1、.,第五章 地表水資源的開發(fā)利用途徑及工程,.,第一節(jié) 地表水資源的利用途徑 第二節(jié) 地表水取水構(gòu)筑物介紹 第三節(jié) 地表水取水構(gòu)筑物的設(shè)計 第四節(jié) 地表水輸水工程的選擇與設(shè)計 思考題,本章內(nèi)容,.,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(zhì)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(zhì)、水文、衛(wèi)生防護等方面均較復雜。,第一節(jié) 地表水資源的利用途徑,一、地表水資源的特點,.,二、地表水資源開發(fā)的主要途徑,（一）河岸引水

2、工程,1無壩引水,當小城鎮(zhèn)或農(nóng)業(yè)灌區(qū)附近的河流水位、流量在一定的設(shè)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(cè)面引水，這種引水方式就是無壩引水。,.,.,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：由攔河壩（閘）、進水閘、沖沙閘及防洪堤等建筑物組成,.,某有壩渠首工程平面布置示意圖,.,正面引水、側(cè)面排沙工程示意圖,3提水引水,就是利用機電提水設(shè)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。,.,（二）蓄水工程（水庫）

3、,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,.,重力壩,依靠壩體自重產(chǎn)生的抗滑力維持穩(wěn)定 結(jié)構(gòu)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,.,.,三峽大壩夜景,三峽大壩航拍圖,.,拱壩,拱壩是壩體向上游凸出，在平面上呈現(xiàn)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(shù)要求高，尤其對地基的處理要求十分嚴格。,.,.,土壩,壩體： 維持土壩的

4、穩(wěn)定。 防滲設(shè)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(shè)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。,.,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(cè)槽式溢洪道,河岸式,正槽式溢洪道,.,引水段,控制段,泄水槽,消能設(shè)備,尾水渠,溢洪道 組成,主體,與上游連接,與下游連接,.,.,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。

5、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(nèi)涵管,水工隧洞,.,（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。 水泵與其配套的動力設(shè)備、附屬設(shè)備、管路系統(tǒng)和相應的建筑物組成的總體工程設(shè)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(guān)設(shè)備電動機水泵吸水（從水井或水池吸水）揚水。,.,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(zhuǎn)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,.,離心泵,工作

6、原理:利用泵體中的葉輪在動力機（電動機或內(nèi)燃機）的帶動下高速旋轉(zhuǎn)，由于水的內(nèi)聚力和葉片與水之間的摩擦力不足以形成維持水流旋轉(zhuǎn)運動的向心力，使泵內(nèi)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(jīng)過底閥，進水管流向水泵進口。,分類：,按其轉(zhuǎn)軸的立臥,臥式離心泵和立式離心泵,其軸上葉輪數(shù)目多少,單級和多級,單側(cè)進水和雙側(cè)進水,水流進入葉輪的方式,.,.,離心泵的技術(shù)性能有流量（輸水量）、揚程（總揚程）、軸功率、效率、轉(zhuǎn)速、允許吸上真空高度六個工作參數(shù)表示。,泵站主要由設(shè)有機組的泵房、吸水井和配電設(shè)備三部分組成。根據(jù)泵站在給水系統(tǒng)中的作用，泵站可以分為取水泵站、送

7、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。,.,第二節(jié) 地表水取水構(gòu)筑物介紹,分類：,水源的種類,河流、湖泊、水庫、海水取水構(gòu)筑物,取水構(gòu)筑物的構(gòu)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(gòu)筑物和底欄柵式取水構(gòu)筑物,山區(qū)河流,.,一、固定式取水構(gòu)筑物,（一）岸邊式取水構(gòu)筑物,直接從岸邊進水口取水的構(gòu)筑物稱為岸邊式取水構(gòu)筑物，它由進水間和泵房兩部分組成。 岸邊式取水構(gòu)筑物無需在江河上建壩，適用于當河岸較陡，主流近岸，岸邊水深足夠，水質(zhì)和地質(zhì)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

8、期或冰凍期施工完畢。 根據(jù)進水間與泵房是否合建，岸邊式取水構(gòu)筑物可分為合建式和分建式兩種。,.,1合建式岸邊取水構(gòu)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(wǎng)格；7-泵房；8-閥門井,.,水平式布置,.,2020/6/29,29,臥式泵改為立式泵或軸流泵，且吸水間在泵房下面,1-進水間；2 泵房；3-立式泵；4-立式電動機,.,2分建式岸邊取水構(gòu)筑物,分建式岸邊取水構(gòu)筑物,1-進水間；2-引橋；3-泵房,.,（二）河床式取水構(gòu)筑物,河床式取水構(gòu)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(shè)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

9、間、進水管和取水頭部組成。 床式取水構(gòu)筑物根據(jù)集水井與泵房間的聯(lián)系，可分為合建式與分建式。 河床式取水構(gòu)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。,.,（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,.,2虹吸管取水式,1-取水頭部；2-虹吸管；3-集水井；4-泵房,.,3水泵直接吸水式,1-取水頭部；2-水泵吸水管；3-泵房,.,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,.,二、移動式取水構(gòu)筑物,（一）浮船式取水構(gòu)筑物,將取水設(shè)備直接安置在浮船上，由浮船、錨固

10、設(shè)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(gòu)筑物,柔性聯(lián)絡管連接,剛性聯(lián)絡管連接,.,（二）纜車式取水構(gòu)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(gòu)筑物由泵車、坡道或斜橋、輸水管和牽引設(shè)備等部分組成。,.,三、山區(qū)淺水河流取水構(gòu)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(zhì)多。 水位和流量變化幅度大。 水質(zhì)變化劇烈。 北方某些山區(qū)河流潛冰（水內(nèi)冰）期較長。,.,（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

11、。 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(zhì)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(zhì)能順利排除，不致大量堆積，又要考慮到使取水構(gòu)筑物不被大顆粒推移質(zhì)損壞。,.,（三）低壩式取水構(gòu)筑物,固定式低壩平面圖 1溢流壩（低壩）；2沖沙閘；3進水閘； 4引水渠；5導流堤；6護坦,1固定式,.,2活動式,袋形橡膠壩,.,浮體閘,.,（四）底欄柵取水構(gòu)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(zhì)特別多的山溪河流，且取

12、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,.,四、湖泊和水庫取水構(gòu)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(guān)，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(nèi)的水域。,.,（二）取水構(gòu)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(gòu)筑物

13、。 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(gòu)筑物的危害。,.,（三）取水構(gòu)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,.,2分層取水的取水構(gòu)筑物,為避免水生生物及泥砂的影響，應在取水構(gòu)筑物不同高度設(shè)置取水窗。根據(jù)不同水深的水質(zhì)情況，取得低濁度、低色度、無嗅的水。,.,3自流管式取水構(gòu)筑物,采用自流管或虹吸管把水引入岸邊深挖的吸水井內(nèi)，然后水泵的吸水管直接從吸水井內(nèi)抽水，泵房與吸水管可以合建，也可分建。,.,五、海水取水構(gòu)筑物,（一）海水取水的特點,海水含鹽量高，腐蝕性強。 海生

14、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(wǎng)和管道，且不易清除，對取水安全可靠性構(gòu)成極大危脅。可采用加氯法去除。 潮汐和波浪：取水構(gòu)筑物應設(shè)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(zhì)海灘地區(qū)，這種現(xiàn)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(shè)在巖石海岸、海灣或防波堤內(nèi)。,.,1引水管渠取水,當海灘比較平緩時，可采用自流管或引水管渠取水。,（二）海水取水構(gòu)筑物分類,1防浪墻；2進水斗；3引水渠；4沉淀池；5濾網(wǎng)；6泵房 引水渠取海水的構(gòu)筑物,剖面圖,平面圖,.,2岸邊式取水,在深水海岸，若地質(zhì)條件及水質(zhì)良好，

15、可考慮設(shè)置岸邊式取水，直接從岸邊取水。,（三）海水取水構(gòu)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,.,第三節(jié) 地表水取水構(gòu)筑物的設(shè)計,一、地表水水源資料及其收集,水文資料 水質(zhì)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,.,二、地表水取水位置的選擇,取水點應設(shè)在水質(zhì)較好的地段； 取水點應設(shè)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(zhì)、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(gòu)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。,.,三、地表水取水構(gòu)筑物設(shè)計原則,應根據(jù)情況

16、在設(shè)計前進行水工模型試驗。 城市供水水源的設(shè)計枯水流量保證率一般可采用90%97%；設(shè)計最高水位一般按1的頻率確定，設(shè)計枯水位的保證率一般可采用90%99%。 應根據(jù)水源情況，采取各種防護措施。 防洪標準不應低于城市防洪標準，設(shè)計洪水重現(xiàn)期不得低于100年。 沖刷深度應通過調(diào)查與計算確定。 在通航河道上，應根據(jù)航運部門的要求在取水構(gòu)筑物處設(shè)置標志。 在高含沙河流下游淤積河段設(shè)置的取水構(gòu)筑物，應預留設(shè)計使用年限內(nèi)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(guān)部門同意。,.,四、固定式取水構(gòu)筑物的構(gòu)造和設(shè)計,（一）岸邊式取水構(gòu)筑物,1進水間,進水室的平面尺寸應根據(jù)

17、進水孔、格網(wǎng)和閘板的尺寸及安裝、檢修和清洗等要求確定； 吸水室的設(shè)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(shù)目和布置要求確定。,2進水孔,不同高程處分層設(shè)置進水孔,.,3進水間的附屬設(shè)備,（1）格柵：在取水頭部或進水間的進水孔處設(shè)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(jù)取水量大小、冰絮和漂浮物等情況確定。,進水孔的過柵流速,.,（2）格網(wǎng)：格柵后設(shè)置。,平板格網(wǎng),旋轉(zhuǎn)格網(wǎng),（3）排泥：采用排砂泵、排污泵、壓縮空氣提升器等設(shè)備。,（4）起閉設(shè)備：在進水間的進水孔、格網(wǎng)和橫向隔墻的聯(lián)通孔上設(shè)置 。常用平板閘門、滑閥和蝶閥等

18、。,（5）起吊設(shè)備：設(shè)在進水間上部的操作平臺上，用以起吊格柵、格網(wǎng)、閘板和其它設(shè)備。常用起吊設(shè)備有單軌吊車與橋式吊設(shè)備車。,.,4岸邊式取水泵房,水泵型號和臺數(shù)：34臺。 泵房平面：矩形、圓形等。 取水泵房的起吊設(shè)備：一級起吊和二級起吊。 防滲； 抗?。涸黾又匚铩㈠^固、增加摩擦。,.,（二）河床式取水構(gòu)筑物,1取水頭部,（1）取水頭部設(shè)計的一般要求,應設(shè)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(chǎn)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(shè)置航標加以保護。,.,（2）取水頭部

19、的型式與構(gòu)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,.,蘑菇式取水頭部,.,魚形罩式取水頭部,.,箱式取水頭部,圓形箱式取水頭部,菱形箱式取水頭部,.,橋墩式取水頭部,.,樁架式取水頭部,岸邊隧洞式喇叭口形 取水頭部,.,活動式 取水頭部,斜板式 取水頭部,.,（3）取水頭部進水孔的設(shè)計,進水孔的位置和方向應根據(jù)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(cè)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(cè)開進水孔； 有漂浮物或流冰的河流，應在側(cè)面設(shè)進水孔，以免水面旋渦吸入漂浮物； 河床為

20、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(shè)進水孔； 一般不宜在迎水面設(shè)進水孔。,.,2進水管,（1）設(shè)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(nèi)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(nèi)水流方向與正常運行時方向相反，即泥沙流向河床。,.,第四節(jié) 地表水輸水工程的選擇與設(shè)計,一、給水管網(wǎng)系統(tǒng),給水管網(wǎng)系統(tǒng)組成： 輸水管（渠） 配水管網(wǎng) 水壓調(diào)節(jié)設(shè)施（泵站、減壓閥） 水量調(diào)節(jié)設(shè)施（清水池、水塔、高地水池）等。,.,.,.,二、給水管網(wǎng)的布置,（1）根據(jù)城市規(guī)劃布置管網(wǎng)時，應考慮管網(wǎng)分期建設(shè)的

21、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(nèi)，保證用戶有足夠的水量和水壓； （4）管線敷設(shè)應盡可能短，以降低管網(wǎng)造價和供水能量費用。,（一）布置原則,.,（二）管網(wǎng)布置形式,樹狀網(wǎng)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(wǎng)中，斷水的范圍小，供水可靠性高，可減輕因水錘作用產(chǎn)生的危害，但其造價較高。 一般在城市初期可采用樹狀網(wǎng)，以后逐步連成環(huán)狀網(wǎng)。,.,（三）管網(wǎng)布置要點,干管延伸方向應與主要供水方向一致。 干管布設(shè)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、

22、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(wǎng)，則連接管的間距可根據(jù)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(shè)需要。 考慮施工和經(jīng)營管理上的問題。,.,三、管網(wǎng)流量、管徑和水頭損失,（一）管網(wǎng)流量,沿線流量,節(jié)點流量,.,（二）管徑確定,設(shè)計管徑,經(jīng)濟管徑,.,（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：,.,（一）水力計算的基本方程,連續(xù)性方程：,四、管網(wǎng)水力計算,能量方程：,壓降方程：,.,（二）管網(wǎng)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(jù)已知節(jié)點水壓求出其余各節(jié)點水壓。,.,（三）樹狀管網(wǎng)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(wǎng)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(jù)經(jīng)濟流速求出管徑，并求出水頭損