地表水資源的開發(fā)利用途徑及工程

1、地表水資源的開發(fā)利用途徑及工程第1頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二第一節(jié) 地表水資源的利用途徑第二節(jié) 地表水取水構筑物介紹第三節(jié) 地表水取水構筑物的設計第四節(jié) 地表水輸水工程的選擇與設計思考題 本章內容 第2頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二地表水源：江、河、湖泊、水庫和海水。特點：（1）地表水多為河川徑流。（2）地表水資源受季節(jié)性影響較大，水量時空分布不均。（3）地表水水量一般較為充沛，能滿足大流量的需水要求。（4）地表水水質容易受到污染，濁度相對較高，有機物和細菌含量高。（5）在地形、地質、水文、衛(wèi)生防護等方面均較復雜。第一節(jié) 地表水資源的

2、利用途徑一、地表水資源的特點第3頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二二、地表水資源開發(fā)的主要途徑（一）河岸引水工程1無壩引水當小城鎮(zhèn)或農業(yè)灌區(qū)附近的河流水位、流量在一定的設計保證率條件下，能夠滿足用水要求時，即可選擇適宜的位置作為引水口，直接從河道側面引水，這種引水方式就是無壩引水。第4頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二第5頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二2有壩引水定義：當天然河道的水位、流量不能滿足自流引水要求時，須在河道上修建壅水建筑物（壩或閘），抬高水位，以便自流引水，保證所需的水量，這種取水形式就是有壩引水。組成：

3、由攔河壩（閘）、進水閘、沖沙閘及防洪堤等建筑物組成 第6頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二某有壩渠首工程平面布置示意圖 第7頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二正面引水、側面排沙工程示意圖 3提水引水就是利用機電提水設備（水泵）等，將水位較低水體中的水提到較高處，滿足引水需要。第8頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二（二）蓄水工程（水庫）1擋水建筑物（攔河壩）按建筑材料分：土石壩混凝土壩漿砌石壩土壩、堆石壩重力壩、拱壩、支墩壩 重力壩和拱壩 第9頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二重力壩依靠壩體自重產生的

4、抗滑力維持穩(wěn)定結構簡單、施工方便、安全可靠性強、抗御洪水能力強等特點體積龐大，對水泥用量多，且對溫度要求嚴格，壩體應力較低，受揚壓力作用大 第10頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二第11頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二三峽大壩夜景三峽大壩航拍圖第12頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二拱壩 拱壩是壩體向上游凸出，在平面上呈現拱形，拱端支承于兩岸山體上的混凝土或漿砌石壩。優(yōu)點：體積小、超載能力和抗震性好；缺點：拱壩壩體單薄、孔口應力復雜，因此壩身泄流布置復雜，同時施工技術要求高，尤其對地基的處理要求十分嚴格。第13頁，共92

5、頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二第14頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二土壩壩體： 維持土壩的穩(wěn)定。防滲設備：減小壩體和壩基的滲透水量，要求用 透水性小的土料或其他不透水材料筑成。排水設備：盡量排出已滲入壩身的滲水，增強背水坡 的穩(wěn)定，可采用透水性大的材料，如砂、 礫石、卵石和塊石等。護坡： 防止波浪、冰凌、溫度變化、雨水徑流等 的破壞，一般采用塊石護坡。 第15頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二2泄水建筑物用以宣泄多余水量，防止洪水漫溢壩頂，保證大壩安全。 溢洪道 深式泄水建筑物 壩身泄水孔水工隧洞壩下涵管 河床式側槽式溢洪道

6、河岸式 正槽式溢洪道第16頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二引水段控制段泄水槽消能設備尾水渠溢洪道組成主體與上游連接與下游連接第17頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二第18頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二3引水建筑物常見的型式有水工隧洞、壩下涵管和壩體泄水孔等。水工涵洞和壩下涵管均由進口段、洞（管）身段和出口段組成。壩內涵管水工隧洞第19頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二（三）揚水工程揚水是指將水由高程較低的地點輸送到高程較高的地點，或給輸水管道增加工作壓力的過程。揚水工程主要是指泵站工程。水泵與

7、其配套的動力設備、附屬設備、管路系統和相應的建筑物組成的總體工程設施稱為水泵站，亦稱揚水站或抽水站。揚水的工作程序為：高壓電流變電站開關設備電動機水泵吸水（從水井或水池吸水）揚水。 第20頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二水泵動力式泵容積式泵依靠泵的動力作用使液體的動能和壓能增加和轉換完成。離心泵、軸流泵和旋渦泵等 對水流的壓送是靠泵體工作室容積的變動來完成。 活塞式往復泵、柱塞式往復泵等 第21頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二離心泵工作原理:利用泵體中的葉輪在動力機（電動機或內燃機）的帶動下高速旋轉，由于水的內聚力和葉片與水之間的摩擦力不足以

8、形成維持水流旋轉運動的向心力，使泵內的水不斷地被葉輪甩向水泵出口處，而在水泵進口處造成負壓，進水池中的水在大氣壓的作用下經過底閥，進水管流向水泵進口。分類：按其轉軸的立臥 臥式離心泵和立式離心泵 其軸上葉輪數目多少 單級和多級 單側進水和雙側進水 水流進入葉輪的方式 第22頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二第23頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二離心泵的技術性能有流量（輸水量）、揚程（總揚程）、軸功率、效率、轉速、允許吸上真空高度六個工作參數表示。 泵站主要由設有機組的泵房、吸水井和配電設備三部分組成。根據泵站在給水系統中的作用，泵站可以分為取水

9、泵站、送水泵站、加壓泵站和循環(huán)泵站四類。（四）輸水工程輸水工程主要采用渠道輸水和管道輸水兩種方式。 第24頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二第二節(jié) 地表水取水構筑物介紹分類：水源的種類 河流、湖泊、水庫、海水取水構筑物取水構筑物的構造形式 固定式(岸邊式、河床式、斗槽式)和移動式(浮船式、纜車式)帶低壩的取水構筑物和底欄柵式取水構筑物 山區(qū)河流 第25頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二一、固定式取水構筑物（一）岸邊式取水構筑物直接從岸邊進水口取水的構筑物稱為岸邊式取水構筑物，它由進水間和泵房兩部分組成。岸邊式取水構筑物無需在江河上建壩，適用于當河

10、岸較陡，主流近岸，岸邊水深足夠，水質和地質條件都較好，且水位變幅較穩(wěn)定的情況，但水下施工工程量較大，且須在枯水期或冰凍期施工完畢。根據進水間與泵房是否合建，岸邊式取水構筑物可分為合建式和分建式兩種。 第26頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二1合建式岸邊取水構筑物階梯式布置1-進水間；2-進水室；3-吸水室；4-進水孔； 5-格柵；6-網格；7-泵房；8-閥門井第27頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二水平式布置第28頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二2022/9/6 29 臥式泵改為立式泵或軸流泵，且吸水間在泵房下面 1-進

11、水間；2 泵房；3-立式泵；4-立式電動機第29頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二2分建式岸邊取水構筑物分建式岸邊取水構筑物1-進水間；2-引橋；3-泵房第30頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二（二）河床式取水構筑物河床式取水構筑物與岸邊式基本相同，但用伸入江河中的進水管（其末端設有取水頭部）來代替岸邊式進水間的進水孔。它主要由泵房、集水間、進水管和取水頭部組成。 床式取水構筑物根據集水井與泵房間的聯系，可分為合建式與分建式。河床式取水構筑物按照進水管形式的不同，可以分為四種基本形式：自流管取水式、虹吸管取水式、水泵直接取水式和江心橋墩取水式。

12、第31頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二（a）合建式；（b）分建式1取水頭部；2進水管；3集水井；4泵房1自流管取水式第32頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二2虹吸管取水式1-取水頭部；2-虹吸管；3-集水井；4-泵房第33頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二3水泵直接吸水式1-取水頭部；2-水泵吸水管；3-泵房第34頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二4江心橋墩取水式1-集水井；2-進水孔；3-泵房；4-引橋；5-出水管第35頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二二、移動式取水構筑

13、物（一）浮船式取水構筑物 將取水設備直接安置在浮船上，由浮船、錨固設備、連絡管及輸水斜管等部分組成。 階梯式連接的浮船式取水構筑物柔性聯絡管連接剛性聯絡管連接第36頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二（二）纜車式取水構筑物1泵車；2坡道；3支墩；4輸水管；5絞車房 （a）斜橋式（b）斜坡式 纜車式取水構筑物由泵車、坡道或斜橋、輸水管和牽引設備等部分組成。第37頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二三、山區(qū)淺水河流取水構筑物（一）山區(qū)淺水河流特點河床多為粗顆粒的卵石、礫石或基巖，穩(wěn)定性較好。河床坡降大、河狹流急，洪水期流速大，洪水期推移質多。水位和流量變

14、化幅度大。水質變化劇烈。北方某些山區(qū)河流潛冰（水內冰）期較長。第38頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二（二）取水特點山區(qū)河流枯水期河流流量很小，取水量占河水枯水徑流量的比重很大，有時高達7090。平枯水期水層淺薄，不能滿足取水深度要求，需要修筑低壩抬高水位或采用底部進水的方式解決。洪水期推移質多，粒徑大，因此，在山區(qū)淺水河流的開發(fā)利用中，既要考慮到使河水中的推移質能順利排除，不致大量堆積，又要考慮到使取水構筑物不被大顆粒推移質損壞。 第39頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二（三）低壩式取水構筑物固定式低壩平面圖1溢流壩（低壩）；2沖沙閘；3進水閘

15、；4引水渠；5導流堤；6護坦1固定式第40頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二2活動式袋形橡膠壩第41頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二浮體閘第42頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二（四）底欄柵取水構筑物通過壩頂帶欄柵的引水廊道取水。由攔河低壩、底欄柵、引水廊道、沉沙池、取水泵站等部分組成。在河床較窄、水深較淺、河床縱坡降較大、大顆粒推移質特別多的山溪河流，且取水量占河水總量比例較大時采用。 1溢流壩（低壩）；2底欄柵；3沖沙室；4進水閘；5第二沖沙室；6沉沙池；7排沙渠；8防洪護坦第43頁，共92頁，2022年，5月20日

16、，21點48分，星期二四、湖泊和水庫取水構筑物（一）湖泊和水庫特征湖泊和水庫的水位與其蓄水量和來水量有關，其年變化規(guī)律基本上屬于周期性變化。湖泊和水庫具有良好的沉淀作用，水中泥砂含量較低，濁度變化不大。但在河流入口處，由于水流突然變緩，易形成大量淤積。不同的湖泊或水庫，水的化學成分不同。湖泊、水庫中的水流動緩慢，浮游生物較多，多分布于水體上層10m深度以內的水域。第44頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二（二）取水構筑物位置選擇不宜選擇在湖岸蘆葦叢生處附近。避免選擇在夏季主風向的向風面的凹岸處修建取水構筑物。應選擇靠近大壩附近或遠離支流的匯入口，防止泥沙淤積取水頭部。應建

17、在穩(wěn)定的湖岸或庫岸處，可以避免大風浪和水流對湖岸、庫岸的沖擊和沖刷，減少對取水構筑物的危害。第45頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二（三）取水構筑物類型1隧洞式取水和引水明渠取水 巖塞爆破法示意圖第46頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二2分層取水的取水構筑物 為避免水生生物及泥砂的影響，應在取水構筑物不同高度設置取水窗。根據不同水深的水質情況，取得低濁度、低色度、無嗅的水。第47頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二3自流管式取水構筑物 采用自流管或虹吸管把水引入岸邊深挖的吸水井內，然后水泵的吸水管直接從吸水井內抽水，泵房與吸

18、水管可以合建，也可分建。 第48頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二五、海水取水構筑物（一）海水取水的特點海水含鹽量高，腐蝕性強。海生生物的影響與防治：海生生物的大量繁殖常堵塞取水頭部、格網和管道，且不易清除，對取水安全可靠性構成極大危脅。可采用加氯法去除。潮汐和波浪：取水構筑物應設在避風的位置，對潮汐和海浪的破壞力給予充分考慮。泥沙淤積：海濱地區(qū)，潮汐運動往往使泥砂移動和淤積，在泥質海灘地區(qū)，這種現象更為明顯。因此，取水口應避開泥砂可能淤積的地方，最好設在巖石海岸、海灣或防波堤內。第49頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二1引水管渠取水當海灘比較平

19、緩時，可采用自流管或引水管渠取水。（二）海水取水構筑物分類1防浪墻；2進水斗；3引水渠；4沉淀池；5濾網；6泵房 引水渠取海水的構筑物剖面圖平面圖第50頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二2岸邊式取水在深水海岸，若地質條件及水質良好，可考慮設置岸邊式取水，直接從岸邊取水。（三）海水取水構筑物分類3潮汐式取水1蓄水池；2潮門；3取水泵房；4海灣第51頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二第三節(jié) 地表水取水構筑物的設計一、地表水水源資料及其收集水文資料水質資料河床資料人類活動影響資料其它資料 水位 流量 流速 波浪第52頁，共92頁，2022年，5月20日

20、，21點48分，星期二二、地表水取水位置的選擇取水點應設在水質較好的地段；取水點應設在具有穩(wěn)定的河床、靠近主流和有足夠水深的地段；取水點應具有良好的地質、地形及施工條件；取水點應靠近主要用水地區(qū)；取水點應避開人工構筑物和天然障礙物的影響；取水點應避免冰凌的影響；取水點應與河流的綜合利用相適應。 第53頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二三、地表水取水構筑物設計原則應根據情況在設計前進行水工模型試驗。城市供水水源的設計枯水流量保證率一般可采用90%97%；設計最高水位一般按1的頻率確定，設計枯水位的保證率一般可采用90%99%。應根據水源情況，采取各種防護措施。防洪標準不應

21、低于城市防洪標準，設計洪水重現期不得低于100年。沖刷深度應通過調查與計算確定。在通航河道上，應根據航運部門的要求在取水構筑物處設置標志。在高含沙河流下游淤積河段設置的取水構筑物，應預留設計使用年限內的總淤積高度，并考慮淤積引起的水位變化。水源、取水點和取水量的確定，應取得有關部門同意。第54頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二四、固定式取水構筑物的構造和設計（一）岸邊式取水構筑物1進水間進水室的平面尺寸應根據進水孔、格網和閘板的尺寸及安裝、檢修和清洗等要求確定；吸水室的設計要求一般與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徑、數目和布置要求確定。2進水孔 不

22、同高程處分層設置進水孔 第55頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二3進水間的附屬設備（1）格柵：在取水頭部或進水間的進水孔處設置。金屬框架柵條與進水孔形狀相同斷面：矩形、圓形等。厚度：10mm間距：根據取水量大小、冰絮和漂浮物等情況確定。進水孔的過柵流速第56頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二（2）格網：格柵后設置。平板格網旋轉格網（3）排泥：采用排砂泵、排污泵、壓縮空氣提升器等設備。（4）起閉設備：在進水間的進水孔、格網和橫向隔墻的聯通孔上設置 。常用平板閘門、滑閥和蝶閥等。（5）起吊設備：設在進水間上部的操作平臺上，用以起吊格柵、格網、閘板和其

23、它設備。常用起吊設備有單軌吊車與橋式吊設備車。第57頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二4岸邊式取水泵房水泵型號和臺數：34臺。泵房平面：矩形、圓形等。取水泵房的起吊設備：一級起吊和二級起吊。防滲；抗?。涸黾又匚?、錨固、增加摩擦。第58頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二（二）河床式取水構筑物1取水頭部（1）取水頭部設計的一般要求應設在穩(wěn)定河床的主流深槽處，有足夠的取水深度；選擇合理的外形和較小的體積，以避免對周圍水流產生大的擾動，同時防止取水頭部受沖刷，甚至被沖走；取水頭部應防止冰塊堵塞和沖擊，并防止船只、木筏碰撞，可在上游或周圍設置航標加以保護。

24、第59頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二（2）取水頭部的型式與構造管式取水頭部（a）順水流式；（b）水平式；（c）垂直向上式；（d）垂直向下式喇叭管取水頭部第60頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二蘑菇式取水頭部第61頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二魚形罩式取水頭部第62頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二箱式取水頭部圓形箱式取水頭部菱形箱式取水頭部第63頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二橋墩式取水頭部第64頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二樁架式取水頭

25、部岸邊隧洞式喇叭口形取水頭部第65頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二活動式取水頭部斜板式取水頭部第66頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二（3）取水頭部進水孔的設計進水孔的位置和方向應根據水流中含泥沙、漂浮物及冰凌等情況確定，一般布置在取水頭部的側面和下游面，多朝向下游或與水流方向垂直。漂浮物和泥沙較少的河流，可在取水頭部下游側開進水孔；有漂浮物或流冰的河流，應在側面設進水孔，以免水面旋渦吸入漂浮物；河床為易沖刷的土壤、含沙量大且豎向分布不均勻的河流，當漂浮物或流冰少時，可在取水頭部的頂部設進水孔；一般不宜在迎水面設進水孔。第67頁，共92頁，20

26、22年，5月20日，21點48分，星期二2進水管（1）設計要求（2）進水管型式 自流管和虹吸管（3）進水管的沖洗正向沖洗：指沖洗時管內水流方向與正常運行時的水流方向一致，也稱順沖。反向沖洗：指管內水流方向與正常運行時方向相反，即泥沙流向河床。第68頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二第四節(jié) 地表水輸水工程的選擇與設計一、給水管網系統給水管網系統組成：輸水管（渠）配水管網水壓調節(jié)設施（泵站、減壓閥）水量調節(jié)設施（清水池、水塔、高地水池）等。第69頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二第70頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二第71頁

27、，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二二、給水管網的布置（1）根據城市規(guī)劃布置管網時，應考慮管網分期建設的需要，留出充分發(fā)展的余地；（2）保證供水有足夠的安全可靠性，當局部管線發(fā)生事故時，斷水范圍最小；（3）管線應遍布整個供水區(qū)內，保證用戶有足夠的水量和水壓；（4）管線敷設應盡可能短，以降低管網造價和供水能量費用。（一）布置原則第72頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二（二）管網布置形式樹狀網適用于小城市和小型工礦企業(yè)供水。供水可靠性較差，但其造價低。環(huán)狀網中，斷水的范圍小，供水可靠性高，可減輕因水錘作用產生的危害，但其造價較高。一般在城市初期可采用樹狀

28、網，以后逐步連成環(huán)狀網。第73頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二（三）管網布置要點干管延伸方向應與主要供水方向一致。干管布設應遵循水流方向。城鎮(zhèn)邊緣地區(qū)或郊區(qū)用戶采用樹狀管線供水；對個別用水量大、供水可靠性要求高的邊遠地區(qū)用戶也可采用雙管供水。若干管之間形成環(huán)狀網，則連接管的間距可根據街區(qū)大小和供水可靠性要求，采用8001000m。干管一般按城市規(guī)劃道路定線，考慮發(fā)展和分期建設需要?？紤]施工和經營管理上的問題。第74頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二三、管網流量、管徑和水頭損失（一）管網流量沿線流量節(jié)點流量第75頁，共92頁，2022年，5月20

29、日，21點48分，星期二（二）管徑確定設計管徑經濟管徑第76頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二（三）水頭損失計算水頭損失計算公式均勻流速公式當水力坡度用流量表示時：沿程水頭損失：第77頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二（一）水力計算的基本方程連續(xù)性方程：四、管網水力計算能量方程：壓降方程：第78頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二（二）管網計算方法分類解環(huán)方程：解節(jié)點方程：解管段方程：哈代克羅斯（Hardy Cross）法 哈代克羅斯（Hardy Cross）法 應用連續(xù)性方程和能量方程，求出各管段流量和水頭損失，再根據已知節(jié)點水壓求出其余各節(jié)點水壓。第79頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二（三）樹狀管網水力計算計算比流量和節(jié)點流量；從距二級泵站最遠的管網末梢節(jié)點開始，逐個向二級泵站推算每個管段的流量；根據經濟流速求出管徑，并求出水頭損失；選擇主干線，可以將最不利點到二級泵站的管路選定為主干線。計算主干線的整個水頭損失，計算二級泵站所需揚程或水塔所需高度。進行各支線管路水力計算。第80頁，共92頁，2022年，5月20日，21點48分，星期二（四）環(huán)狀管網水力