地表水取水构筑物ppt课件

第13章地表水取水构筑物 1 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 2 13 1江河特征与取水构筑物的关系 3 13 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 4 13 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 5 13 1 1江河的径流特征 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 设计水位和设计流量的推求 6 13 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 7 13 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 8 13 1 2泥沙运动与河床演变对取水构筑物的影响 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 9 13 1 2泥沙运动与河床演变对取水构筑物的影响 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 10 13 1 2泥沙运动与河床演变对取水构筑物的影响 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 11 13 1 2泥沙运动与河床演变对取水构筑物的影响 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 12 13 1 2泥沙运动与河床演变对取水构筑物的影响 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 13 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 14 13 2江河取水构筑物位置的选择 15 13 2江河取水构筑物位置的选择 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 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 16 13 2江河取水构筑物位置的选择 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 选择江河取水构筑物位置的基本要求 17 13 2江河取水构筑物位置的选择 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 18 13 2江河取水构筑物位置的选择 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 19 13 2江河取水构筑物位置的选择 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 20 13 2江河取水构筑物位置的选择 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 21 13 2江河取水构筑物位置的选择 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 22 13 2江河取水构筑物位置的选择 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 23 13 3江河固定式取水构筑物 24 概述 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 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 25 概述 斗槽式取水构筑物 固定式取水构筑物类型 岸边式取水构筑物 河床式取水构筑物 直接从江河岸边取水的构筑物 适用于岸边较陡 主流近岸 岸边有足够水深 水质和地质条件较好 水位变幅不大的情况 与岸边式基本相同 但进水管伸入江河中 当河床稳定 河岸较平坦 枯水期主流远离岸边 岸边水深不够或水质不好 而河中心具有足够的水深或水质较好 在岸边式或河床式取水构筑物之前 在河流岸边用堤坝围成或在岸内开挖形成进水斗槽 适用于取水量大 河流含沙量高 漂浮物较多 冰絮较严重且有适合地形的情况 26 13 3 1岸边式取水构筑物 直接从江河岸边取水的构筑物称为岸边式取水构筑物 岸边式取水构筑物由进水间和泵房两部分组成 岸边式取水构筑物适用于岸边较陡 主流近岸 岸边有足够水深 水质和地质条件较好 水位变幅不大的情况 按照进水间与泵房的合建与分建 岸边式取水构筑物的基本型式可分为合建式和分建式 岸边式取水构筑物 27 13 3 1岸边式取水构筑物 进水间与泵房合建在岸边 水经进水孔进入进水室 再经格网进入吸水室 然后由水泵抽送至水厂或用户 进水孔上的格栅用以拦截水中粗大的漂浮物 进水间中的格网用以拦截水中细小的漂浮物 合建式岸边取水构筑物基本形式 合建式的优点是布置紧凑 占地面积小 水泵吸水管路短 运行管理方便 但土建结构复杂 施工较困难 28 13 3 1岸边式取水构筑物 1 进水间 2 进水室 3 吸水室 4 进水孔 5 格栅 6 网格 7 泵房 8 阀门井 地基条件好 进水间和泵房的基础建在不同标高上 可以利用水泵吸水高度以减小泵房深度 有利于施工和降低造价 但启动时需要抽真空 地基条件差 水泵要求自灌式启动时 进水间和泵房的基础建在相同标高上 供水安全性高 但泵房较深 土建费用增加 通风及防潮条件差 29 13 3 1岸边式取水构筑物 1 进水间 2 泵房 3 立式泵 4 立式电动机 潜水泵取水 在水位变化较大的河流上 水中漂浮物不多 取水量不大时采用 潜水泵和潜水电机可以设在岸边进水间内 当岸坡地质条件好时亦可设在岸边斜坡上 这种取水方式结构简单 造价低 但水泵电机淹没在水下 故检修较困难 立式泵或轴流泵取水 将电机设在泵房上层 泵房面积小 泵房深度较低 泵房造价低 操作方便 通风条件较好 但安装较困难 检修不方便 30 13 3 1岸边式取水构筑物 分建式岸边取水构筑物基本形式 1 进水间 2 引桥 3 泵房 当岸边地质条件较差 进水间不宜与泵房合建时 或者分建对结构和施工有利时 宜采用分建式 分建式进水间设于岸边 泵房建于岸内地质条件较好的地点 但不宜距进水间太远 以免吸水管过长 分建式土建结构简单 施工较容易 但操作管理不便 吸水管路较长 增加了水头损失 运行安全性不如合建式 31 13 3 1岸边式取水构筑物 进水间由进水室和吸水室两部分组成 可与泵房分建或合建 分建时平面形状有圆形 矩形 椭圆形等 圆形结构 性能较好 水流阻力较小 便于沉井施工 但不便于布置设备 深度较大时宜采用圆形 矩形则相反 进水间深度不大 用大开槽施工时可采用矩形 椭圆形兼有两者优点 可用于大型取水 岸边式取水构筑物的构造和计算 进水间 32 13 3 1岸边式取水构筑物 进水间由纵向隔墙分为进水室和吸水室 在进水室和吸水室之间设有平板格网或旋转格网 进水室外壁上开有进水孔 进水孔一般为矩形 孔侧设有格栅 吸水室用于安装水泵吸水管 进水间常用横向隔墙分成几个能独立工作的分格 岸边分建式进水间的构造 进水间 进水孔 33 13 3 1岸边式取水构筑物 进水孔布置 河流水位变幅在6m以上时 一般设置两层进水孔 进水孔的高宽比 宜尽量配合格栅和闸门的标准尺寸 进水间上部的操作平台设有格栅 格网 闸门等设备的起吊装置和冲洗系统 进水间通常用横向隔墙分成几个能独立工作的分格 当分格数较少时 设连通管互相连通 分格数一般不少于两格 大型取水工程最好一台泵一个分格 吸水室用于安装水泵吸水管 其设计要求与泵房吸水井基本相同 吸水室的平面尺寸按水泵吸水管的直径 数量和布置要求确定 34 13 3 1岸边式取水构筑物 合建式进水间为非淹没式 分建式进水间既可是非淹没式 也可是半淹没式 非淹没式进水间的操作平台在设计洪水位时仍露出水面 操作管理方便 半淹没式进水间的操作平台当水位超过设计水位时被淹没 淹没期间格网无法清洗 积泥无法排除 只适用于高水位历时不长 泥沙及漂浮物不多的情况 投资较省 35 13 3 1岸边式取水构筑物 格栅设于进水口 或取水头部 的进水孔上 以拦截水中粗大的漂浮物及鱼类 格栅由金属框架和栅条组成 栅条断面有矩形 圆形 栅条厚度或直径一般采用10mm 净距通常采用30 120mm 栅条可以直接固定在进水孔上 也可放在进水孔外侧的导槽中 清洗和检修时便于拆卸 格栅面积 进水间附属设备 格栅 36 13 3 1岸边式取水构筑物 格网设在进水间内 用以拦截水中细小的漂浮物 格网分为旋转格网和平板格网两种 平板格网构造简单 所占位置小 可减小进水间尺寸 但冲洗麻烦 网眼不能太小 因而不能拦截较细小漂浮物 适用于中小取水量 漂浮物不多的情况 旋转格网构造复杂 所占面积大 但冲洗方便 拦污效果好 适用于水中漂浮物较多 取水量较大的取水构筑物 格网 37 13 3 1岸边式取水构筑物 平板格网由槽钢或角钢框架及金属网构成 金属格网一般设一层 面积较大时设两层 工作网和支撑网 金属网由铜丝 镀锌钢丝或不锈钢丝等耐腐蚀材料制成 平板格网放置在槽钢或钢轨制成的导槽或导轨内 格网冲洗 先用起吊设备放下备用网 然后提起工作网至操作平台 用196 490kPa的高压水通过穿孔管或喷嘴进行冲洗 可由标尺或水位继电器测量格网两侧水位差 据信号及时冲洗格网 平板格网面积 平板格网 38 13 3 1岸边式取水构筑物 布置方式有直流进水 网外进水和网内进水三种 水力条件好 水流分配均匀 水经过两次过滤 拦污效果较好 网上未冲净的污物有可能进入吸入室 直流进水 格网工作面积得到充分利用 滤网上未冲净的污物不会带入吸水室 容易清除和检查 水流方向与网面平行 水力条件较差 格网负荷不均匀 网外进水 网内进水 旋转格网 39 13 3 1岸边式取水构筑物 旋转格网是定型产品 它是连续冲洗的 其转动速度视河中漂浮物的多少而定 一般为2 4 6 0m min 可以是连续转动 也可以是间歇转动 旋转格网的冲洗 一般采用196 392kPa的压力水通过穿孔管或喷嘴来进行 冲洗后的污水沿排水槽排走 旋转格网面积 40 13 3 1岸边式取水构筑物 河水进入进水间后流速减小 会有泥沙沉积 需及时排除 常用排泥设备 排沙泵 排污泵 射流泵 压缩空气提升器等 排泥设备 启闭设备 在进水间的进水孔 格网和横向连通孔上都须设置闸阀 闸板等启闭设备 以便在进水间冲洗和设备检修时使用 常用的有平板闸门 滑阀及蝶阀等 41 13 3 1岸边式取水构筑物 常用的防冰措施 降低进水孔流速 利用电 热水或蒸汽加热格栅 在进水孔前引入废热水 在进水孔上游设置挡冰木排 利用渠道引水使水内冰在渠道上浮 防冰措施 防草措施 防止水草堵塞 可采用机械或水力方法及时清理格栅 在进水孔前设置挡草木排 在压力管中设置除草器等措施 起吊设备 在格网 格栅的清洗和检修及闸门的启闭和检修时使用 常用的起吊设备 电动卷扬机 电动和手动单轨吊车等 42 13 3 1岸边式取水构筑物 水泵选择包括水泵型号选择和水泵台数确定 水泵台数过多 将增大泵房面积和土建造价 水泵台数过少 不利于运行调度 一般采用3 4台 水泵型号应尽量相同 以便互为备用 当供水量或扬程变化较大时 可考虑大小水泵搭配 以利调节 选泵时应以近期水量为主 适当考虑远期发展 岸边式取水泵房的设计特点 水泵选择 43 13 3 1岸边式取水构筑物 泵房的平面形状 圆形 矩形 椭圆形 半圆形等 矩形便于布置水泵 管路和起吊设备 圆形受力条件好 当泵房深度较大时 土建费用较低 水泵机组 管路及附属设备布置 既要满足安装 操作 检修的方便 为远期发展留有余地 又要尽量减小泵房面积 减低造价 泵房布置 44 13 3 1岸边式取水构筑物 45 13 3 1岸边式取水构筑物 岸边式取水构筑物的泵房地面层 又称泵房顶层进口平台 的设计标高 应分别按下列情况确定 当泵房位于渠道边时 采用设计最高水位加0 5m 当泵房位于江河边时 采用设计最高水位加浪高再加0 5m 当泵房位于湖泊 水库或海边时 采用设计最高水位加浪高再加0 5m 并应设有防止风浪爬高的措施 泵房地面层的设计标高 46 13 3 1岸边式取水构筑物 起吊设备 用于机械设备的安装和检修 分为一级起吊和二级起吊 起吊设备有卷扬机 单轨吊车 桥式吊车 通风设施 用于电动机的散热 深度不大时采取自然通风 深度较大时可采用机械通风 为便于调度 泵房内应设置通讯 遥控等自动控制设施 当水泵启动时不能自灌时 应采用真空泵和水射器引水 地下式或半地下式取水泵房须设置集水沟和排水泵 及时排除漏水及渗水 泵房的起吊 通风 自控及附属设施 47 13 3 1岸边式取水构筑物 取水泵房的侧壁及底部 要求在水压作用下不产生渗漏 因此必须注意混凝土的级配及施工质量 取水泵房在岸边时 将会受到河水和地下水的浮力作用 因此在设计时必须考虑抗浮 自重抗浮 增加重物抗浮 将泵房底板扩大嵌固于岩石地基内抗浮 泵房底部打入锚桩与基岩锚固抗浮 泵房的防渗和抗浮 48 13 3 1岸边式取水构筑物 岸边式取水构筑物实例 0 5m 49 13 3 1岸边式取水构筑物 50 13 3 2河床式取水构筑物 利用伸入江河中心的进水管和固定在河床上的取水头部取水的构筑物 称为河床式取水构筑物 河床式取水构筑物 当河床稳定 河岸较平坦 枯水期主流远离岸边 岸边水深不够或水质不好 而河中心具有足够的水深或水质较好时 宜采用河床式取水构筑物 51 13 3 2河床式取水构筑物 河床式取水构筑物组成 进水管 集水间 取水头部 泵房 淹没型 瓶型 湿井型 框架型 52 13 3 2河床式取水构筑物 河床式取水构筑物的类型 自流管取水 虹吸管取水 水泵直接吸水 桥墩式取水 53 13 3 2河床式取水构筑物 自流管取水 自流管淹没在水中 河水靠重力通过自流管进入集水间 然后由水泵抽走 集水间可与泵房合建或分建 54 13 3 2河床式取水构筑物 在河流水位变幅较大 洪水期历时较长 水中含沙量较高时 可在集水间壁上开设进水孔 或设置高位自流管取上层含沙量较少的水 自流管取水工作可靠 但敷设自流管时开挖土石方量较大 适用于自流管埋深不大或河岸可以开挖敷设自流管时 55 13 3 2河床式取水构筑物 虹吸管取水 河水通过虹吸管进入集水井中 然后由水泵抽走 河水高于虹吸管顶时可自流进水 河水低于虹吸管顶时需抽真空 56 13 3 2河床式取水构筑物 虹吸管取水适用于河滩宽阔 河岸较高 且为坚硬岩石 埋设自流管需开挖大量土石方 或管道需要穿越防洪堤的情况 虹吸管取水可减少水下土石方量 缩短工期 节约投资 但对管材及施工质量要求较高 运行管理要求严格 需装置真空设备 工作可靠性不如自流管 57 13 3 2河床式取水构筑物 不设集水间 水泵吸水管直接伸入河中取水 可利用水泵吸水高度减小泵房深度 省去集水间 结构简单 施工方便 造价较低 水泵直接吸水 在不影响航运时 水泵吸水管可以架空敷设在桩架或支墩上 吸水头部被杂草 漂浮物堵塞时 可用水泵反冲洗 适用于水中漂浮物不多 吸水管不长的中小型取水泵房 58 13 3 2河床式取水构筑物 整个取水构筑物建在水中 在进水间的壁上设置进水孔 桥墩式取水构筑物建在河中 缩小了水流过水断面 容易造成附近河床冲刷 基础埋深大 水下工程量大 施工复杂 桥墩式取水 需要设置较长的引桥与岸边连接 影响航运 只适用于江河断面宽 含沙量高 取水量大 岸边平缓 岸边无条件建泵房的情况 59 13 3 2河床式取水构筑物 桥墩式取水 60 13 3 2河床式取水构筑物 河床式取水构筑物的构造 集水间与泵房 河床式取水的集水间与泵房和岸边式的进水间与泵房相似 有分建式和合建式两种 61 13 3 2河床式取水构筑物 喇叭管取水头部是将设有格栅的金属喇叭管用桩架或支墩固定在河床上 这种头部构造简单 造价较低 施工方便 适宜在中小取水量时采用 喇叭管的布置可以朝向下游 水平式 垂直向上和垂直向下布置 取水头部 喇叭管 蘑菇形 鱼形罩 箱式 斜板式 62 13 3 2河床式取水构筑物 蘑菇形取水头部是在向上的喇叭管上加金属帽盖 河水由帽盖底部流入 带入的泥沙及漂浮物较少 头部高度较大 要求设置在枯水期时仍有一定水深 适用于中小型取水构筑物 取水头部 喇叭管 蘑菇形 鱼形罩 箱式 斜板式 63 13 3 2河床式取水构筑物 鱼形罩取水头部是一个两端带有圆锥头部的圆筒 在圆筒表面和背水圆锥面上开设圆形进水孔 外形趋于流线型 进水面积大 进水孔流速小 水流阻力小 漂浮物难于吸附在罩上 可减轻水草堵塞 适宜于水泵直接从河中取水的情况 取水头部 喇叭管 蘑菇形 鱼形罩 箱式 斜板式 64 13 3 2河床式取水构筑物 箱式取水头部由周边开设进水孔的钢筋混凝土箱和设在箱内的喇叭管组成 进水孔总面积较大 能减少冰凌和泥沙进入量 适宜在冬季冰凌较多或含沙量不大 水深较小的河流上采用 中小型取水工程中用得较多 取水头部 喇叭管 蘑菇形 鱼形罩 箱式 斜板式 65 13 3 2河床式取水构筑物 斜板取水头部在取水头部安设斜板 河水经过斜板时 粗颗粒泥沙沉淀在斜板上 沿斜板滑落至河底 除沙效果好 适用于粗颗粒泥沙较多的河流 但要求河流具有足够的水深和流速 取水头部 喇叭管 蘑菇形 鱼形罩 箱式 斜板式 66 13 3 2河床式取水构筑物 取水头部应设在稳定河床的深槽主流 有足够的水深处 取水头部的设计计算 取水头部的位置 应尽量减少吸入泥沙和漂浮物 防止头部周围河床冲刷 避免船只和木排碰撞 防止冰凌堵塞和冲击 便于施工 便于清洗检修 取水头部的设计要求 67 13 3 2河床式取水构筑物 侧面进水孔下缘应高出河底不小于0 5m 顶部进水孔应高出河底1 0 1 5m以上 从湖泊 水库取水时 底层进水孔距水体底部高度不小于1 0m 顶部进水孔的上缘在设计最低水位以下0 5m 侧面进水孔时不小于0 3m 有冰凌时应从冰凌下缘算起 虹吸管和吸水管进水时 其上缘的淹没深度不小于1 0m 取水头部进水孔的淹没深度 68 13 3 2河床式取水构筑物 减少取水头部对水流的阻力 避免引起河床冲刷 取水头部的迎水面成流线形 头部长轴与水流方向一致 流线型对水流阻力最小 但不便于施工和布置设备 实际应用较少 棱形 长圆形的水流阻力较小 常用于箱式和墩式取水头部 圆形水流阻力虽较大 但能较好的适应水流方向的变化 且施工较方便 取水头部的外形 69 13 3 2河床式取水构筑物 进水孔流速可根据河中泥沙及漂浮物的数量 有无冰凌 取水点的水流速度 取水量的大小等确定 流速过大 易带入泥沙 杂草和冰凌 流速过小 会增大进水孔和取水头部尺寸 增加造价和水流阻力 一般有冰凌时取0 1 0 3m s 无冰凌时取0 2 0 6m s 进水孔流速和面积 70 13 3 2河床式取水构筑物 进水管有自流管 进水暗渠 虹吸管等 自流管一般采用钢管 铸铁管和钢筋混凝土管 虹吸管要求严密不漏气 宜采用钢管 但埋在地下的亦可采用铸铁管 进水暗渠一般用钢筋混凝土 进水管一般不应少于两条 以保证进水安全可靠性和便于清洗检修 当一条进水管停止工作时 其余进水管通过的流量应满足事故用水要求 进水管的设计计算 71 13 3 2河床式取水构筑物 进水管的管径应按正常供水时的设计水量和流速决定 管中流速不低于泥沙颗粒的不淤流速 以免泥沙沉积 流速不宜过大 以免水头损失过大 增加集水间和泵房深度 进水管管径 进水管流速一般不小于0 60m s 水量较大 含沙量较大 进水管短时 流速可适当增大 一条管线冲洗或检修时 管中流速允许达到1 5 2 0m s 进水管流速 72 13 3 2河床式取水构筑物 自流管一般埋设在河床下0 5 1 0m 如需敷设在河床上时 须用块石或支墩固定 自流管的坡度和坡向应视具体条件而定 可以坡向河心 坡向集水间或水平敷设 自流管设计 虹吸管的虹吸高度一般不大于4 6m 虹吸管末端至少应伸入集水井最低动水位以下1 0m 虹吸管应朝集水间方向上升 最小坡度为0 003 0 005 每条虹吸管宜设置单独的真空管路 以免互相影响 虹吸管设计 73 13 3 2河床式取水构筑物 74 13 3 3斗槽式取水构筑物 斗槽式取水构筑物 在岸边式或河床式取水构筑物之前 在河流岸边用堤坝围成 或在岸内开挖形成进水斗槽 水流进入斗槽后 流速减小 便于泥沙沉淀和水内冰上浮 可减少泥沙和冰凌进入进水孔 适用于取水量大 河流含沙量高 漂浮物较多 冰絮较严重且有适合地形的情况 斗槽式取水构筑物的位置应设在凹岸靠近主流的岸边处 以便利用水力冲洗沉积在斗槽内的泥沙 斗槽式取水构筑物施工量大 造价较高 排泥困难 并且要有良好的地质条件 采用较少 75 13 3 3斗槽式取水构筑物 顺流式斗槽水流方向与河流一致 斗槽中流速小于河水流速 一部分动能转化位能 在进口形成壅水和横向环流 进入斗槽的水流主要是河流表层水 适用于含泥沙多 冰凌不严重的河流 斗槽式取水构筑物的型式 顺流式 逆流式 双流式 76 13 3 3斗槽式取水构筑物 斗槽式取水构筑物的型式 顺流式 逆流式 双流式 逆流式斗槽水流方向与河流相反 河水在斗槽进口受到抽吸 形成水位跌落 产生横向环流 进入斗槽的水流主要是河流底层的水 适用于冰凌严重 而泥沙较少的河流 77 13 3 3斗槽式取水构筑物 双流式斗槽适用于河流含沙量和冰凌含量季节性变化的情况 当洪水季节含沙量大时 打开上游端闸门 顺流进水 当冬季冰凌严重时 打开下游端闸门 逆流进水 斗槽式取水构筑物的型式 顺流式 逆流式 双流式 78 13 3 4江河固定式取水构筑物的施工方法 固定式取水构筑物施工方法 在开挖的基槽中施工 适合于土质好 构筑物埋深不大 或有岩层 砾石层而不宜采用沉井施工的情况 用堤坝 围堰 将施工区域与水体隔开 将围堰内的水抽干后进行施工 施工技术和设备较简单 但土石方量较大 目前常用的围堰有土围堰 草土混合围堰 钢板桩围堰和橡胶坝活动围堰等 大开槽施工法 围堰施工法 沉井施工法 浮运下沉法 气压沉箱法 79 13 3 4江河固定式取水构筑物的施工方法 固定式取水构筑物施工方法 沉井为开口无底井筒 施工时在井内挖土 井筒在自重或外加荷重下克服四周土壤的摩阻力而下沉至设计标高 最后进行封底 适用于松散土质地层 预先在河滩上将构筑物装配好 并加以密封 然后移入水中 用船只浮运至安装地点 定位后灌水下沉至预先挖好的基槽中 不需大型起吊设备 施工较简单 但河水流速大时不易定位 大开槽施工法 围堰施工法 沉井施工法 浮运下沉法 气压沉箱法 80 13 3 4江河固定式取水构筑物的施工方法 固定式取水构筑物施工方法 将沉井构筑物下部切土挖土部分作成密闭的气压工作室 室内通以压缩空气 气压略大于室外水压 以阻止河水进入工作室内 在工作室内挖土使沉箱下沉 适宜在含有大的漂石 卵石或透水性很强的土层中采用 但需要一套特殊的施工设备和专门的技术工人 施工费用甚高 只在个别大型墩桥式取水头部或江内泵房施工时采用 大开槽施工法 围堰施工法 沉井施工法 浮运下沉法 气压沉箱法 81 13 4江河移动式取水构筑物 在水源水位变幅大 供水要求急和取水量不大时采用 82 13 4 1浮船式取水构筑物 优点 具有投资小 施工期短 见效快 水下工程量小 对水源水位变化适应性强 便于分期建设 浮船式取水构筑物的特点 缺点 维护管理复杂 易受水流 风浪 航运的影响 取水可靠性差 适用于水源水位变幅大且中小取水量的情况 多用于江河 水库和湖泊取水 83 13 4 1浮船式取水构筑物 河岸有适宜的坡度岸坡过于平缓 不仅联络管增长 而且移船不方便 容易搁浅 采用摇臂式连接时 岸坡宜陡些 设在水流平缓 风浪小的地方 以利于浮船的锚固和减小颠簸在水流湍急的河流上 浮船位置应避开急流和大回流区 并与航道保持一定距离 尽量避开河漫滩和浅滩地段 浮船取水位置选择 84 13 4 1浮船式取水构筑物 浮船与水泵布置 当允许间断供水或有足够容量的调节水池时 或者采用摇臂式连接的 可设置一只浮船 否则不宜少于两只 浮船的数目 浮船有木船 钢板船 钢丝网水泥船等 钢丝网水泥船造价较低 能节约钢材 使用年限长 维修简单 是一种较好的船体 但怕搁浅 碰撞和震动 浮船的类型 85 13 4 1浮船式取水构筑物 平底囤船形式 平面为矩形 断面为梯形或矩形 船宽多在5 6m左右 船长 船宽 2 1 3 1 吃水深0 5 1 0m 船体深1 2 1 5m 船首 船尾长2 3m 浮船的构造形式 86 13 4 1浮船式取水构筑物 水泵布置形式 平面布置形式 纵向排列 常见 横向排列 竖向布置形式 上承式和下承式 上承式的水泵机组安装在甲板上 设备安装和操作方便 船体结构简单 通风条件好 适用于各种船体 常采用 但船的重心较高 稳定性差 振动较大 下承式的水泵机组安装在船底骨架上 其优缺点与上承式相反 吸水管需穿过船舷 仅适用于锅板船 布置紧凑 操作检修方便 平衡与稳定 87 13 4 1浮船式取水构筑物 浮船的平衡与稳定 设备布置应使浮船在正常运转时接近平衡 可用平衡水箱或压舱重物来调整平衡 为保证操作安全 在移船和风浪作用时 浮船的最大横倾角以不超过7 8 为宜 浮船的稳定与船宽关系很大 为了防止沉船事故 应在船舱中设水密隔舱 88 13 4 1浮船式取水构筑物 柔性联络管连接 采用两端带有法兰接口的橡胶软管作联络管 管长6 8m 管径350mm以下 橡胶软管使用灵活 接口方便 承压不大于490kPa 使用寿命较短 适宜在水压和水量不大 刚性联络管连接 采用两端各有一个球形方向接头的焊接钢管作联络管 管长8 12m 管径350mm以下 钢管承压高 使用年限长 故采用较多 转动灵活 使用方便 转角为11 15 但制造较复杂 阶梯式连接的转角受限制 在水位涨落超过一定范围时 就需移船和换接头 操作较麻烦 并需短时停止取水 但船靠岸较近 连接比较方便 可在水位变幅较大的河流上采用 联络管和输水管 联络管 阶梯式连接 89 13 4 1浮船式取水构筑物 90 13 4 1浮船式取水构筑物 联络管 摇臂式连接 摇臂式连接由钢管和几个套筒旋转接头组成 水位涨落时 联络管可以围绕岸边支墩上的固定接头转动 摇臂式连接不需要拆换接头 不用经常移船 能适应河流水位的猛涨猛落 管理方便 不中断供水 因此采用较广泛 目前已用于水位变幅达20m的河流 但洪水时浮船离岸较远 上下交通不便 l个套筒接头只能在1个平面上转动 1根联络管上需要设置5个或7个套筒接头 才能适应浮船上下 左右摇摆运动 91 13 4 1浮船式取水构筑物 由7个套筒接头组成的摇臂式联络管 由5个套筒接头组成的摇臂式联络管 摇臂式连接的形式 92 13 4 1浮船式取水构筑物 输水管 输水管一般沿岸边敷设 阶梯式连接的输水管上每隔一定距离设置叉管 叉管之间垂直高差在1 5 2 0m左右 第一个叉管设在常年低水位处 然后按高差布置其余叉管 当有两条以上输水管时 各条输水管上的叉管在高程上应交错布置 以便浮船交错位移 浮船的锚固 浮船锚固方式 缆索和撑杆的岸边固定 船首尾抛锚的水中固定 93 13 4 2缆车式取水构筑物 缆车式取水构筑物的组成 94 13 4 2缆车式取水构筑物 缆车式取水构筑物 95 13 4 2缆车式取水构筑物 缆车式取水构筑物的特点 缆车式取水构筑物的优点与浮船取水构筑物基本相同 缆车移动比浮船方便 缆车受风浪影响小 比浮船稳定 缆车取水的水下工程量和基建投资比浮船取水大 宜在水位变幅较大 涨落速度不大 不超过2m h 无冰凌和漂浮物较少的河流上采用 缆车式取水构筑物的位置选择 应选择在河岸地质条件较好 有10 28 的岸坡处为宜 河岸太陡 则所需牵引设备过大 移车较困难 河岸平缓 则吸水管架太长 容易发生事故 96 13 4 2缆车式取水构筑物 缆车式取水构筑物的构造和计算 小型供水一般设置一部泵车 供水量较大 供水安全性要求较高时 泵车应不少于两部 每部泵车上不少于两台水泵 泵车上的水泵宜选用吸水高度不小于4m Q H特性曲线较陡的水泵 泵车布置要求 布置紧凑 操作检修方便 稳定 振动小 小型水泵机组宜采用平行布置 大中型机组宜采用垂直布置 车厢净高 2 5 3 0m 无起吊设备 4 0 4 5m 有起吊设备 泵车的下部车架为型钢组成的桁架结构 在主桁架的下节点处装有2 6对滚轮 泵车 97 13 4 2缆车式取水构筑物 泵车形式 平行布置 垂直布置 98 13 4 2缆车式取水构筑物 坡道的坡度 10 25 坡道的形式 斜坡式 地质条件较好 坡度适宜 和斜桥式 岸坡较陡或河岸地质条件较差 坡道的组成 坡道基础 钢轨 输水管 安全挂钩座 电缆沟 接管平台及人行道等 斜桥式坡道基础 整体式 框式挡土墙和钢筋混凝土框格式 坡道顶面应高出地面0 5m左右 以免积泥 钢轨 敷设在坡道基础上 吸水管直径小于300mm时 轨距采用1 5 2 5m 吸水管直径300 500mm时 轨距采用2 8 4 0m 坡道 99 13 4 2缆车式取水构筑物 输水管沿斜坡或斜桥敷设 通常一部泵车设置一根输水管 输水管上每隔一定距离设置叉管 正三通或斜三通 用于连接联络管 叉管的高差 一般采用1 2m 采用曲臂式联络管时 叉管高差可取2 4m左右 活动接头 设置在水泵出水管与叉管之间的联络管上 活动接头的类型 橡胶软管 球形万向接头 套筒旋转接头和曲臂式活动接头等 橡胶软管使用灵活 使用寿命较短 用于管径300mm以下 套筒接头由1 3个旋转套筒组成 装拆接口较方便 使用寿命较长 应用较广 输水管 100 13 4 2缆车式取水构筑物 牵引设备由绞车 卷扬机 及连接泵车和绞车的钢丝绳组成 绞车一般设置在洪水位以上岸边的绞车房内 牵引力在50kN以上时宜用电动绞车 牵引设备 安全装置 在绞车和泵车上都必须设置制动保险装置 以保证泵车运行安全 绞车制动装置 电磁铁刹车和手刹车 两者并用较安全 泵车在固定时 一般采用螺栓夹板式保险卡 小型泵车 或钢杆安全挂钩 大中型泵车 作为安全装置 泵车在移动时一般采用钢丝绳挂钩作为安全装置 101 13 5湖泊和水库取水构筑物 102 13 5 1湖泊和水库的水文 水质特征 湖泊 内陆低洼地区畜积着停止流动或慢流动而不与海洋直接联系的天然水体称为湖泊 湖泊 人类为了控制洪水或调节径流 在河流上筑坝 拦蓄河水而形成的水体为水库 也称人工湖泊 按其构造可分为湖泊式和水库式 从深度分 湖泊和水库分为深水型和浅水型 从水面形态分 湖泊和水库可分为宽阔型和窄条型 水库 103 13 5 1湖泊和水库的水文 水质特征 水位变化 储水量 湖泊 水库的储水量与下列因素有关 湖面 库区的降水量 入湖 入库 的地面 地下径流量 湖面 库区的蒸发量 出湖 出库 的地面和地下径流量 湖泊 水库的水位变化主要是由水量变化而引起 水位年变化规律基本上属于周期性变化 以雨水补给的湖泊 一般最高水位出现在夏秋季节 最低水位出现在冬末春初 104 13 5 1湖泊和水库的水文 水质特征 湖泊增减水 由于强风或气压骤变引起的漂流 使湖泊迎风岸水量积聚 水往上涨 背风岸水往下降 前者称增水 后者称减水 湖泊增减水现象导致湖面倾斜 倾斜的湖面反过来又阻滞着漂流作用 即补偿流 湖泊增减水引起湖泊水位变化 水位变幅的大小决定于风力的强弱 湖盆的形态 湖水的深度等 湖泊水位较深时 在水下形成与漂流方向相反的补偿流 补偿流的水量较大 则湖泊水位变化较小 湖泊水位较浅面积较大时 由于底部摩擦力的作用 补偿流的水量不足 水位变化大 由于湖泊增减水现象 在浅水滩大的湖湾向风岸 当冬季刮大风时 湖水浊度大大超过夏季暴雨时的湖水浊度 105 13 5 1湖泊和水库的水文 水质特征 湖泊水质 湖泊 水库是由河流 地下水 降雨时的地面径流作为补给水的 因此其水质与补给水来源的水质有密切关系 湖水水质化学变化具有生物作用 湖泊 水库中的浮游生物较多 多分布于水体上层10m深度以内的水域中 蓝藻分布于水的最上层 硅藻多分布于较深处 浮游生物的种类和数量 近岸处比湖中心多 浅水处比深水处多 无水草处比有水草处多 106 13 5 2取水构筑物位置选择 芦苇丛生处有机物丰富 水生物较多 水质较差 尤其是水底动物 如螺 蚌等 较多 而螺丝等软体动物吸着力强 若被吸入后将会产生严重的堵塞现象 取水构筑物位置选择要点 不要选择在湖岸芦苇丛生处附近 向风面的凹岸处有大量的浮游生物集聚并死亡 沉至湖底后腐烂 从而水质恶化 水的色度增加 且产生臭味 藻类被吸入到水厂后 会在沉淀池 特别是斜管沉淀池 和滤池的滤料内滋长 使滤料产生泥球 增大滤料阻力 不要选择在夏季主风向的向风面的凹岸处 107 13 5 2取水构筑物位置选择 在风浪的冲击和水流的冲刷下 湖岸 库岸常常会遭到破坏 甚至发生崩坍和滑坡 一般在岸坡坡度较小 岸高不大的基岩或植被完整的湖岸和库岸是比较稳定的地方 应选在靠近大坝附近或远离支流的汇入口 在靠近大坝附近或湖泊的流出口附近 水深较大 水的浊度也较小 也不易出现泥沙淤积现象 应建在稳定的湖岸或库岸处 108 13 5 3湖泊和水库取水构筑物的类型 隧洞式取水和引水明渠取水 岩塞爆破法示意 隧洞式取水构筑物可采用水下岩塞爆破法施工 在选定的取水隧洞的下游一端 先行挖掘修建引水隧洞 在接近湖底或库底的地方预留一定厚度的岩石 即岩塞 最后采用水下爆破的办法 一次炸掉预留岩塞 从而形成取水口 该法在国内外均获得采用 我国岳阳电厂从芭蕉湖取水 宣威电厂从钱电水库取水 鄂城钢铁厂从梁子湖取水 均采用引水明渠的取水方式 109 13 5 3湖泊和水库取水构筑物的类型 分层取水的取水构筑物 分层取水适宜于深水湖泊或水库 在不同季节 不同水深 深水湖泊或水库的水质相差较大 夏秋季节 表层水藻类较多 在秋末 漂浮生物死亡沉积于库底或湖底 因腐烂而使水质恶化发臭 在汛期 暴雨后的湖泊水库的浊度骤增 湖底库底泥沙含量高 可以很据不同水深的水质情况 取得低浊度 低色度 无嗅的水 110 13 5 3湖泊和水库取水构筑物的类型 自流管式取水构筑物 在浅水湖泊和水库取水 一般采用自流管或虹吸管把水引入岸边深挖的吸水井内 然后水泵的吸水管直接从吸水井内抽水 泵房与吸水井既可合建 也可分建 111 13 6山区浅水河流取水构筑物 112 13 6 1山区河流及其取水方式的特点 流量和水位变化幅度很大 水位猛涨猛落 但洪水持续时间不长 水质变化剧烈 河床常为砂 卵石或岩石组成 河床坡度陡 比降大 洪水期流速大 推移质多 粒径大 北方某些山区河流潜冰 水内冰 期较长 山区河流的特点 113 13 6 1山区河流及其取水方式的特点 由于山区河流枯水期流量很小 因此取水量所占比例往往很大 有时达70 90 以上 由于平枯水期水层浅薄 因此取水深度往往不足 需要修筑低坝抬高水位 或者采用底部进水等方式解决 由于洪水期推移质多 粒径大 因此修建取水沟筑物时 要考虑能将推移质顺利排除 不致造成淤塞或冲击 取水方式的特点 当山区河流取水深度不足 或者取水量占河流枯水量的百分比较大 30 50 以上 推移质不多时 可在河流上修筑低坝来抬高水位和拦截足够的水量 114 13 6 2低坝式取水 固定式低坝取水 1 溢流坝 低坝 2 冲沙堰 3进水闸 4 引水明渠 5 导流堤 6 护坦 固定式低坝取水枢纽由拦河低坝 冲砂间 进水闸或取水泵站等部分组成 低坝取水需考虑溢流坝的冲刷 上游水的渗透和排砂 30 60 底层水排砂 表层水 河床防渗 粘土层 砌石层 坝高1 2m 护坦 消能防冲刷 冲沙堰 115 13 6 2低坝式取水 活动式低坝取水 活动闸 平板闸门和弧形闸门橡胶坝 袋形 片形轻 施工安装方便 工期短 投资省 出水效果好 操作简便 抗震 坚固性耐久性差 易坏浮体闸 主闸板 上下副闸板 充排水系统投资少 管理方便 使用年限长 适用于推移质少的河流水力自动翻板闸 活动坝在洪水期可以开启 能减少上游淹没面积 便于冲走坝前沉积的泥砂 采用较多 但其维护管理较复杂 活动低坝的类型 116 13 6 2低坝式取水 橡胶坝 117 13 6 3底栏栅取水构筑物 底栏栅取水构筑物是通过坝顶带栏栅的引水廊道取水 用于水浅 大粒径推移质较多的山区河流 取水量较大 底栏栅取水构筑物 底栏栅取水构筑物拦河低坝 底栏栅 引水廊道 沉沙池 取水泵房 1 溢流坝 2 底栏姗 3 冲砂室 4 进水闸 5 第二冲砂室 6 沉砂池 7 排砂渠 8 防洪护坦 0 5 1 0m 118 13 7海水取水构筑物 119 13 7 1海水取水的特点 海水含盐量及腐蚀海生物的影响与防治潮汐和波浪泥砂淤积 海水取水的特点 120 13 7 2海水取水构筑物 海水取水构筑物 引水管渠取水 岸边式取水 潮汐式取水 121