水资源利用与保护6取水工程

第六章取水工程取水工程是水资源利用与保护的重要组成部分。本章将就水源特征、取水点的布置原则、取水构筑物的类型、结构及取水量计算给予讨论。第六章取水工程第六章取水工程&1地表水资源供水特征与水源选择&2地表水取水工程&3地下水水源地选择&4地下水取水构筑物的类型和适用条件第六章取水工程6.1地表水资源供水特征与水源选择6.1.1地表水源的供水特征地表水作为供水水源，其特点主要表现为：（1）水量大，总溶解固体含量较低，硬度一般较小，适合于作为大型企业大量用水的供水水源；（2）时空分布不均，受季节影响大；（3）保护能力差，容易受污染；（4）泥沙和悬浮物含量较高，常需净化处理后才能使用；（5）取水条件及取水构筑物一般比较复杂。第六章取水工程6.1地表水资源供水特征与水源选择6.1.2水源地选择原则（1）水源选择前，必须进行水源的勘察必须先对水源进行详细勘察和可靠性综合评价。应确定可利用的水资源量，避免与工农业用水及环境用水发生矛盾；兴建水库作为水源时，应对水库汇水面积进行勘察，确定水库的蓄水量。第六章取水工程（2）水源的选用应通过技术经济比较后综合考虑确定水源选择必须在对各种水源进行全面分析研究，掌握其基本特征的基础上，综合考虑各方面因素，并经过技术经济比较后确定。作为生活饮用水的水源应符合《生活饮用水卫生标准》中关于水源的若干规定；国民经济各部门的其他用水，应满足其工艺要求。确定水源时，要统一规划，合理分配，综合利用。6.1地表水资源供水特征与水源选择6.1.2水源地选择原则第六章取水工程（3）用地表水作为城市供水水源时，其设计枯水流量的保证率，应根据城市规模和工业大用水户的重要性选定，一般可采用90％～97％。（4）地下水与地表水联合使用（5）确定水源、取水地点和取水量等，应取得水资源管理机构以及卫生防疫等有关部门的书面同意。对于水源卫生防护应积极取得环保等有关部门的支持配合。6.1地表水资源供水特征与水源选择6.1.2水源地选择原则第六章取水工程6.2地表水取水工程6.2.1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泥沙和漂浮物5河流的冰冻情况6河道中水工构筑物及天然障碍物取水河段的径流特征值（水位、流量、流速等）是确定取水构筑物设置位置、构筑物型式及结构尺寸的主要依据。第六章取水工程取水河段的径流特征值包括：（1）河流历年的最小流量和最低水位；（2）河流历年的最大流量和最高水位；（3）河流历年的月平均流量、月平均水位以及年平均流量和年平均水位；（4）河流历年春秋两季流冰期的最大、最小流量和最高、最低水位；（5）其他情况下，如潮汐、形成冰坝冰塞时的最高水位及相应流量；（6）上述相应情况下河流的最大、最小和平均水流速度及其在河流中的分布情况。6.2.1.1取水河段的径流特征第六章取水工程取水构筑物的设置与河床演变有着密切的关系，如果不了解河床演变的规律及河床变迁的趋势，往往会造成取水口和渠道的严重淤积，或河道变迁造成取水脱流，甚至导致取水工程报废。6.2.1.2河流的泥沙运动及河床演变第六章取水工程河流泥沙是指在河流中运动的以及组成河床的泥沙，所有在河流中运动及静止的粗细泥沙、大小石砾都称为河流泥沙。根据泥沙在水中的，运动状态，可将泥沙分为床沙、推移质及悬移质三类。（1）泥沙运动第六章取水工程床沙：组成河床表面的静止泥沙。推移质：推移质泥沙粒径较大，不能悬浮在水中，只能沿河床滑动、滚动及跳动前进，推移质运动具有明显的间歇性，运动时是推移质，静止时为床沙。悬移质：悬移质粒径较小，在紊动扩散作用下可以悬浮在水中，被水流挟带前进，远离床面，其运动速度与水流基本一致，维持泥沙悬浮的能量来自水流的紊动动能。第六章取水工程启动流速：静止的泥沙开始由静止的状态转变为运动的状态时的流速。泥沙的启动意味着河床冲刷的开始，在河渠设计中应使设计流速小于启动流速。止动流速：当水流速度逐渐减小到泥沙的启动流速时，河床上运动着泥沙并不静止下来。当流速继续减小到某个值时，才停止运动。不淤流速参照相应颗粒的止动流速。启动流速一般为止动流速的1.2-1.4倍。第六章取水工程河床演变：河流的挟沙能力不断变化，在各个时期和河流的不断地点产生冲刷和淤积，从而引起河床形状的变化。河床演变是水流和河床相互作用的结果。河流中水流的运动包括纵向水流运动和环流运动。纵向水流运动：水流在重力作用下不断向下游流动；使河床沿纵深方向不断变化。环流运动：由于受到惯性离心力、机械摩擦力等作用，产生的各种各样的环流运动。产生横向输沙不平衡。凹岸受冲刷，凸岸产生淤积。（2）河床演变第六章取水工程影响河床演变的主要因素：河段的来水量及其变化河段的来沙量、来沙组成及其变化河段的水面坡降河床地质情况水土保持和水工建筑物的修建第六章取水工程①纵向变形在纵的方向上（主流运行方向上）由于输沙不平衡发生冲刷或淤积而引起的河床沿纵深方向的变化。②横向变形河床在与主流向垂直的方向上的变化，表现为河岸的冲刷或淤积，使河床平面位置发生摆动。③单向变形长时间内河床缓慢地朝一个方向冲刷或淤积，不出现冲淤交错。Eg：黄河下游多年来一直不断淤积，抬高成为“悬河”。④往复变形河道周期性往复发展的演变现象。Eg：洪水期河床冲刷，枯水期河床淤积，冲、淤交替进行。河床演变一般表现为：第六章取水工程悬河第六章取水工程①顺直型河段在平面上基本保持顺直或略有弯曲的河段。②弯曲型河段河段河道蜿蜒曲折，由一系列弯曲段和直段连接而成。③游荡型河段游荡型的河段内汊道众多，洲滩星罗棋布，水流散乱。④汊道型河段在较大的河流中常常有汊道型河段。河段类型：第六章取水工程第六章取水工程6.2.1.3河床与岸坡的岩性和稳定性河床与岸坡稳定性对取水构筑物的位置选择有重要的影响。坚硬的岩石河床不易被冲刷，而平原上的河段，抗冲刷能力差。不稳定的河段，一方面河流水力冲刷会引起河岸崩塌，导致取水构筑物倾覆和沿岸滑坡，另一方面，还可能出现河道淤塞、堵塞取水口等现象。取水构筑物的位置应选在河岸稳定、岩石露头、未风化的基岩上或地质条件较好的河床处。第六章取水工程对取水工程的安全和水质有很大影响。泥沙和水草堵塞取水头部，严重影响取水，甚至造成停水事故。了解漂浮物的种类、数量和分布。6.2.1.4泥沙和漂浮物第六章取水工程为正确考虑取水工程设施情况，研究冰冻过程对河流正常情况的影响，需了解下列冰情资料：①每年冬季流冰期出现和延续的时间，水内冰、底冰的组成、大小、粘结性、上浮速度及其在河流中的分布，流冰期气温及河水温度变化情况；②每年河流的封冻时间、封冻情况、冰层厚度及其在河段上的分布情况；③每年春季流冰期出现和延续的时间，流冰在河流中的分布运动情况，最大冰块面积、厚度及运动情况；④其他特殊冰情。6.2.1.5河流的冰冻情况秋季流冰期、封冻期、春季流冰期第六章取水工程引起河流水力条件的变化，造成河床冲积、冲刷、变形，并影响水质。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。已建和拟建构筑物都应分析其影响。6.2.1.6河道中水工构筑物及天然障碍物第六章取水工程开发利用河水资源时，取水地点的选择是否恰当，直接影响取水的水质、水量、安全可靠性及工程的投资、施工、管理等。需要根据取水河段的水文、地形、地质及卫生防护、河流规划和综合利用等条件全面分析，综合考虑。地表水取水构筑物位置的选择，应根据下列8项基本要求，通过技术经济比较确定。6.2.2地表水取水位置的选择第六章取水工程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。水深不小于2.5-3.0m。②弯曲河段凹岸泥沙不易淤积，水质较好，较好的取水地段。但取水点应避开凹岸主流的顶冲点，且需要护岸工程。（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第六章取水工程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。④有边滩、沙洲的河段一般应将取水点设在上游距沙洲500m以上处。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。第六章取水工程第六章取水工程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以上或下游1000m以上，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。（2）取水点应尽量设在水质较好的地段第六章取水工程（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）取水点应避开人工构筑物和天然障碍物的影响桥梁、丁坝、码头、拦河闸坝、陡崖、石嘴第六章取水工程（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。第六章取水工程在地表水取水构筑物的设计中，应遵守以下原则：(1)从江河取水的大型取水构筑物，在下列情况下应在设计前进行水工模型试验。①当大型取水构筑物的取水量占河道最枯流量的比例较大时；②由于河道及水文条件复杂，需采取复杂的河道整治措施时；③设置壅水构筑物的情况复杂时；④拟建的取水构筑物对河道会产生影响，需采取相应的有效措施时。6.2.3地表水取水构筑物设计的一般原则第六章取水工程(2)城市供水水源的设计枯水流量保证率一般可采用90％～97％，设计枯水位的保证率一般可采用90％～99％。(3)取水构筑物应根据水源情况，采取防止下列情况发生的相应保护措施：①漂浮物、泥沙、冰凌、冰絮和水生生物的阻塞；②洪水冲刷、淤积、冰冻层挤压和雷击的破坏；③冰凌、木筏和船只的撞击。第六章取水工程(4)江河取水构筑物的防洪标准不应低于城市防洪标准，其设计洪水重现期不得低于100年。(5)取水构筑物的冲刷深度应通过调查与计算确定，并应考虑汛期高含沙水流对河床的局部冲刷和“揭底”问题。大型重要工程应进行水工模型试验。第六章取水工程(6)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。(7)在黄河下游淤积河段设置的取水构筑物，应预留设计使用年限内的总淤积高度，并考虑淤积引起的水位变化。（8）在黄河河道上设置取水构筑物时，要征得河务及有关部门同意。第六章取水工程地表水取水构筑物的型式应适应特定的河流水文、地形及地质条件，同时应考虑到取水构筑物的施工条件和技术要求。地表水取水构筑物按构造型式可分为固定式取水构筑物、活动式取水构筑物和山区浅水河流取水构筑物三大类。6.2.4地表水取水构筑物分类及设置原则6.2.4.1地表水取水构筑物的分类第六章取水工程（1）按照取水点的位置可分为岸边式、河床式和斗槽式；（2）按照结构类型可分为合建式和分建式；（3）按照进水管的型式可分为自流管式、虹吸管式、水泵直接吸水式、桥墩式；（4）按照取水泵型及泵房的结构特点可分为干式、湿式泵房和淹没式、非淹没式泵房；（5）按照斗槽的类型可分为顺流式、逆流式、侧坝进水逆流式和双向式。1．固定式取水构筑物第六章取水工程活动式取水构筑物可分为缆车式和浮船式。缆车式按坡道种类可分为斜坡式和斜桥式。浮船式按水泵安装位置可分为上承式和下承式；按接头连接方式可分为阶梯式连接和摇臂式连接。2．活动式取水构筑物第六章取水工程山区浅水河流取水构筑物包括底栏栅式和低坝式。低坝式可分为固定低坝式和活动低坝式（橡胶坝、浮体闸等）。3．山区浅水河流取水构筑物第六章取水工程构造型式取水点的位置结构类型进水管的型式取水泵型及泵房斗槽的类型坡道种类接头连接第六章取水工程固定式取水构筑物：不经过筑坝拦蓄河水、而在岸边或河床上直接修建的固定的取水设施。是应用最广泛的一种。优点：取水安全可靠、维修管理方便、适应范围较广主要缺点：当河水水位变化较大时，构筑物