江河特征及取水构筑物选择和设计

2023-08-30 理论教育版权反馈

【摘要】：取水构筑物的设计最高水位应按百年一遇频率确定。在通航河道上，取水构筑物应根据航运部门的要求设置标志。从江河取水的大型取水构筑物，当河道及水文条件复杂，或取水量占河道的最枯流量比例较大时，在设计前应进行水工模型试验。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。水库取水构筑物的防洪标准应与水库大坝等主要建筑物的防洪标准相同，并应采用设计和校核两级标准。

1.江河特征

地表水取水构筑物的形式，应根据取水量和水质要求，结合河床地形及地质、河床冲淤、水深及水位变幅、泥沙及漂浮物、冰情和航运等因素以及施工条件，在保证安全可靠的前提下，通过技术经济比较确定。地表水水源多数是江河，因此应首先了解江河的径流变化、泥沙运动、河床演变、漂浮物和冰冻情况等特征。

（1）江河的径流特征江河的水位、流量和流速等是江河径流的重要特征，径流变化规律是取水构筑物设计的重要依据，在设计取水构筑物时，应注意收集以下有关河段的水位、流量和流速的资料：

1）河段历年的最高水位和最低水位、逐月平均水位和常年水位。

2）河段历年的最大流量和最小流量。

3）河段取水点历年的最大流速、最小流速和平均流速。

取水构筑物的设计最高水位应按百年一遇频率确定。设计枯水位的保证率应根据水源情况和供水重要性选定，一般可采用90%～99%。

（2）泥沙运动与河床演变江河中运动着的泥沙，主要来源于雨、雪水对地表土壤的冲蚀，其次是水流对河床和河岸的冲刷。江河夹带泥沙的多少与流域特征、地面径流以及人类活动等因素有关。江河中的泥沙，按其运动状态，可分为推移质和悬移质两大类。在水流的作用下，沿河底滚动、滑动或跳跃前进的泥沙，称为推移质，一般粒径较粗，通常只占河流总夹沙量的5%～10%；悬浮于水中，随水流前进的泥沙，称为悬移质，一般粒径较细，在冲积平原江河中，占总夹沙量的90%～95%。就同一泥沙组成而言，在较缓水流作用下可表现为推移质；在较强水流作用下也可以表现为悬移质。对于推移质运动，与取水最为密切的问题是泥沙的启动和沙波运动。

任何一条河，其河床形态都在不断地发生变化，这种河床形态的变化即为河床演变。河床演变是水流与河床相互作用的结果，而这种相互作用是通过泥沙运动来体现的。一定的水流条件具有一定的夹沙能力，水流条件改变时，夹沙能力也随之改变。如果上游夹沙量与本段水流夹沙能力相适应，则水流处于输沙平衡状态，河床既不冲刷，也不淤积。相反，如果来沙量与水流夹沙能力不平衡，则水流处于输沙不平衡状态，河床将发生冲刷或淤积。因此，水流输沙的不平衡是河床演变的根本原因。

取水构筑物设计不应影响河床稳定性。取水构筑物在河床上的布置及其形状的选择，应考虑取水工程建成后不致因水流情况的改变而影响河床的稳定性。

（3）漂浮物和冰冻在泥沙及水草较多的江河上设置取水构筑物时，常常由于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。同样北方地区冬季的冰冻现象，特别是水内冰、流冰和冰坝等对取水的安全有很大影响。因此取水构筑物设计时，应根据水源情况采取相应保护措施，防止发生以下情况：

1）漂浮物、泥沙、冰凌、冰絮和水生物的阻塞。

2）洪水冲刷、淤积、冰盖层挤压和雷击的破坏。

3）冰凌、木筏和船只的撞击。在通航河道上，取水构筑物应根据航运部门的要求设置标志。

2.地表水取水构筑物选择和设计

（1）江河取水构筑物位置的选择地表水取水构筑物位置的选择应满足下列基本要求，通过技术经济比较确定。

1）位于水质较好的地带。

2）靠近主流，有足够的水深，有稳定的河床及岸边，有良好的工程地质条件。

3）尽可能不受泥沙、漂浮物、冰凌、冰絮等影响。

4）不妨碍航运和排洪，并符合河道、湖泊、水库整治规划的要求。

5）尽量靠近主要用水地区。

6）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。

在沿海地区的内河水系取水，应避免咸潮影响。当在咸潮河段取水时，应根据咸潮特点对采用避咸蓄淡水库取水或在咸潮影响范围以外的上游河段取水进行经济技术比较后再确定。避咸蓄淡水库可利用现有河道容积蓄淡，亦可利用沿河滩地筑堤修库蓄淡，根据当地具体条件确定。

从江河取水的大型取水构筑物，当河道及水文条件复杂，或取水量占河道的最枯流量比例较大时，在设计前应进行水工模型试验。

取水构筑物在河床上的布置及其形状的选择，应考虑取水工程建成后，不致因水流情况的改变而影响河床的稳定性。

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。水库取水构筑物的防洪标准应与水库大坝等主要建筑物的防洪标准相同，并应采用设计和校核两级标准。设计枯水位的保证率，应采用90%～99%。

（2）地表水取水构筑物的类型地表水取水构筑物可分为固定式取水构筑物和活动式取水构筑物两类。

1）固定式取水构筑物：固定式取水构筑物具有取水可靠，维护管理简单，适用范围广等优点，但投资较大，水下工程量较大，施工期长。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。

江河固定式取水构筑物主要分为岸边式和河床式两种，另外还有斗槽式等。

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，由进水间和泵房两部分组成。它适用于江河岸边较陡，主流近岸，岸边有足够的水深，水质和地质条件较好，水位变幅不大的情况。岸边式取水泵房进口地坪的设计标高，应分别按下列情况确定：当泵房在渠道边时，为设计最高水位加0.5m；当泵房在江河、湖泊、水库或海边时，为设计最高水位加浪高再加0.5m，必要时尚应增设防止浪爬高的措施。

②河床式取水构筑物：当河床稳定，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，而河中具有足够的水深或水质较好时，适宜采用河床式取水构筑物。河床式取水构筑物按照进水管形式不同，可分为自流管进水、虹吸管进水、水泵直接进水、桥墩式进水。

位于江河上的取水构筑物最底层进水孔下缘距河床的高度，应根据河流的水文和泥沙特性以及河床稳定程度等因素确定，并应分别遵守下列规定：侧面进水孔不得小于0.5m，当水深较浅，水质较清，河床稳定，取水量不大时，其高度可减至0.3m。顶面进水孔不得小于1.0m。

2）江河移动式取水构筑物：当水源水位变幅大，水位涨落速度小于2.0m/h，且水流不急，要求施工周期短和建造固定式取水构筑物有困难时，可考虑采用缆车或浮船等移动式取水构筑物。活动式取水构筑物的个数，应根据供水规模、联络管的接头形式及有无安全贮水池等因素综合考虑确定。活动式取水构筑物的缆车或浮船，应有足够的稳定性和刚度，机组、管道等的布置应考虑缆车或船体的平衡。机组基座的设计，应考虑减少机组对缆车或船体的振动，每台机组均宜设在同一基座上。

①缆车式取水构筑物：缆车式取水构筑物由泵车、坡道或斜桥、输水管和牵引设备等部分组成。当河水涨落时，泵车牵引设备带动，沿坡道上的轨道上下移动。

缆车式取水构筑物的设计应符合下列要求：其位置宜选择在岸坡倾角为10°～28°的地段；缆车轨道的坡面宜与原岸坡相接近；缆车轨道的水下部分应避免挖槽。当坡面有泥沙淤积时，应考虑冲淤设施；缆车上的出水管与输水斜管间的连接管段应根据具体情况采用橡胶软管或曲臂式连接管等；缆车应设安全可靠的制动装置。

②浮船式取水构筑物：浮船式取水构筑物应选择在河岸较陡和停泊条件良好的地段，浮船应有可靠的锚固设施。浮船上的出水管与输水管间的连接管段应根据具体情况采用摇臂式或阶梯式等。

3）湖泊和水库取水构筑物：类型包括隧洞式取水、引水明渠取水、分层取水、自流管式取水构筑物。水库取水构筑物宜分层取水。位于湖泊或水库边的取水构筑物最底层进水孔下缘距水体底部的高度，应根据水体底部泥沙沉积和变迁情况等因素确定，一般不宜小于1.0m，当水深较浅，水质较清，且取水量不大时，其高度可减至0.5m。

4）山区浅水河流取水构筑物：山区浅水河流的取水构筑物可采用低坝式（活动坝或固定坝）或底栏栅式。低坝式取水构筑物宜用于推移质不多的山区浅水河流；底栏栅式取水构筑物宜用于大颗粒推移质较多的山区浅水河流。

低坝位置应选择在地质稳定河段上。坝的设置不应影响原河床的稳定性。取水口宜布置在坝前河床凹岸处。低坝的坝高应满足取水深度的要求。坝的泄水宽度，应根据河道比降、洪水流量、河床地质以及河道平面形态等因素，综合研究确定。底栏栅的位置应选择在河床稳定、纵坡大、水流集中和山洪影响较小的河段。底栏栅式取水构筑物的栏栅宜组成活动分块形式。其间隙宽度应根据河流泥沙粒径和数量、廊道排沙能力、取水水质要求等因素确定。栏栅长度应按进水要求确定。底栏栅式取水构筑物应有沉沙和冲沙设施。

（3）其他有关设计要求

1）取水构筑物进水孔上缘设计深度，应根据河流的水文、冰情和漂浮物等因素通过水力计算确定，并应分别遵守下列规定：顶面进水时，不得小于0.5m；侧面进水时，不得小于0.3m；虹吸进水时，不宜小于1.0m，当水体封冻时，可减至0.5m。

上述数据在水体封冻情况下应从冰层下缘起算；湖泊、水库、海边或大江河边的取水构筑物，还应考虑风浪的影响。

2）取水构筑物的取水头部宜分设两个或分成两格。进水间应分成数间，以利清洗（注：漂浮物多的河道，相邻头部在沿水流方向宜有较大间距）。

3）取水构筑物进水孔应设置格栅，栅条间净距应根据取水量大小、冰絮和漂浮物等情况确定，小型取水构筑物宜为30～50mm，大、中型取水构筑物宜为80～120mm。当江河中冰絮或漂浮物较多时，栅条间净距宜取大值。

4）进水孔的过栅流速，应根据水中漂浮物数量、有无冰絮、取水地点的水流速度、取水量大小、检查和清理格栅的方便等因素确定，宜采用下列数据：岸边式取水构筑物，有冰絮时为0.2～0.6m/s；无冰絮时为0.4～1.0m/s；河床式取水构筑物，有冰絮时为0.1～0.3m/s；无冰絮时为0.2～0.6m/s。格栅的阻塞面积应按25%考虑。

5）当需要清除通过格栅后水中的漂浮物时，在进水间内可设置平板式格网、旋转式格网或自动清污机。平板式格网的阻塞面积应按50%考虑，通过流速不应大于0.5m/s；旋转式格网或自动清污机的阻塞面积应按25%考虑，通过流速不应大于1.0m/s。

6）进水自流管或虹吸管的数量及其管径，应根据最低水位，通过水力计算确定。其数量不宜少于两条。当一条管道停止工作时，其余管道的通过流量应满足事故用水要求。

7）进水自流管和虹吸管的设计流速，不宜小于0.6m/s。必要时，应有清除淤积物的措施。虹吸管宜采用钢管。

江河特征及取水构筑物选择和设计

相关推荐