水资源开发工程.ppt

1、第五章 水资源开发工程,1.水资源开发工程的任务是按一定可靠度要求从水源取水并将其送至给水处理厂或用户。 2.我国研究历史： （1）远古人类逐水而居，主要利用地表水与泉水作为供水水源； （2）凿井取水：伯益作井 （3）战国时期魏国：西门豹治邺 引漳十二渠 （4）秦朝：李冰父子 四川都江堰 （5）现代：水利枢纽：三门峡、葛洲坝、三峡,第五章 水资源开发工程,三门峡水利枢纽,北京的水瓶子密云水库,葛洲坝水利枢纽,三峡水利工程,第五章 水资源开发工程,3.水资源开发利用方式的发展变化： （1）单一水源多水源 （2）技术：简易复杂 （3）耗费：低廉昂贵 （4）改造自然的程度：轻重 （5）伴随的环境、地

2、质和社会问题：越来越多。,第五章 水资源开发工程,第一节 地表水利用工程,一、地表水利用工程分类及适用条件： 1.河岸引水工程： 无坝引水、有坝引水 适用条件：引水量相对较小，河流水位和流量在年际与年内变幅不大。 2.蓄水工程水库工程 适用条件：河流水位和流量在年际与年内变化幅度很大。 3.输水工程：输水渠道和输水管道工程 适用情况：用水点和水源之间存在一定距离。水源集中而用水分散。,第五章 水资源开发工程,第一节 地表水利用工程,一、地表水利用工程分类及适用条件： 4.扬水工程：取水泵站工程 适用情况：水源从高程较低的地点输送到高程较高的地点。 取水泵站工程：地表水取水构筑物 地表水取水构筑

3、物按构造型式可分为固定式取水构筑物、活动式取水构筑物和山区浅水河流取水构筑物三大类。 由于地表水水源种类、性质、运动变化规律和取水条件各不相同，因而有多种形式的地表水取水构筑物，分别适用于特定的河流水文、地形及地质条件，以及取水构筑物的施工条件和技术要求。,构造型式,取水点的位置,结构类型,进水管的型式,取水泵型及泵房,斗槽的类型,坡道种类,接头连接,第五章 水资源开发工程,第一节 地表水利用工程,二、地表水取水位置的选择 （一）影响地表水取水的主要因素： 1取水河段的径流特征 2河流的泥沙运动及河床演变 3 河床与岸坡的岩性和稳定性 4河流的冰冻情况 5 河道中水工构筑物及天然障碍物 取水河

4、段的径流特征值（水位、流量、流速等）是确定取水构筑物设置位置、构筑物型式及结构尺寸的主要依据。 了解取水河段泥沙运动状态和分布规律可以防止泥沙、漂浮物等对取水构筑物及管道造成淤积和危害，或河道变迁造成取水脱流，甚至导致取水工程报废。,第五章 水资源开发工程,第一节 地表水利用工程,二、地表水取水位置的选择 （一）影响地表水取水的主要因素： 1取水河段的径流特征 2河流的泥沙运动及河床演变 3 河床与岸坡的岩性和稳定性 4河流的冰冻情况 5 河道中水工构筑物及天然障碍物 河床与岸坡稳定性对取水构筑物的位置选择有重要的影响。 坚硬的岩石河床不易被冲刷，不稳定的河段，一方面河流水力冲刷会引起河岸崩塌

5、，导致取水构筑物倾覆和沿岸滑坡，另一方面，还可能出现河道淤塞、堵塞取水口等现象。 取水构筑物的位置应选在河岸稳定、岩石露头、未风化的基岩上或地质条件较好的河床处。,第五章 水资源开发工程,第一节 地表水利用工程,二、地表水取水位置的选择 （一）影响地表水取水的主要因素： 1取水河段的径流特征 2河流的泥沙运动及河床演变 3 河床与岸坡的岩性和稳定性 4河流的冰冻情况 5 河道中水工构筑物及天然障碍物 研究冰冻过程对河流正常情况的影响，是正确考虑取水工程设施的重要因素。 在选择取水口位置时，应避开水工构筑物和天然障碍物的影响范围，否则应采取必要的措施。,第五章 水资源开发工程,第一节 地表水利用

6、工程,二、地表水取水位置的选择 （二）地表水取水位置的选择： （1）取水点应设在具有稳定河床、靠近主流和有足够水深的地段 不同类型河段适宜的取水位置如下： 顺直河段 取水点应选在主流靠近岸边、河床稳定、水深较大、流速较快的地段，通常也就是河流较窄处。 弯曲河段 凹岸泥沙不易淤积，水质较好，且主流靠近河岸，是较好的取水地段。 取水点应避开凹岸主流的顶冲点，在顶冲点下游15-20m。 也可在凸岸偏上游处。,第五章 水资源开发工程,第一节 地表水利用工程,二、地表水取水位置的选择 （二）地表水取水位置的选择： （1）取水点应设在具有稳定河床、靠近主流和有足够水深的地段 游荡型河段 结合河床、地形、地

7、质特点，将取水口布置在主流线密集的河段上。必要时需进行河道整治以保证取水河段的稳定性。 有边滩、沙洲的河段 一般应将取水点设在上游距沙洲500m以远处。 有支流汇入的顺直河段 取水口应离开支流入口处上下游有足够的距离，一般取水口多设在汇入口干流的上游河段上。,第五章 水资源开发工程,第一节 地表水利用工程,二、地表水取水位置的选择 （二）地表水取水位置的选择： （2）取水点应尽量设在水质较好的地段 供生活用水的取水构筑物应设在城市和工业企业的上游，距离污水排放口上游100m以远，并应建立卫生防护地带。 取水点应避开河流中的回流区和死水区，以减少水中泥沙、漂浮物进入和堵塞取水口。 在沿海地区受潮

8、汐影响的河流上设置取水构筑物时，应考虑到海水对河水水质的影响。,第五章 水资源开发工程,第一节 地表水利用工程,二、地表水取水位置的选择 （二）地表水取水位置的选择： （3）取水点应设在具有稳定的河床及岸边，有良好的工程地质条件的地段，并有较好的地形及施工条件 （4）取水点应尽量靠近主要用水区 （5）取水点应避开人工构筑物和天然障碍物的影响 （6）取水点应尽可能不受泥沙、漂浮物、冰凌、冰絮、支流和咸潮等影响,第五章 水资源开发工程,第一节 地表水利用工程,二、地表水取水位置的选择 （二）地表水取水位置的选择： （7）取水点的位置应与河流的综合利用相适应，不妨碍航运和排洪，并符合河 道、湖泊、水

9、库整治规划的要求； （8）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。,第五章 水资源开发工程,第一节 地表水利用工程,三、河岸引水工程 （一）无坝引水： 1.适用情况：小城镇供水或农业灌溉用水。 优点：利用地势，通过进水闸自流引水。 缺点：引水口一般距离引水地点较远，引水渠通常会遇到难工险段。 2.主要工程： （1）进水闸：自流引水。作用是控制入渠流量。 （2）冲沙闸：冲走淤积在进水闸前的泥沙 （3）导流堤：导流引水、防沙。枯水期可以截断河流，保证引水。 都江堰水利工程。,第五章 水资源开发工程,第一节 地表水利用工程,三、河岸引水工程 （二）有坝引水： 1.

10、适用情况：山区河流取水深度不足，或取水量占河流枯水量的百分比较大（30%以上），推移质不多时，可在河流上修筑低坝来抬高水位和拦截足够水量，或者采用底部进水方式。 主要优点：引水距离缩短，缩短了输水干渠（管）线路长度。 缺点：增加拦河坝的工程量。 2.主要工程组成：固定式低坝取水 （1）拦河坝：抬高水位。 一般是溢流坝型式，坝顶一般高出河底0.5-1.0m。坝身常为混凝土或浆砌块石。 有时为了防止溢流坝在溢流时河床遭受冲刷，在坝下游一定范围内铺筑护坦。,第五章 水资源开发工程,第一节 地表水利用工程,三、河岸引水工程 （二）有坝引水： 2.主要工程组成：固定式低坝取水。 （1）拦河坝：抬高水位。

11、 （2）冲沙闸：利用上下游的水位差，将坝上游沉积的泥沙排至下游。 （3）进水闸：进水闸的轴线与冲沙闸线的夹角为30-60度，一边在正面取水，侧面排沙。 （4）防洪堤：减少拦河坝上游淹没损失，洪水期保护上游城镇、交通安全，在拦河坝上游沿河修筑的。 此外：船闸、鱼道、筏道、水电站。,第五章 水资源开发工程,第一节 地表水利用工程,三、河岸引水工程 （二）有坝引水： 3.活动式低坝取水： 活动式低坝是枯水期能挡水和抬高上游的水位，洪水期可以开启，减少上游淹没的面积，并能冲走坝前沉积的泥沙；但维护管理较复杂。近些年来广泛采用的新型活动坝有橡胶坝、浮体闸等。,（1）橡胶坝,（2）浮体闸,第五章 水资源开

12、发工程,第一节 地表水利用工程,四、蓄水工程水库工程 取水量较大，河流正常特征值满足不了的情况下通过兴建水库进行径流调节。 （一）、水库的作用和特性： 1.作用：调节径流：水库可以按季节或年度重新分配径流，防止水旱灾害。 还可以利用蓄水和抬高水位进行灌溉、供水、发电、航运、水产养殖以及旅游等。 2.水库的面积容积特性曲线：水库的调节性能。 3.水库的特征水位和相应库容： （1）死库容：设计低水位。 用于淤沙、灌溉、发电、航运、养鱼、旅游等。,第五章 水资源开发工程,第一节 地表水利用工程,四、蓄水工程水库工程 （一）、水库的作用和特性： 3.水库的特征水位和相应库容： （1）死库容：设计低水位

13、。 （2）兴利库容（有效库容、调蓄库容）：设计蓄水位、正常蓄水位、兴利水位。 保证各部门枯水期的正常用水。 如三峡的正常蓄水位为175m。 正常蓄水位。 （3）调洪库容（防洪库容）：汛前限制水位、防洪限制水位。 如三峡的防洪限制水位145m。 （4）设计洪水位：水库在洪水期允许达到的最高水位。 （5）校核洪水位：校核洪水。,第五章 水资源开发工程,第一节 地表水利用工程,四、蓄水工程水库工程 （一）、水库的作用和特性： 3.水库的特征水位和相应库容： （1）死库容：设计低水位。 （2）兴利库容（有效库容、调蓄库容）：正常蓄水位、兴利水位。 （3）调洪库容（防洪库容）：防洪限制水位。 （4）设计

14、洪水位： （5）校核洪水位： 总库容：校核洪水位到库底。 有效库容：总库容减去死水位库容。 兴利库容：正常蓄水位与死水位之间的库容。 防洪库容：设计洪水位与限制洪水位之间的库容,第五章 水资源开发工程,第一节 地表水利用工程,四、蓄水工程水库工程 （二）、水利枢纽： 定义：组成水库的水工建筑物。 2.组成： （1）挡水建筑物各种拦河坝 （2）泄水建筑物溢洪道及泄水隧洞等。 （3）引水建筑物输水隧洞或水电站进水口。,上图为丹江口水库大坝，下图为丹江口水利枢纽平面布置图,第五章 水资源开发工程,第一节 地表水利用工程,四、蓄水工程水库工程 （二）、水利枢纽： 定义：组成水库的水工建筑物。 2.组成

15、： （1）挡水建筑物各种拦河坝 一般按建筑材料分：土石坝、混凝土坝和浆砌石坝。 常见的混凝土坝为：重力坝、拱坝、支墩坝等。 浆砌块石坝：重力坝和拱坝等。,第五章 水资源开发工程,第一节 地表水利用工程,四、蓄水工程水库工程 （二）、水利枢纽： 定义：组成水库的水工建筑物。 2.组成： （1）挡水建筑物各种拦河坝 （2）泄水建筑物排泄多余数量 土石坝：河岸溢洪道、泄水隧洞或涵管。 混凝土坝和浆砌石坝：溢流坝段和泄水底孔。 （3）引水建筑物：为宣泄洪水、城市给水、灌溉、发电、放空水库、施工导流及排水的目的。,五、输水工程,1、渠道工程 1）、渠道的布置原则 2）、渠道断面 3）、渠道的渗透损失 与

16、防渗 2、管道工程,西安水厂的输水渠道,渠道断面示意图,灌溉用管道与接口,六、扬水工程（取水建筑物）,取水建筑物的类型 （一）固定式取水建筑物是各种类型的地表水取水构筑物中应用广泛的一种。 分类：岸边式，河床式、斗槽式。 主要缺点：当河水水位变化较大时，构筑物的高度需相应地增加，因而工程投资较高，水下工程量较大，施工期长，扩建困难。 （二）、活动式取水建筑物 在水流不稳定，河势复杂的河流上取水，修建固定式取水建筑物往往需要进行耗资巨大的河道整治工程，修建取水口会影响航运等。因此，在此条件下修建活动式取水建筑物。,岸边式取水建筑物 1、进水口 2、格网 3、集水井 4、泵房,直接从江河岸边渠水的

17、构筑物。由进水间和泵房组成。适于江河岸边较陡，主流近岸，有足够水深，水质和地质条件好，水位变幅不大。 按照集水井与泵房是否合建，分为合建和分建式。 集水井：是取水设施，一般由进水间、格网和吸水间三部分组成，顶部设操作平台，安装格栅、格网、闸门等设备的起吊装置。 进水间前壁设有进水孔，孔上设有格栅及闸门槽，格栅用来拦截水中粗大的漂浮物及鱼类等。进水间和吸水间用纵向隔墙分开，在分隔墙上可以设置平板格网，用以拦截水中细小的漂浮物。 当采用旋转格网时，应在进水间和吸水间之间设置格网室。 水流经过装有格栅的进水孔进入集水井的进水间，再经过格网进入吸水间，然后由水泵抽走。,1.岸边式取水构筑物,（1）合建

18、式岸边取水构筑物 合建式岸边取水构筑物将集水井和泵房合建在一起所示。其特点是布置紧凑，总建筑面积小，吸水管路短，运行安全，维护方便；但土建结构复杂，施工较困难。适用于河岸坡度较陡、岸边水流较深且地质条件较好、水位变幅和流速较大的河流。在取水量大、安全性要求较高时，多采用此种型式。,1.岸边式取水构筑物的型式,（2）分建式岸边取水构筑物 当河岸处地质条件较差，以及集水井与泵房不宜合建，宜采用分建式岸边取水构筑物，由于将集水井和泵房分开建造，泵房可离开岸边，建于地质条件较好处，因此可使土建结构简单，易于施工；但吸水管较长，增加了水头损失，维护管理不太方便，运行安全性较差。,1.岸边式取水构筑物的型

19、式,河床式取水建筑物 1、取水头部 2、进水管 3、集水井 4、泵房 a为合建式。b为分建式。,在河心设置进水孔，从河心取水的构筑物。 适于河床稳定，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，而河中又具有足够水深或较好水质。 河床式取水构筑物，其取水设施包括取水头部、进水管和集水井和泵房。 河水经取水头部上带有格栅的进水孔，沿进水管流入集水井的进水间，然后经格网进入集水井的吸水间，最后由水泵抽走。,2.河床式取水构筑物,高位进水孔,优点： （1）靠重力自流，工作可靠， （2）比单用自流管进水安全、可靠，可分层取水 缺点：敷设自流管土方量大,适用条件：河滩宽、河岸高、自流管埋深大或

20、河岸为坚硬岩石及管道需穿越防洪堤。 优点： （1）大大减少水下施工量和土石方量， （2）工期缩短，节约投资 缺点（1）虹吸管必需做主严密、不漏气 （2）需真空管路系统 （3）启动时间长运行不方便,适用条件：（1）取水量小、河中漂浮物少、水位变幅不大 优点： （1）泵房埋深小不设集水井，施工简单造价低。 缺点：施工质量高、不能漏气 泥沙粒径大时磨损水泵快 漂浮物易堵塞取水头部和水泵,适用条件：（1）取水量大、岸坡较缓、岸边不易建泵房、河道含沙量高，水位变幅大，河床地质条件较好。、水位变幅不大 缺点：基础埋设较深，施工复杂，造价高，维护管理不便，影响航运。,适用条件：（1）水位变幅大于10m，骤涨

21、骤落，水流速大。 优点：泵房面积小，对集水防渗、抗浮低 电动机等通风及防潮条件好运行管理方便。 缺点：水泵检修时需要吊装全部泵管、拆卸工作量大。,适用条件：（1）岸地基较稳定，水位变幅大于洪水历时短，长期为枯水期，含沙量少，。 优点：泵房深度浅，土石方量小，构筑物所受浮力小，结构简单造价低. 缺点：通风和采光条件差，噪声大，操作管理、检修和运输不便、防渗要求高，洪水其格栅难以起吊、冲洗。,上图：淹没式泵房 下图：活动式取水建筑物（缆车式）,斗槽的类型按其水流补给的方向可分为顺流式斗槽、逆流式斗槽、侧坝进水逆流式斗槽和双向式斗槽，见图612。 （1）顺流式斗槽：斗槽中水流方向与河流流向基本一致如

22、图612(d)所示。顺流式斗槽适用于含沙量较高但冰凌不严重的河流。 （2）逆流式斗槽：逆流式斗槽中水流方向与河流流向相反，如图612（b）所示。适用于冰凌情况严重、含沙量较少的河流。 （3）侧坝进水逆流式斗槽 ：在逆流式斗槽渠道的进口端建两个斜向的堤坝，伸向河心，如图612（c）所示。适用于含沙量较高的河流。,3.斗槽的型式,(4）双向式斗槽：是顺流式和逆流式的组合，兼有二者的特点，如图612（d）所示。这种型式的斗槽适用于冰凌严重且泥沙含量高的河流。,3.斗槽的型式,按照斗槽伸入河岸的程度，可分为以下几种： 斗槽全部设置在河床内。适用于河岸较陡或主流离岸较远以及岸边水深不足的河流。 斗槽全部

23、设置在河岸内。这种型式适用于河岸平缓、河床宽度不大、主流近岸或岸边水深较大的河流。 斗槽部分伸入河床。其适用特点和水流条件介于以上二者之间。,4斗槽的型式,在固定式取水构筑物中，一般包括集水井和泵房、取水头部和进水管等。下面分别对这几部分做简要介绍。 1集水井 （1）集水井平台： 取水构筑物集水井平台上应设置便于操作的闸阀启闭设备和格栅、格网起吊设备；必要时还应设清除泥沙的设施。集水井有半淹没式和非淹没式两种。 （2）进水间： 进 水间通常用隔墙分成可独立工作的若干分格，其分格数目应按水泵的台数和容量大小以及格网的类型确定，一般不少于两格。进水间的平面尺寸应根据进水孔、格网和闸板的尺寸及安装、

24、检修和清洗等要求确定，同时应保证进水均匀、平稳。,4.固定式取水构筑物主要构造,在固定式取水构筑物中，一般包括集水井和泵房、取水头部和进水管等。下面分别对这几部分做简要介绍。 1集水井 （3）进水孔 取水构筑物的进水孔应设置格栅，栅条间净距应根据取水量大小、冰絮和漂浮物等情况确定，小型取水构筑物一般为3050mm，大、中型取水构筑物一般为80120mm。 （4）格栅的防冰措施 在北方有冰冻的河流上取水时，为防止进水孔格栅堵塞，可采取下列措施： 降低进水孔流速； 加热格栅； 利用废热水； 其他 如：机械清除、反冲洗、在进水孔上游设挡冰木排等。 （5）集水井的排泥和冲洗,4.固定式取水构筑物主要构

25、造,在固定式取水构筑物中，一般包括集水井和泵房、取水头部和进水管等。下面分别对这几部分做简要介绍。 2取水泵房 取水泵房又称一级泵房或水源泵房，可与集水井、出水闸门井合建或分建。取水泵房常常建得较深，以保证枯水位时水泵能吸水，而洪水位时不被淹没。 （1）取水泵房的平面形状 泵房平面有圆形、矩形、椭圆形等。,4.固定式取水构筑物主要构造,在固定式取水构筑物中，一般包括集水井和泵房、取水头部和进水管等。下面分别对这几部分做简要介绍。 2取水泵房 （2）取水泵房的平面布置 泵房中取水泵的台数一般采用34台（包括备用泵）。泵房内除水泵机组外，还有变配电、控制、采暖通风、起重、排水等附属设备。 （3）取

26、水泵房高程布置 当泵房在渠道边时，为设计最高水位加0.5m； 当泵房在江河边时，为设计最高水位加浪高再加0.5m； 当泵房在湖泊、水库或海边时，为设计最高水位加浪高再加0.5m。,4.固定式取水构筑物主要构造,在固定式取水构筑物中，一般包括集水井和泵房、取水头部和进水管等。下面分别对这几部分做简要介绍。 3取水头部 （2）取水头部的型式和构造 管式取水头部 管式取水头部是一个设有格栅的金属喇叭管，安装在虹吸管、自流管或水泵吸水管上。,4.固定式取水构筑物主要构造,泥沙多、漂浮物多, 蘑菇式取水头部 蘑菇式取水头部是一个垂直向上的喇叭管，上面加一金属帽盖，见图615。, 鱼形罩式取水头部 鱼形罩

27、式取水头部是由钢板卷焊、两端带有圆锥体的圆筒，圆筒表面和背水的圆锥体表面上开设圆形进水孔，如图616所示。, 箱式取水头部 由钢筋混凝土箱和设在箱内的金属管组成，箱的侧面或顶部开设进水口，进水口上设格栅，见图617所示。, 桥墩式取水头部 用于中小型的取水构筑物和水深较小、船只通航不频繁的河流。图618所示为淹没式取水头。, 桩架式取水头部 如图619所示，这种型式的取水头部适用于流速较小、水位变化不大、有足够水深、河床可打桩且无流冰的河流，在长江下游以及中小型取水构筑物中应用较多。, 斜板式取水头部 在取水头部上设置斜板，如图620所示。在我国西南地区采用较多，对从山区河流取水的小型工程也较适用。, 活动式取水头部,4进水管 进水管有自流管和虹吸管两种。 (1) 自流管 自流管一般采用钢管、铸铁管或钢筋混凝土管。自流管管顶应在河床冲刷深度以下0.250.3m，不易冲刷的河床，管顶最小埋深应在河床以下0.5m。 （2）虹吸管 虹吸管宜采用钢管，以保证密封不漏气。 虹吸管的