1、取 水 工 程重慶大學城市建設與環境工程學院2013年10月31日水資源利用與保護水資源利用與保護重慶大學建筑設計研究院第第2章章 地表水取水工程地表水取水工程n主要內容主要內容2.1 江河特征與取水構筑物的關系江河特征與取水構筑物的關系2.2 江河取水構筑物位置的選擇江河取水構筑物位置的選擇2.3 江河固定式取水構筑物江河固定式取水構筑物2.4 江河移動式取水構筑物江河移動式取水構筑物 2.5 湖泊、水庫取水構筑物湖泊、水庫取水構筑物 2.6 山區淺水河流取水構筑物山區淺水河流取水構筑物 2.7 海水取水構筑物海水取水構筑物重慶大學建筑設計研究院2.1 江河特征與取水構筑物的關系江河特征與取

2、水構筑物的關系n2.1.1 河流概況河流概況n2.1.2 徑流特征徑流特征n2.1.3 河水運動河水運動o 2.1.4 泥沙運動泥沙運動o 2.1.5 河床演變河床演變o 2.1.6 漂浮物及冰凍運動漂浮物及冰凍運動重慶大學建筑設計研究院2.1.1 河流概況河流概況n河流分段：河流分段：需要明確的基本概念，可在教材與網絡上查閱！需要明確的基本概念，可在教材與網絡上查閱！u 河源：河流發源處，一般為溪澗、湖泊、沼澤、泉水等。河源：河流發源處，一般為溪澗、湖泊、沼澤、泉水等。u 上游：落差大、水流急、下切和侵蝕作用強，多激流險灘和瀑布。上游：落差大、水流急、下切和侵蝕作用強，多激流險灘和瀑布。u

3、中游：坡降變緩、下切力減緩、旁蝕力加強，兩岸有灘地，河床較穩定。中游：坡降變緩、下切力減緩、旁蝕力加強，兩岸有灘地，河床較穩定。u 下游：坡降平緩，流速緩慢，常有淺灘、沙洲，淤積作用明顯。下游：坡降平緩，流速緩慢，常有淺灘、沙洲，淤積作用明顯。u 河口：河流終點，注入海洋、湖泊或其它河流，或消失于沙漠之中（俗稱河口：河流終點，注入海洋、湖泊或其它河流，或消失于沙漠之中（俗稱瞎尾河）。瞎尾河）。p河流組成：河流組成：需要明確的基本概念，可在教材與網絡上查閱！需要明確的基本概念，可在教材與網絡上查閱！u 平面：直段，彎段（凹岸、凸岸）；邊灘、淺灘；深水線、主流線。平面：直段，彎段（凹岸、凸岸）；邊

4、灘、淺灘；深水線、主流線。u 縱斷面縱斷面：河床坡降、水面坡降。：河床坡降、水面坡降。u 橫斷面：河岸、河床、灘地。橫斷面：河岸、河床、灘地。重慶大學建筑設計研究院2.1.1.1 河流平面河流平面什么是深水線、主流線？什么是深水線、主流線？重慶大學建筑設計研究院2.1.1.2 縱斷面縱斷面枯水位：直段流速大，帶泥沙至彎段枯水位：直段流速大，帶泥沙至彎段洪水位：彎段流速大，帶泥沙至直段洪水位：彎段流速大，帶泥沙至直段重慶大學建筑設計研究院什么是深槽、淺槽？縱向坡降與比降？什么是深槽、淺槽？縱向坡降與比降？重慶大學建筑設計研究院2.1.1.3 橫斷面橫斷面重慶大學建筑設計研究院2.1.2 徑流特征

5、徑流特征需要掌握表征徑流特征的各個參數的概念與含義需要掌握表征徑流特征的各個參數的概念與含義n水位、流量特征水位、流量特征u周期性周期性u確定性和隨機性確定性和隨機性u區域性區域性p資料收集資料收集u內容：水位、水量、流速內容：水位、水量、流速u原則：一致性、代表性、獨立性、可靠性原則：一致性、代表性、獨立性、可靠性p水位、流量的推求水位、流量的推求u資料完整資料完整 u資料缺乏資料缺乏u無資料無資料重慶大學建筑設計研究院n一、縱向流動一、縱向流動2.1.3 河水運動河水運動重慶大學建筑設計研究院謝才公式介紹謝才公式介紹重慶大學建筑設計研究院曼寧公式曼寧公式重慶大學建筑設計研究院驗證環節驗證環

6、節-巴甫洛夫斯基公式巴甫洛夫斯基公式重慶大學建筑設計研究院二、環流流動二、環流流動三、紊流三、紊流引起橫向輸沙的原因引起橫向輸沙的原因重慶大學建筑設計研究院2.1.3.1 縱向流動縱向流動n水流軸線水流軸線n 河道水流的主體部分稱為主流或者元生流，包括主流線及主流帶。河道水流的主體部分稱為主流或者元生流，包括主流線及主流帶。n 洪水期，流量大，水深大，比降大，流速大，阻力系數變小，河床洪水期，流量大，水深大，比降大，流速大，阻力系數變小，河床對水流的制約力減小，水流慣性力處于支配地位；枯水期恰恰相反。對水流的制約力減小，水流慣性力處于支配地位；枯水期恰恰相反。n 上述作用導致同一河流不同季節的

7、主流位置和洲灘形態。上述作用導致同一河流不同季節的主流位置和洲灘形態。n洪水波洪水波n 概念：河流流域范圍降水后干擾原水面而形成的波動成為洪水波。概念：河流流域范圍降水后干擾原水面而形成的波動成為洪水波。波長波長波峰波峰重慶大學建筑設計研究院縱向流動縱向流動 天然河道中，深槽淺灘相天然河道中，深槽淺灘相間，河面寬窄不一，時有區間，河面寬窄不一，時有區間來水，洪水波的推移變形間來水，洪水波的推移變形運動相當復雜。運動相當復雜。重慶大學建筑設計研究院2.1.3.2 環流流動環流流動-水平軸環流水平軸環流重慶大學建筑設計研究院n 江河中的泥沙，按運動狀態可分為床沙、推移質和懸移質江河中的泥沙，按運動

8、狀態可分為床沙、推移質和懸移質三類。三類。n 1、床沙：河床表面靜止的泥砂。、床沙：河床表面靜止的泥砂。n 2、推移質、推移質u 概述：在水流的作用下，沿河床滾動、滑動或跳躍前進的泥沙、稱概述：在水流的作用下，沿河床滾動、滑動或跳躍前進的泥沙、稱為推移質（又稱底沙），運動范圍床面附近為為推移質（又稱底沙），運動范圍床面附近為2-3粒徑區域；這類泥沙一粒徑區域；這類泥沙一般粒徑較粗，通常占江河總合沙量的般粒徑較粗，通常占江河總合沙量的510。u 受力：正面推力、上舉力、脈動壓力、重力、摩擦力、粘結力。受力：正面推力、上舉力、脈動壓力、重力、摩擦力、粘結力。u 運動條件及形式：啟動流速、止動流速；

9、沙波運動運動條件及形式：啟動流速、止動流速；沙波運動 臨界粒徑臨界粒徑0.2mm，啟動流速最小；小于此，粘結力主導，大于此，重，啟動流速最??；小于此，粘結力主導，大于此，重力主導。力主導。u 輸沙率：輸沙率：kg/s2.1.4 泥沙運動泥沙運動重慶大學建筑設計研究院n 3、懸移質：懸浮在水中，隨水流前進的泥沙，稱為懸移質（也、懸移質：懸浮在水中，隨水流前進的泥沙，稱為懸移質（也稱懸沙）。這類泥沙一般顆粒較細。在沖積平原河流中約占總含沙量稱懸沙）。這類泥沙一般顆粒較細。在沖積平原河流中約占總含沙量的的9095。n 含沙量：單位體積河水內挾帶泥沙的重量，以含沙量：單位體積河水內挾帶泥沙的重量，以k

10、g/m3表示。表示。n 江河橫斷面上各點的水流脈動強度不同，含沙量的分布亦不均勻，江河橫斷面上各點的水流脈動強度不同，含沙量的分布亦不均勻，一般來說，越靠近河床含沙量越大，泥沙粒徑較粗；越靠近水面含沙一般來說，越靠近河床含沙量越大，泥沙粒徑較粗；越靠近水面含沙量越小，泥沙粒徑較細；河心的含沙量高于兩側。量越小，泥沙粒徑較細；河心的含沙量高于兩側。n 來源來源 ：雨雪水對地表的侵蝕；河流對河床及河岸的沖刷。：雨雪水對地表的侵蝕；河流對河床及河岸的沖刷。重慶大學建筑設計研究院2.1.5 河床演變河床演變n 概念：水流與河床相互作用，使河床形態不斷發生變化的過程，水流概念：水流與河床相互作用，使河床

11、形態不斷發生變化的過程，水流與河床的相互作用通過泥沙運動體現。與河床的相互作用通過泥沙運動體現。n 挾沙能力：水流能夠挾帶泥沙的飽和數量。水流條件改變時，挾沙能挾沙能力：水流能夠挾帶泥沙的飽和數量。水流條件改變時，挾沙能力也隨之改變。如果上游來沙量與本河段水流挾沙能力相適應，河床既不力也隨之改變。如果上游來沙量與本河段水流挾沙能力相適應，河床既不外刷，也不淤積，如果來沙量與本河段水流挾沙能力不相適應，河床將發外刷，也不淤積，如果來沙量與本河段水流挾沙能力不相適應，河床將發生沖刷或淤積。生沖刷或淤積。n 影響河床演變的主要因素：影響河床演變的主要因素：u 1、來水量：來水量大，河床沖刷，來水量小

12、，河床淤積；、來水量：來水量大，河床沖刷，來水量小，河床淤積；u 2、來沙量：來沙組成、來沙量大、沙粒粗，河床淤積，來沙量少、沙、來沙量：來沙組成、來沙量大、沙粒粗，河床淤積，來沙量少、沙粒細，河床沖刷；粒細，河床沖刷；u 3、水面比降：水面比降小，河床淤積；水面比降增大，河床沖刷；、水面比降：水面比降小，河床淤積；水面比降增大，河床沖刷；u 4、地質情況：疏松土質河床容易沖刷變形，堅硬巖石河床不易變形。、地質情況：疏松土質河床容易沖刷變形，堅硬巖石河床不易變形。重慶大學建筑設計研究院2.1.5.1 水流運動影響水流運動影響重慶大學建筑設計研究院2.1.5.2 什么是河床演變什么是河床演變n

13、分類一：河床變形可分為單向變形和往復變形兩種。單向變形是指分類一：河床變形可分為單向變形和往復變形兩種。單向變形是指在長時間內，河床緩慢地不間斷地沖則或不間斷地淤積，不出現外淤在長時間內，河床緩慢地不間斷地沖則或不間斷地淤積，不出現外淤交錯。往復變形是指河道周期性往復發展的演變現象。交錯。往復變形是指河道周期性往復發展的演變現象。n 分類二：河床變形也可分為縱向變形和橫向變形兩種?？v向變形是分類二：河床變形也可分為縱向變形和橫向變形兩種。縱向變形是河床沿縱深方向的變化，表現為河床縱剖面上的沖淤變化。橫向變形河床沿縱深方向的變化，表現為河床縱剖面上的沖淤變化。橫向變形是河床在與水流垂直的方向上，

14、向兩側的變化，表現為河岸的沖刷與是河床在與水流垂直的方向上，向兩側的變化，表現為河岸的沖刷與淤積，使河床平面位置發生擺動。淤積，使河床平面位置發生擺動。n 河床縱向變形由水流縱向輸沙不平衡引起，而縱向輸沙不平衡由來河床縱向變形由水流縱向輸沙不平衡引起，而縱向輸沙不平衡由來沙量隨時間變化和沿程變化、河流比降和河床寬度沿程變化導致。沙量隨時間變化和沿程變化、河流比降和河床寬度沿程變化導致。n 河床橫向變形由水流橫向輸沙不平衡引起，而橫向輸沙不平衡主要河床橫向變形由水流橫向輸沙不平衡引起，而橫向輸沙不平衡主要由環流造成。由環流造成。重慶大學建筑設計研究院2.1.5.3 平原河流的河床演變平原河流的河

15、床演變n順直微彎型順直微彎型 縱向和橫向變形縱向和橫向變形n縱向枯水期和豐水期重復變形縱向枯水期和豐水期重復變形n橫向沙灘的向下游位移橫向沙灘的向下游位移重慶大學建筑設計研究院n蜿蜒彎曲型河段蜿蜒彎曲型河段下荊江尺八口河灣下荊江尺八口河灣重慶大學建筑設計研究院n游蕩型河段游蕩型河段重慶大學建筑設計研究院n汊道型河段汊道型河段重慶大學建筑設計研究院2.1.6 漂浮物及冰凍影響漂浮物及冰凍影響n漂浮物漂浮物重慶大學建筑設計研究院2.2 取水構筑物設置的一般原則取水構筑物設置的一般原則n 意義：江河取水構筑物位置的選擇是否恰當，直接影響意義：江河取水構筑物位置的選擇是否恰當，直接影響取水的水質和水量

16、、取水的安全可靠性、投資、施工、運行取水的水質和水量、取水的安全可靠性、投資、施工、運行管理以及河流的綜合利用。管理以及河流的綜合利用。n 要求：深入現場調查研究，根據取水河段的水文、地形、要求：深入現場調查研究，根據取水河段的水文、地形、地質、衛生等條件，全面分析，綜合考慮，提出幾個可能的地質、衛生等條件，全面分析，綜合考慮，提出幾個可能的取水位置方案，進行技術經濟比較，從中選擇最優的方案。取水位置方案，進行技術經濟比較，從中選擇最優的方案。重慶大學建筑設計研究院位置選擇考慮因素位置選擇考慮因素n 具有穩定河床和河岸，靠近主流，有足夠的水深具有穩定河床和河岸，靠近主流，有足夠的水深u 彎曲河

17、段上，取水構筑物位置宜設在河流的凹岸；如果在凸岸的起彎曲河段上，取水構筑物位置宜設在河流的凹岸；如果在凸岸的起點，主流尚未偏離時，或在凸岸的起點或終點；主流雖已偏離，但離岸點，主流尚未偏離時，或在凸岸的起點或終點；主流雖已偏離，但離岸不遠有不淤積的深槽時，仍可設置取水構筑物。不遠有不淤積的深槽時，仍可設置取水構筑物。u 在順直河段上，取水構筑物位置宜設在河床穩定、深槽主流近岸處，在順直河段上，取水構筑物位置宜設在河床穩定、深槽主流近岸處，通常也就是河流較窄、流速較大，水較深的地點，在取水構筑物處的水通常也就是河流較窄、流速較大，水較深的地點，在取水構筑物處的水深一般要求不小于深一般要求不小于2

18、.53.0m。u 有邊灘、沙洲河段，注意其形成原因、形態和趨勢，不宜設置在可有邊灘、沙洲河段，注意其形成原因、形態和趨勢，不宜設置在可移動的邊灘、沙洲下游；一般設置在其上游不小于移動的邊灘、沙洲下游；一般設置在其上游不小于500m處合適地段。處合適地段。u 有支流匯入河段，由于干流、支流漲水的先后、幅度不同，容易在有支流匯入河段，由于干流、支流漲水的先后、幅度不同，容易在匯入口形成堆積錐，取水口應離開匯入口上下游足夠的距離，多設置在匯入口形成堆積錐，取水口應離開匯入口上下游足夠的距離，多設置在匯入口干流的上游河段上。匯入口干流的上游河段上。重慶大學建筑設計研究院位置選擇考慮因素位置選擇考慮因素

19、u 在游蕩性河段設置固定式取水口比較困難，必要時刻改變取在游蕩性河段設置固定式取水口比較困難，必要時刻改變取水構筑物型式或者對河道進行整治，保證取水河段的穩定性。水構筑物型式或者對河道進行整治，保證取水河段的穩定性。重慶大學建筑設計研究院位置選擇考慮因素位置選擇考慮因素n取水口宜設置在水質較好的地段取水口宜設置在水質較好的地段u 城市和工業企業的上游，避開污水排放口城市和工業企業的上游，避開污水排放口100m以上，并建立衛生防護帶。以上，并建立衛生防護帶。岸邊水質差時可伸入江心取水。岸邊水質差時可伸入江心取水。u 避開河流中的回水區和死水區，防止泥沙、漂浮物堵塞和淤積取水口。避開河流中的回水區和死水區，防止泥沙、漂浮物堵塞和淤積取水口。u 沿海地區受潮汐影響的取水口，應考慮海水對河水影響的措施。沿海地區受潮汐影響的取水口，應考慮海水對河水影響的措施。n具有良好的地質、地形及施工條件具有良好的地質、地形及施工條件u 取水構筑物應設在地質構造穩定、承載力高的地基上；取水構筑物應設在地質構造穩定、承載力高的地基上；u 取水構筑物不宜設在有寬廣河漫灘的地方，以免進水管過長；取水構筑物不宜設在有寬廣河漫灘的地方，以免進水管過長；u 選擇取水構筑物位置時，要盡量考慮到施工條件，除要求交通運輸方便，選擇取水