1、江江 河河 取取 水水 工工 程程主 講 人：賈 萬(wàn) 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(diǎn)，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(diǎn)。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(yùn)動(dòng)發(fā)展的結(jié)果。 沖淤演變常造成主流擺動(dòng)，取水口脫流而無(wú)法取水，圖1-3就是長(zhǎng)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(jìn)行了正確預(yù)測(cè)，就成為取水工程建設(shè)的重要安全問題。 圖1-3 長(zhǎng)江

2、荊江尺入口河段發(fā)展示意圖2.2.相關(guān)的河流學(xué)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(diǎn) 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(guó)長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)江南京八卦洲分衩型河段 游蕩型河段：其特點(diǎn)是中水

3、河槽寬淺，河灘密布，汊道交織，水流散亂，主流擺動(dòng)不定。一般不宜在該河建設(shè)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(duì)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(guān)關(guān)系 在水流長(zhǎng)期作用下，有可能形成與河段相適應(yīng)的均衡狀態(tài)，在水流長(zhǎng)期作用下，有關(guān)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(guān)系。這就是所謂的河相關(guān)系，亦稱河相相

4、關(guān)。 2.5 河床穩(wěn)定性指標(biāo)：河床穩(wěn)定性對(duì)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(huì)認(rèn)為可用下式計(jì)算河流的穩(wěn)定指標(biāo) (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(zhǔn)數(shù)。一般來(lái)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(jié)構(gòu) 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(zhǎng)的10%20%，所以天然河道基本上是彎曲的。 3.2彎道的水流運(yùn)動(dòng)：水流進(jìn)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(dá)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(dòng)力軸線：水流動(dòng)力軸線又稱主流線。 為了解河勢(shì)變化，常對(duì)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(diǎn) 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(lái)流的25%30%，引水口最好選在頂沖點(diǎn)以下距凹岸起點(diǎn)下游45倍河寬的地段。另?yè)?jù)達(dá)涅利亞研究，理想取水點(diǎn)的位置從彎道起點(diǎn)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(zhuǎn)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(duì)水流結(jié)構(gòu)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(jì)九十年代，我公司承接包頭供水工程時(shí)，對(duì)該河段紅枯分析做了大量分析計(jì)算，圖4-1為水文要素統(tǒng)計(jì)表，圖4-2、圖4-3、圖4-4為洪、枯流量和水位統(tǒng)計(jì)曲線圖。 4.3洪水統(tǒng)計(jì)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(dá)。 式中yd為眾值坐標(biāo)，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(gòu)筑物位置的合理選擇 合理的選擇取水構(gòu)筑物位置，除遵循設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)手冊(cè)所列的各項(xiàng)一般原則外，還要結(jié)合取水河段的泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律和河道演變特點(diǎn)，從洪枯變化、河道走向，沖淤狀況和地質(zhì)地貌等方面進(jìn)行綜合分析判斷，必要時(shí)，通過水工模型實(shí)驗(yàn)來(lái)最后確定。圖5.0就是我院對(duì)包頭取水口選擇的方案系統(tǒng)圖。 5.1選擇取水構(gòu)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(shí)測(cè)資料分析5.4黃河取水位置選擇的幾個(gè)條件 1）取水河段應(yīng)主流穩(wěn)定。 2）河段有支流匯入時(shí)，取水口應(yīng)選擇在支流匯入的影響范圍

8、之外。 3）取水口應(yīng)選在冰水分層且浮冰能順流而下的河段。 4）取水口應(yīng)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(shì)控制節(jié)點(diǎn)附近。 6.0已建取水構(gòu)筑物的情況與示例 6.1合建岸邊式取水構(gòu)筑物 合建岸邊式取水構(gòu)筑物，其特點(diǎn)是進(jìn)水間與泵房合建在一起，合建式岸邊取水構(gòu)筑物管理方便，運(yùn)行安全可靠。黃河上大、中型取水構(gòu)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(gòu)筑物是把進(jìn)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(gòu)筑物用棧橋和岸上聯(lián)絡(luò)。 寧夏石嘴山電廠取水構(gòu)筑物為合建河心式，其平面形狀為圓角馬蹄形，側(cè)面進(jìn)水。 7.0包頭畫匠營(yíng)子取水工程簡(jiǎn)介7.1河段的自然情況7.2河工模型試驗(yàn)7.3取水泵站的設(shè)計(jì)特點(diǎn) 1、適應(yīng)主流游落擺動(dòng)規(guī)律，選擇“三點(diǎn)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(yùn)轉(zhuǎn)中幾個(gè)難點(diǎn)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(yùn)動(dòng)時(shí)剪切力與切變率的關(guān)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