13-地表水取水构筑物

第13章地表水取水构筑物宫建龙安徽工程大学环境工程教研室WaterPollutionControlEngineering2020/3/312概述按水源种类：河流取水构筑物湖泊取水构筑物水库取水构筑物海水取水构筑物按取水构筑物的构造形式：固定式取水构筑物：岸边式、河床式、斗槽式；活动式取水构筑物：浮船式、缆车式。在山区河流上，低坝式和低栏栅式取水构筑物。地表水取水构筑物的类型WaterPollutionControlEngineering2020/3/31313.1江河特征与取水构筑物的关系WaterPollutionControlEngineering2020/3/31413.1.1江河的径流特征江河径流特征主要是指水位、流量和流速等因素的变化特征。水位资料：河段历年最高水位和最低水位、逐月平均水位和常年水位；流量资料：河段历年最大流量和最小流量；流速资料：河段取水点历年的最大流速、最小流速速、平均流速。设计取水构筑物时应收集的有关资料江河径流特征WaterPollutionControlEngineering2020/3/31513.1.1江河的径流特征地表水取水构筑物的设计最高水位的设计频率，一般按百年一遇(即1％)确定。设计枯水位和设计枯水流量的保证率，应根据水源情况和供水重要性选定。当地表水作为城镇供水水源时，其设计枯水位和设计枯水流量的保证率，一般可采用90％~97％。当地表水作为工业企业供水水源时，其设计枯水流量的保证率应技行有关部门的规定选取。确定设计水位和水量的原则WaterPollutionControlEngineering2020/3/316有实测资料时水位与流量的推求当取水构筑物附近有实测水位和流量资料时，一般采用频率分析法计算洪、枯水位或流量。缺乏资料时水位与流量的推求借助于有较长资料的水文站作为“参证站”，把选定为频率计算的水文站作为“设计站”，建立两站的相关关系，从而可以把设计站的资料系列延长。这种相关分析法，可以采用相关图解法或相关计算。无资料时水位与流量的推求设计水位和设计流量可通过上游或下游的参证站间接推求。目前常用的方法有：移用参证站的计算成果的水文比拟法和地理插值法。13.1.1江河的径流特征设计水位和设计流量的推求WaterPollutionControlEngineering2020/3/31713.1.2泥沙运动与河床演变对取水构筑物的影响泥沙运动在水流的作用下，沿河床滚动、滑动或跳跃前进的泥沙称为推移质(又称底沙)；这类泥沙一般粒径较粗，通常占江河总挟沙量的5%~10%。推移质悬浮在水中，随水流前进的泥沙称为悬移质(也称悬沙)。这类泥沙一般颗粒较细。在冲积平原河流中约占总挟沙量的90%~95%。悬移质两类泥沙既有区别又有联系。同一组成泥沙,在较缓水流作用下,表现为推移质;在较强水流作用下,表现为悬移质。WaterPollutionControlEngineering2020/3/31813.1.2泥沙运动与河床演变对取水构筑物的影响起动流速：在一定的水流作用下，静止的泥沙由静止状态转变为运动状态这时的水流速度称为起动流速。止动流速：当河水流速逐渐减小泥沙静止下来的数值称为泥沙的止动流速。泥沙的止动流速为起动流速0.71。在用自流管或虹吸管取水时，为避免水中的泥沙在管中沉积，设计流速应不低于不淤流速。不同颗粒的不淤流速可以参照其相应颗粒的止动流速。推移质运动WaterPollutionControlEngineering2020/3/319悬移质在水中一方面受重力作用而下沉，另一方面受水流垂直向上的紊动作用而上浮，两者共同作用使悬移质在水中浮游前进。单个沙粒的运动轨迹很不规则，时而接近水面，时而接近河底。含沙量：单位体积河水内挟带泥沙的重量，以kg/m3表示。江河横断面上各点的水流脉动强度不同，含沙量的分布亦不均匀：越靠近河床含沙量越大，泥沙粒径较粗；越靠近水面含沙量越小，泥沙粒径较细；河心的含沙量高于两侧。悬移质运动13.1.2泥沙运动与河床演变对取水构筑物的影响WaterPollutionControlEngineering2020/3/3110河床演变：水流与河床相互作用，使河床形态不断发生变化的过程称河床演变。水流与河床的相互作用通过泥沙运动体现。挟沙能力：水流能够挟带泥沙的饱和数量。水流条件改变时，挟沙能力也随之改变。如果上游来沙量与本河段水流挟沙能力相适应，河床既不外刷，也不淤积。如果来沙量与本河段水流挟沙能力不相适应，河床将发生冲刷或淤积。河床演变13.1.2泥沙运动与河床演变对取水构筑物的影响WaterPollutionControlEngineering2020/3/3111河段的来水量来水量大，河床冲刷；来水量小，河床淤积。河段的来沙量、来沙组成来沙量大、沙粒粗，河床淤积；来沙量少、沙粒细，河床冲刷。河段的水面比降水面比降小，河床淤积；水面比降增大，河床冲刷。河床地质情况疏松土质河床容易冲刷变形，坚硬岩石河床不易变形。影响河床演变的主要因素13.1.2泥沙运动与河床演变对取水构筑物的影响WaterPollutionControlEngineering2020/3/3112河床单向变形：指在长时间内，河床缓慢地不间断地冲刷或淤积，不出现冲淤交错。河床往复变形：指河道周期性往复发展的演变现象。河床纵向变形：河床沿纵深方向的变化，表现为河床纵剖面上的冲淤变化。纵向变形由水流纵向输沙不平衡所引起。纵向输沙不平衡是由来沙量随时间变化和沿程变化，河流比降和河谷宽度的沿线变化及拦河坝等的兴建所造成。河床变形13.1.2泥沙运动与河床演变对取水构筑物的影响WaterPollutionControlEngineering2020/3/3113横向变形：河床在与水流垂直的方向上，向两侧的变化，表现为河岸的冲刷与淤积，使河床平面位置发生摆动。河流横向变化是由横向输沙不平衡引起的。造成横向输沙不平衡主要是由于环流，其中最常见的是弯曲河段的横向环流。水流绕过河道中的各种沙滩或障碍物时，也能形成环流。13.1.2泥沙运动与河床演变对取水构筑物的影响WaterPollutionControlEngineering2020/3/311413.1.2泥沙运动与河床演变对取水构筑物的影响江河中泥沙、漂浮物及冰冻情况对取水构筑物的影响泥沙，水草，冰块等堵塞取水口。在设计取水构筑物时，必须了解江河的最高、最低和平均含沙量，泥沙颗粒的组成及分布规律，漂浮物的种类、数量和分布，以便采取有效的防沙防草措施。一般河水中的漂浮物，如树枝、木块、水草、芦苇等以每年汛期为最多。我国北方大多数河流在冬季均有冰冻现象，特别是水内冰、流冰和冰坝等，对取水的安全有很大影响。WaterPollutionControlEngineering2020/3/311513.2江河取水构筑物位置的选择WaterPollutionControlEngineering2020/3/3116深入现场，调查研究，全面掌握河流的特性。根据取水河段的水文、地形、地质、卫生等条件，全面分析，综合考虑，提出几个可能的取水位置方案。进行技术经济比较，从中选择最优的方案。13.2江河取水构筑物位置的选择江河取水构筑物位置的选择是否恰当，直接影响取水的水质和水量、取水的安全可靠性、投资、施工、运行管理以及河流的综合利用。正确选择江河取水构筑物位置的方法原则WaterPollutionControlEngineering2020/3/3117取水构筑物宜位于城镇和工业企业上游的清洁河段，在污水排放口的上游100~150m以上，以避免污染。取水构筑物应避开河流中的回流区和死水区，以减少进水中的泥沙和漂浮物。在沿海地区应考虑到咸潮的影响，尽量避免吸入咸水。污水灌溉农田、农作物施加杀虫剂等都可能污染水源，也应予以注意。设在水质较好地点13.2江河取水构筑物位置的选择选择江河取水构筑物位置的基本要求WaterPollutionControlEngineering2020/3/3118在弯曲河段上，取水构筑物位置宜设在河流的凹岸。在凸岸的起点，主流尚未偏离时，也可设置取水构筑物在凸岸的起点或终点，主流虽已偏离，但离岸不远有不淤积的深槽时，也可设置取水构筑物。在顺直河段上，取水构筑物位置宜设在河床稳定、深槽主流近岸处。通常是河流较窄、流速较大，水较深的地点，在取水构筑物处的水深一般要求不小于2.5~3.0m。具有稳定河床和河岸，靠近主流，有足够的水深13.2江河取水构筑物位置的选择WaterPollutionControlEngineering2020/3/3119地质条件。取水构筑物应设在地质构造稳定、承载力高的地基上。地形条件。取水构筑物不宜设在有宽广河漫滩的地方，以免进水管过长。施工条件。交通运输方便，有足够的施工场地，尽量减少土石方量和水下工程量，以节省投资，缩短工期。具有良好的地质、地形及施工条件13.2江河取水构筑物位置的选择WaterPollutionControlEngineering2020/3/3120取水构筑物位置选择应与工业布局和城市规划相适应，全面考虑整个给水系统的合理布置。在保证取水安全的前提下，取水构筑物应尽可能靠近主要用水地区，以缩短输水管线的长度，减少输水管的投资和输水电费。输水管的敷设应尽量减少穿过天然或人工障碍物。靠近主要用水地区13.2江河取水构筑物位置的选择WaterPollutionControlEngineering2020/3/3121取水构筑物应避开桥前水流滞缓段和桥后冲刷、落淤段，一般设在桥前0.5~1.0km或桥后1.0km以外。取水构筑物与丁坝同岸时，应设在丁坝上游，与坝前浅滩起点相距一定距离处，也可设在丁坝的对岸。拦河坝上游流速减缓，泥沙易于淤积，应注意河床淤高的影响。闸坝泄洪或排沙时，下游产生冲刷泥沙增多，取水构筑物宜设在其影响范围以外的地段。注意人工构筑物或天然障碍物13.2江河取水构筑物位置的选择WaterPollutionControlEngineering2020/3/3122取水构筑物应设在水内冰较少和不受流冰冲击的地点，不宜设在易于产生水内冰的急流、冰穴、冰洞及支流出口的下游。尽量避免将取水构筑物设在流冰易于堆积的浅滩、沙洲、回流区和桥孔的上游附近。在水内冰较多的河段，取水构筑物不宜设在冰水混杂地段，而宜设在冰水分层地段，以便从冰层下取水。避免冰凌的影响13.2江河取水构筑物位置的选择WaterPollutionControlEngineering2020/3/3123选择取水构筑物位置时，应结合河流的综合利用，如航运、灌溉、排洪、水力发电等，全面考虑，统筹安排。在通航河流上设置取水构筑物时，应不影响航船通行，必要时应按照航道部门的要求设置航标；应注意了解河流上下游近远期内拟建的各种水工构筑物和整治规划对取水构筑物可能产生的影响。与河流的综合利用相适应13.2江河取水构筑物位置的选择WaterPollutionControlEngineering2020/3/312413.3江河固定式取水构筑物WaterPollutionControlEngineering2020/3/3125固定式取水构筑物与活动式取水构筑物相比具有取水可靠，维护管理简单，适应范围广等优点，但投资较大，水下工程量较大，施工期长，在水源水位变幅较大时尤其突出。概述固定式取水构筑物的特点固定式取水构筑物设计时应考虑远期发展的需要,土建工程一般按远期设计一次建成,水泵机组设备可分期安装。固定式取水构筑物适用于各种取水量和各种地表水源。WaterPollutionControlEngineering2020/3/3126概述斗槽式取水构筑物固定式取水构筑物类型岸边式取水构