江河取水工程

1、江江 河河 取取 水水 工工 程程主 講 人：賈 萬 新江河取水概說1.1江河水源分布廣泛 ： 江河在水資源中具有水量充沛，分布廣泛得特點，常用于作為城市和工礦供水水源。1.2江河取水的自然特性： 江河取水受自然條件和環(huán)境影響較大，必須充分了解江河的徑流特點。1.3全面了解河道的沖淤變化： 河道在水流作用下，不斷地發(fā)生著平面形態(tài)和斷面形態(tài)的變化，這就是通常所說的河道演變。河道演變是河流水沙狀況和泥沙運動發(fā)展的結果。 沖淤演變常造成主流擺動，取水口脫流而無法取水，圖1-3就是長江荊江尺八口河段的演變狀況。 可見重視河道的沖淤變化并進行了正確預測，就成為取水工程建設的重要安全問題。 圖1-3 長江

2、荊江尺入口河段發(fā)展示意圖2.2.相關的河流學述要2.1河流的一般特性 河流大致分為山區(qū)河流和平原河流兩大類： 1）山區(qū)河流：洪水猛漲猛落是山區(qū)河流的重要水文特點 2 ) 平原河道：平原河道按其平面形態(tài)，可分為四種基本類型，即順直型，彎曲型，分叉型和游蕩型。 順直型河段，圖（2-2-1）是俄羅斯維斯納河順直河段的邊灘分布圖，這種河型在我國長江以及松花江上都有分布。 圖 2-2-1 彎曲型河段： 該型河段是平原河道最常見的河型，長江荊江河段（如圖2-2-2）都是這種河段的代表。 圖 2-2-2分汊型河道：分汊型河道亦稱江心洲型河道 圖 2-2-3 長江南京八卦洲分衩型河段 游蕩型河段：其特點是中水

3、河槽寬淺，河灘密布，汊道交織，水流散亂，主流擺動不定。一般不宜在該河建設取水工程。 圖2-2-4 黃河花園口游蕩型河段2.3平原河道的水文特性1）河床縱坡平緩，水面比降較小。多在110 以下。2）流速相對較低，一般都在23m/s以下。 3）含沙量較低。4 ）洪枯水量與水位變化較小。5）河道斷面形式：斷面形式因河道型式而異，如圖2-2-5所示圖圖2-2-5 平原河流不同河段橫斷面圖平原河流不同河段橫斷面圖2.4平原河道的相關關系 在水流長期作用下，有可能形成與河段相適應的均衡狀態(tài)，在水流長期作用下，有關河深h,河寬B,比降J，和流量Q。其因素常存在一定的函數(shù)關系。這就是所謂的河相關系，亦稱河相相

4、關。 2.5 河床穩(wěn)定性指標：河床穩(wěn)定性對取水建筑物十分重要，河床穩(wěn)定包括河床底部的穩(wěn)定性和和河岸的穩(wěn)定性，黃河水利委員會認為可用下式計算河流的穩(wěn)定指標 (2-4) 公式（2-4）量綱和諧，不僅能確定河型特性，還能用作河流模擬的相似準數(shù)。一般來說，游蕩性河道的ZW值為2.2，彎曲河流為25，穩(wěn)定分汊河道為13，亞穩(wěn)定分汊河道為8.3231503)(JBHDZw 3.0河彎的水流結構 3.1天然河道的平面形態(tài)：天然河道多處于彎彎相連的狀態(tài)，據(jù)調(diào)查，天然河段的直段部分只占全河長的10%20%，所以天然河道基本上是彎曲的。 3.2彎道的水流運動：水流進入彎道后，在離心力的作用下表層水流向凹岸，彎道水

5、流離心力F可近似表達為：RvgF2* 河道流速分布是表層大，底層小，因此表層水流向凹岸，使凹岸水面雍高，從而形成橫比降。受橫比降作用，在斷面內(nèi)形成橫向環(huán)流。如圖3-2所示。 圖3-2 彎道水流示意圖3.3彎曲河道的水流動力軸線：水流動力軸線又稱主流線。 為了解河勢變化，常對各不同年代的深泓線繪制成套繪圖，深泓線緊密的地方均可作為取水口的備選位置。 3.4彎曲河道的最佳引水點 北方河道的洪枯水量相差懸殊，枯水期引水保證率較低，一般只能引取河道來流的25%30%，引水口最好選在頂沖點以下距凹岸起點下游45倍河寬的地段。另據(jù)達涅利亞研究，理想取水點的位置從彎道起點算起，其距離由下式確定：148 .0

6、BRBL 3.5格氏加速度： 和彎道造成橫向環(huán)流相類似，地球因自轉而改的格里奧力斯力和格氏加速度也可產(chǎn)生水面橫比降，從而對水流結構造成影響， 格氏加速度的法則是：慣性力總是使水流緊壓右岸（北半球）4.0河流取水的洪枯分析概要4.1河流洪枯分析的必要性4.2頻率分析樣本的選用 上世紀九十年代，我公司承接包頭供水工程時，對該河段紅枯分析做了大量分析計算，圖4-1為水文要素統(tǒng)計表，圖4-2、圖4-3、圖4-4為洪、枯流量和水位統(tǒng)計曲線圖。 4.3洪水統(tǒng)計參數(shù)的沿程變化 前面談到，水文特征值的變化符合皮爾遜111型曲線的變化規(guī)律，皮爾遜曲線由如下方程表達。 式中yd為眾值坐標，r=，d為偏差半徑，a為

7、眾值與曲線左端的距離。rarxddxeyy)1 ( 5.0取水構筑物位置的合理選擇 合理的選擇取水構筑物位置，除遵循設計規(guī)范和設計手冊所列的各項一般原則外，還要結合取水河段的泥沙運動規(guī)律和河道演變特點，從洪枯變化、河道走向，沖淤狀況和地質(zhì)地貌等方面進行綜合分析判斷，必要時，通過水工模型實驗來最后確定。圖5.0就是我院對包頭取水口選擇的方案系統(tǒng)圖。 5.1選擇取水構筑物位置需收集的資料1）水文資料 2）河相資料3）地質(zhì)資料4）其他5.2取水河段的沖淤變化分析5.3天然河道實測資料分析5.4黃河取水位置選擇的幾個條件 1）取水河段應主流穩(wěn)定。 2）河段有支流匯入時，取水口應選擇在支流匯入的影響范圍

8、之外。 3）取水口應選在冰水分層且浮冰能順流而下的河段。 4）取水口應選在工程地質(zhì)條件良好的河段。 5）取水口可選在河道比較順直沒有分叉的河段。 6）選在彎曲河段凹岸的下游，如山東打漁張飲水口。（圖5-5） 如山東打漁張引水口。（圖5-5） 7）選在河勢控制節(jié)點附近。 6.0已建取水構筑物的情況與示例 6.1合建岸邊式取水構筑物 合建岸邊式取水構筑物，其特點是進水間與泵房合建在一起，合建式岸邊取水構筑物管理方便，運行安全可靠。黃河上大、中型取水構筑物采用較多的一種形式。 6.2合建河心式 合建河心式取水構筑物是把進水間和提升泵房等全建在河流中間的一種取水形式。取水構筑物用棧橋和岸上聯(lián)絡。 寧夏石嘴山電廠取水構筑物為合建河心式，其平面形狀為圓角馬蹄形，側面進水。 7.0包頭畫匠營子取水工程簡介7.1河段的自然情況7.2河工模型試驗7.3取水泵站的設計特點 1、適應主流游落擺動規(guī)律，選擇“三點式”取水 2、合建式岸邊取水泵站7.4取水墩、自流管 7.5解決施工及運轉中幾個難點問題的措施 8.0高含沙水及其特性8.1高含沙水的流變特性 流變特性，系指水體運動時剪切力與切變率的關系，清水或含沙量較低的渾水，剪切力切變率服從牛頓內(nèi)摩擦定律，即 （8-1）yu8.2 揭河底：揭河底是河床沖刷的突變過程。高含沙水流將大片河床沉積