）：岸边式，河床式、斗槽式；（依据：结构）：合建式、分建式、直接吸水式主要缺点：当河水水位变化较大时，构筑物的高度需相应地增加，因而工程投资较高，水下工程量较大，施工期长，扩建困难。（二）、移动式取水建筑物在水流不稳定，河势复杂的河流上取水，修建固定式取水建筑物往往需要进行耗资巨大的河道整治工程，修建取水口会影响航运等。因此，在此条件下修建活动式取水建筑物。（三）、山区浅水河流取水建筑物适于山区上游河段；流量和水位变化幅度很大，枯水期的流量和水深很小，甚或局部地段断流四、岸边式取水构筑物直接从江河岸边渠水的构筑物。由进水间和泵房组成。适于江河岸边较陡，主流近岸，有足够水深，水质和地质条件好，水位变幅不大。按照集水井与泵房是否合建，分为合建和分建式。集水井：是取水设施，一般由进水间、格网和吸水间三部分组成，顶部设操作平台，安装格栅、格网、闸门等设备的起吊装置。进水间前壁设有进水孔，孔上设有格栅及闸门槽，格栅用来拦截水中粗大的漂浮物及鱼类等。进水间和吸水间用纵向隔墙分开，在分隔墙上可以设置平板格网，用以拦截水中细小的漂浮物。当采用旋转格网时，应在进水间和吸水间之间设置格网室。水流经过装有格栅的进水孔进入集水井的进水间，再经过格网进入吸水间，然后由水泵抽走。（1）合建式岸边取水构筑物合建式岸边取水构筑物将集水井和泵房合建在一起所示。其特点是布置紧凑，总建筑面积小，吸水管路短，运行安全，维护方便；但土建结构复杂，施工较困难。适用于河岸坡度较陡、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。在取水量大、安全性要求较高时，多采用此种型式。（2）分建式岸边取水构筑物当河岸处地质条件较差，以及集水井与泵房不宜合建，宜采用分建式岸边取水构筑物，由于将集水井和泵房分开建造，泵房可离开岸边，建于地质条件较好处，因此可使土建结构简单，易于施工；但吸水管较长，增加了水头损失，维护管理不太方便，运行安全性较差。河床式取水建筑物1、取水头部2、进水管3、集水井4、泵房a为合建式。b为分建式。五、河床式取水构筑物在河心设置进水孔，从河心取水的构筑物。适于河床稳定，河岸较平坦，枯水期主流离岸较远，岸边水深不够或水质不好，而河中又具有足够水深或较好水质。河床式取水构筑物，其取水设施包括取水头部、进水管和集水井和泵房。河水经取水头部上带有格栅的进水孔，沿进水管流入集水井的进水间，然后经格网进入集水井的吸水间，最后由水泵抽走。高位进水孔优点：（1）靠重力自流，工作可靠，（2）比单用自流管进水安全、可靠，可分层取水缺点：敷设自流管土方量大适用条件：河滩宽、河岸高、自流管埋深大或河岸为坚硬岩石及管道需穿越防洪堤。优点：（1）大大减少水下施工量和土石方量，（2）工期缩短，节约投资缺点（1）虹吸管必需做到严密、不漏气（2）需真空管路系统（3）启动时间长运行不方便适用条件：取水量小、河中漂浮物少、水位变幅不大优点：泵房埋深小不设集水井，施工简单造价低。缺点：1.施工质量高、不能漏气2.泥沙粒径大时磨损水泵快3.漂浮物易堵塞取水头部和水泵适用条件：取水量大、岸坡较缓、岸边不易建泵房、河道含沙量高，水位变幅大，河床地质条件较好缺点：基础埋设较深，施工复杂，造价高，维护管理不便，影响航运。六、移动式取水构筑物当修建固定式取水构筑物有困难时，可采用活动式取水构筑物。例如，在水流不稳定，河势复杂的河流上取水，修建固定式取水构筑物往往需要进行耗资巨大的河道整治工程，对于中小型水厂建设常带来困难。修建固定式取水口水下工程量大，施工困难，投资较高，而当地施工条件及资金不允许等都可以采用活动式取水构筑物。1、浮船式取水构筑物适用条件河流水位变幅在10—40m或更大，水位变化速度不大于2m／h，取水点有足够的水深，河道水流平稳、流速和风浪较小、停泊条件好，河床较稳定、岸坡有适当的倾角(20～60度)。优点：浮船式取水构筑物的特点是无水下工程、投资省、上马快，有较高的适应性缺点：船体受风浪影响大，操作管理不便，安全性差。2、缆车式取水构筑物