江河取水工程

1、江江 河河 取取 水水 工工 程程 主 讲 人：贾 万 新 江河取水概说 1.1江河水源分布广泛 ： 江河在水资源中具有水量充沛，分布广泛得特点，常用于 作为城市和工矿供水水源。 1.2江河取水的自然特性： 江河取水受自然条件和环境影响较大，必须充分了解江河 的径流特点。 1.3全面了解河道的冲淤变化： 河道在水流作用下，不断地发生着平面形态和断面形态 的变化，这就是通常所说的河道演变。河道演变是河流水沙 状况和泥沙运动发展的结果。 冲淤演变常造成主流摆动，取水口脱流而无法取水，图 1-3就是长江荆江尺八口河段的演变状况。 可见重视河道的冲淤变化并进行了正确预测，就成为取 水工程建设的重要安全

2、问题。 图1-3 长江荆江尺入口河段发展示意图 2.2.相关的河流学述要 2.1河流的一般特性 河流大致分为山区河流和平原河流两大类： 1）山区河流：洪水猛涨猛落是山区河流的重要水文特点 2 ) 平原河道：平原河道按其平面形态，可分为四种基本类 型，即顺直型，弯曲型，分叉型和游荡型。 顺直型河段，图（2-2-1）是俄罗斯维斯纳河顺直河段的 边滩分布图，这种河型在我国长江以及松花江上都有分布。 图 2-2-1 弯曲型河段： 该型河段是平原河道最常见的河型，长 江荆江河段（如图2-2-2）都是这种河段的代表。 图 2-2-2 分汊型河道：分汊型河道亦称江心洲型河道 图 2-2-3 长江南京八卦洲分

3、衩型河段 游荡型河段：其特点是中水河槽宽浅，河滩密布，汊道 交织，水流散乱，主流摆动不定。一般不宜在该河建设取水 工程。 图2-2-4 黄河花园口游荡型河段 2.3平原河道的水文特性 1）河床纵坡平缓，水面比降较小。多在110 以下。 2）流速相对较低，一般都在23m/s以下。 3）含沙量较低。 4 ）洪枯水量与水位变化较小。 5）河道断面形式：断面形式因河道型式而异，如图2-2-5所 示 图图2-2-5 平原河流不同河段横断面图平原河流不同河段横断面图 2.4平原河道的相关关系 在水流长期作用下，有可能形成与河段相适应的均衡状 态，在水流长期作用下，有关河深h,河宽B,比降J，和流量Q。 其

4、因素常存在一定的函数关系。这就是所谓的河相关系，亦 称河相相关。 2.5 河床稳定性指标： 河床稳定性对取水建筑物十分重要，河床稳定包括河床底部的 稳定性和和河岸的稳定性，黄河水利委员会认为可用下式计算 河流的稳定指标 (2-4) 公式（2-4）量纲和谐，不仅能确定河型特性，还能用作河 流模拟的相似准数。一般来说，游荡性河道的ZW值为2.2，弯 曲河流为25，稳定分汊河道为13，亚稳定分汊河道为8. 3 2 3 1 50 3 )( JB HD Z w 3.0河弯的水流结构 3.1天然河道的平面形态：天然河道多处于弯弯相连的状 态，据调查，天然河段的直段部分只占全河长的10%20%， 所以天然河

5、道基本上是弯曲的。 3.2弯道的水流运动：水流进入弯道后，在离心力的作用 下表层水流向凹岸，弯道水流离心力F可近似表达为： R v g F 2 * 河道流速分布是表层大，底层小，因此表层水流向凹岸， 使凹岸水面雍高，从而形成横比降。受横比降作用，在断面 内形成横向环流。如图3-2所示。 图3-2 弯道水流示意图 3.3弯曲河道的水流动力轴线：水流动力轴线又称主流线。 为了解河势变化，常对各不同年代的深泓线绘制成套绘 图，深泓线紧密的地方均可作为取水口的备选位置。 3.4弯曲河道的最佳引水点 北方河道的洪枯水量相差悬殊，枯水期引水保证率较低， 一般只能引取河道来流的25%30%，引水口最好选在顶

6、冲点 以下距凹岸起点下游45倍河宽的地段。另据达涅利亚研究， 理想取水点的位置从弯道起点算起，其距离由下式确定： 148 .0 B R BL 3.5格氏加速度： 和弯道造成横向环流相类似，地球因 自转而改的格里奥力斯力和格氏加速度也可产生水面横比降， 从而对水流结构造成影响， 格氏加速度的法则是：惯性力总是使水流紧压右岸（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频率分析样本的选用 上世纪九十年代，我公司承接包头供水工程时，对该河段 红枯分析做了大量分析计算，图4-1为水文要素统计表，图4- 2、图4-3、图4-4为洪、枯流量和水位统计曲线图。 4.3洪水统计参

7、数的沿程变化 前面谈到，水文特征值的变化符合皮尔逊111型曲线的变 化规律，皮尔逊曲线由如下方程表达。 式中yd为众值坐标，r=，d为偏差半径，a为众值与曲线左 端的距离。 rarx d d x eyy)1 ( 5.0取水构筑物位置的合理选择 合理的选择取水构筑物位置，除遵循设计规范和设计手 册所列的各项一般原则外，还要结合取水河段的泥沙运动规 律和河道演变特点，从洪枯变化、河道走向，冲淤状况和地 质地貌等方面进行综合分析判断，必要时，通过水工模型实 验来最后确定。图5.0就是我院对包头取水口选择的方案系统 图。 5.1选择取水构筑物位置需收集的资料 1）水文资料 2）河相资料 3）地质资料

8、4）其他 5.2取水河段的冲淤变化分析 5.3天然河道实测资料分析 5.4黄河取水位置选择的几个条件 1）取水河段应主流稳定。 2）河段有支流汇入时，取水口应选择在支流汇入的影响 范围之外。 3）取水口应选在冰水分层且浮冰能顺流而下的河段。 4）取水口应选在工程地质条件良好的河段。 5）取水口可选在河道比较顺直没有分叉的河段。 6）选在弯曲河段凹岸的下游，如山东打渔张饮水口。 （图5-5） 如山东打渔张引水口。（图5-5） 7）选在河势控制节点附近。 6.0已建取水构筑物的情况与示例 6.1合建岸边式取水构筑物 合建岸边式取水构筑物，其特点是进水间与泵房合建在一 起，合建式岸边取水构筑物管理方

9、便，运行安全可靠。黄河 上大、中型取水构筑物采用较多的一种形式。 6.2合建河心式 合建河心式取水构筑物是把进水间和提升泵房等全建在 河流中间的一种取水形式。取水构筑物用栈桥和岸上联络。 宁夏石嘴山电厂取水构筑物为合建河心式，其平面形状 为圆角马蹄形，侧面进水。 7.0包头画匠营子取水工程简介 7.1河段的自然情况 7.2河工模型试验 7.3取水泵站的设计特点 1、适应主流游落摆动规律，选择“三点式”取水 2、合建式岸边取水泵站 7.4取水墩、自流管 7.5解决施工及运转中几个难点问题的措施 8.0高含沙水及其特性 8.1高含沙水的流变特性 流变特性，系指水体运动时剪切力与切变率的关系，清 水或含沙量较低的浑水，剪切力切变率服从牛顿内摩擦定律， 即 （8-1） y u 8.2 揭河底：揭河底是河床冲刷的突变过程。高含沙水流 将大片河床沉积