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第六章 取水工程,第一节 地表水资源供水特征与水源选择 第二节 地表水取水工程 第三节 地下水水源地选择 第四节 地下水取水构筑物的类型和适用条件,水源方面各种天然水体的存在形式、运动变化规律、作为给水水源的可能性，为供水目的而进行的水源勘查、规划、调节治理与卫生防护等。 取水构筑物方面各种水源的选择和利用，从各种水源取水的方法，各种取水构筑物的构造形式，设计计算，施工方法和运行管理等。,第一节 地表水资源供水特征与水源选择,一、地表水源的供水特征 水量大、总溶解固体含量较低、硬度小 时空分布不均 易受污染 泥沙和SS含量高 取水条件及取水构筑物一般比较复杂,第一节 地表水资源供水特征与水源选择,二、水源地选择原则 进行水源勘察 水源的选用应通过技术经济比较 水源的流量有一定的保证率 地表水与地下水联合使用 相关部门的书面同意书,第一节 地表水资源供水特征与水源选择,三、水源选择要求,水源选择应密切结合城市远近期规划和工业总体布局要求，通过技术经济比较后综合考虑确定。 所选水源应该水质良好且稳定、水量充沛并能持续开发利用、易于进行卫生防护、靠近主要用水区域、有利于水资源的综合利用、具有良好的取水构筑物施工条件。,第一节 地表水资源供水特征与水源选择,四、防止水源水质污染措施 合理规划城市居住区和工业区，应尽量将容易造成污染的工厂布置在城市及水源地的下游； 加强水源水质监督管理，制定污水排放标准并切实贯彻实施； 勘察新水源时，应从防止污染角度，提出卫生防护条件与防护措施； 进行水体污染调查研究，建立水体污染监测网。,第一节 地表水资源供水特征与水源选择,五、地表水源卫生防护 取水点周围半径100m的水域内严禁捕捞、停靠船只、游泳和从事可能污染水源的任何活动，并应设有明显的范围标志和严禁事项的告示牌； 河流取水点上游1000m至下游100m的水域内，不得排入工业废水和生活污水；饮用水水源的水库和湖泊，应根据情况将取水点周围部分水域或整个水域及其沿岸列入防护范围；受潮汐影响的河流取水点的防护范围，由水厂会同卫生防疫站、环境卫生监测站研究确定。,第二节 地表取水工程,分类： 按水源种类可分为河流、湖泊、水库及海水取水构筑物； 按取水构筑物的构造形式可分为固定式(岸边式、河床式、斗槽式)和活动式(浮船式、缆车式)两种，在山区河流上，有低坝式和底栏栅式取水构筑物。,第二节 地表取水工程,一、影响地表水取水的主要因素 1. 取水河段的径流特征 水位（最高、最低、平均）、流量（最大、最小、平均） 、流速（最大、最小、平均）,第二节 地表取水工程,2. 河流的泥沙运动及河床演变 1）泥沙运动 运动状态： 床沙：静止 推移质：沿河床滑动、滚动、跳动 悬移质： 床沙是组成河床表面的静止泥沙,河流泥沙是指在河流中运动的以及组成河床的泥沙，所有在河流中运动及静止的粗细泥沙、大小石砾都称为河流泥沙。,第二节 地表取水工程,在水流的作用下，沿河床滚动、滑动或跳跃前进的泥沙、称为推移质(又称底沙)；这类泥沙一般粒径较粗，通常占江河总含沙量的510。 悬浮在水中，随水流前进的泥沙，称为悬移质(也称悬沙)。这类泥沙一般颗粒较细。在冲积平原河流中约占总含沙量的9095。,河流弯断、直断、凹岸、凸岸、边滩及深水线,第二节 地表取水工程,泥沙运动的影响因素：泥沙粒径、水流速度 水流运动： 纵向流 环流：河床冲涮和淤积,第二节 地表取水工程,含沙量：单位体积河水内挟带泥沙的重量，以kg/m3表示。 江河横断面上各点的水流脉动强度不同，含沙量的分布亦不均匀，一般来说，越靠近河床含沙量越大，泥沙粒径较粗；越靠近水面含沙量越小，泥沙粒径较细；河心的含沙量高于两侧。,第二节 地表取水工程,2）河床演变 水流与河床相互作用，使河床形态不断发生变化的过程。水流与河床的相互作用通过泥沙运动体现。 挟沙能力：水流能够挟带泥沙的饱和数量。 水流条件改变时，挟沙能力也随之改变。如果上游来沙量与本河段水流挟沙能力相适应，河床既不冲刷，也不淤积，如果来沙量与本河段水流挟沙能力不相适应，河床将发生冲刷或淤积。,第二节 地表取水工程,单向变形 往复变形 纵向变形 横向变形 单向变形是指在长时间内，河床缓慢地不间断地冲刷或不间断地淤积，不出现冲淤交错。 往复变形是指河道周期性往复发展的演变现象。 纵向变形是河床沿纵深方向的变化，表现为河床纵剖面上的冲淤变化。 横向变形是河床在与水流垂直的方向上，向两侧的变化，表现为河岸的冲刷与淤积，使河床平面位置发生摆动。,第二节 地表取水工程,河床纵向变形由水流纵向输沙不平衡引起，而纵向输沙不平衡由来沙量随时间变化和沿程变化、河流比降和河床宽度沿程变化导致。 河床横向变形由水流横向输沙不平衡引起，而横向输沙不平衡主要由环流造成。,第二节 地表取水工程,3）河段 顺直型：浅滩深槽冲淤交替，并向下游平移 弯曲型：浅滩深槽水深相差大 游荡型：演变强度大、变形速度快、河漫滩广阔 汊道型：河岸坍塌和淤积，江心洲的迁移和汊道的兴衰,冲积平原河段类型,顺直型河段,弯曲型河段,游荡型河段,汊道型河段,第二节 地表取水工程,3.影响河床演变的主要因素,1)河段的来水量 来水量大，河床冲刷，来水量小，河床淤积； 2)河段的来沙量、来沙组成 来沙量大、沙粒粗，河床淤积，来沙量少、沙粒细，河床冲刷； 3)河段的水面比降 水面比降小，河床淤积；水面比降增大，河床冲刷；,第二节 地表取水工程,4）河床与岸坡的岩性和稳定性： 取水构筑物应选在河岸稳定、岩石露头、未风化的基岩上或地质条件较好的河床处。 在地震区要按照防震要求设计。 5）河流的冰冻情况：秋季流冰期、封冻期和春季流冰期。 1）冰冻：冰晶水内冰冰盖冻结 底冰 冰坝 2） 对取水构筑物影响 增加水头损失，冲击、挤压取水构筑物,第二节 地表取水工程,6）河道中水工构筑物及天然障碍物,第二节 地表取水工程,二、地表水取水位置的选择 1. 取水点应设置在具有稳定河床、靠近主流和有足够水深的地段： 顺直河段：靠岸、河床稳定、水深较大、流速较快 。取水口水深一般要求不小于2.5-3.0m。 弯曲河段：凹岸 ,一般设在顶冲点下游1520m。 游荡性河段：主流线密集的河段上或河道整治 有边滩沙洲的河段：沙洲上游500m远处 有支流汇入的顺直河段：汇入口干流的上游河段,凹岸河段取水位置,游荡性河段取水位置选择示意,将取水口布置在主流线密集的河段上，必要时进行河流整治,第二节 地表取水工程,2. 取水点应尽量设在水质较好的地段 排污口上游100m以外，并建立卫生防护带 避开回流区、死水区 考虑海水影响,第二节 地表取水工程,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，并有良好的地形和施工条件 取水构筑物应设在地质构造稳定、承载力高的地基上； 取水构筑物不宜设在有宽广河漫滩的地方，以免进水管过长； 选择取水构筑物位置时，要尽量考虑到施工条件，除要求交通运输方便，有足够的施工场地外，还要尽量减少土石方量和水下工程量，以节省投资，缩短工期。,第二节 地表取水工程,4.靠近主要用水区 取水构筑物位置选择应与工业布局和城市规划相适应，全面考虑整个给水系统的合理布置。 在保证取水安全的前提下，取水构筑物应尽可能靠近主要用水地区，以缩短输水管线的长度，减少输水管的投资和输水电费。此外，输水管的敷设应尽量减少穿过天然或人工障碍物。,第二节 地表取水工程,5.避开人工构筑物和天然障碍物 桥墩：上游0.51.0km，下游1.0km以外 丁坝：上游或对岸（150200m 码头：距码头边缘至少100m外 拦河闸坝：闸坝上游100200m处，闸坝影响范围外 陡崖、石嘴：附近不宜设置,第二节 地表取水工程,6.尽可能不受泥沙、漂浮物、冰凌、冰絮等的影响 在北方地区的河流上设置取水构筑物时，应避免冰凌的影响。取水构筑物应设在水内冰较少和不受流冰冲击的地点，而不宜设在易于产生水内冰的急流、冰穴、冰洞及支流出口的下游，尽量避免将取水构筑物设在流冰易于堆积的浅滩、沙洲、回流区和桥孔的上游附近。 在水内冰较多的河段，取水构筑物不宜设在冰水混杂地段，而宜设在冰水分层地段，以便从冰层下取水。,第二节 地表取水工程,7.与河流综合利用相适应 选择取水构筑物位置时，应结合河流的综合利用，如航运、灌溉、排洪、水力发电等，全面考虑，统筹安排。 在通航河流上设置取水构筑物时，应不影响航船通行，必要时应按照航道部门的要求设置航标；应注意了解河流上下游近远期内拟建的各种水工构筑物和整治规划对取水构筑物可能产生的影响。,第二节 地表取水工程,8.生活饮用水取水处设在城市和工业企业清洁河段,第二节 地表取水工程,三、地表水取水构筑物设计的一般原则 1.大型取水构筑物，必要时进行水工模型试验 2.供水水源的Q枯保证率：90%95%，H枯：90%99% 3.采取一定的防患措施 4.取水构筑物的防洪标准不应低于城市防洪标准，设计洪水重现期100年,第二节 地表取水工程,5.取水构筑物的冲涮深度应通过调查与计算确定 6.设标志 7.黄河下游淤积段：预留淤积高度，考虑淤积引起的水位变化 8.黄河上设取水构筑物需经相关部门同意,第二节 地表取水工程,四、地表水取水构筑物分类及设置原则 1.分类（3大类，20种型式） 固定式取水构筑物：不经过筑坝拦蓄河水，在岸边或河床上直接修建的固定的取水设施 活动式取水构筑物 山区浅水河流取水构筑物,第二节 地表取水工程,2.型式的选择 考虑河流水文特征、施工条件和方法，保证安全，技术经济比较后确定 游荡型河道：桥墩式 水位变幅大的河道：浮船式 含沙量大及冬季有潜冰的河道：斗槽式,第二节 地表取水工程,五、固定式取水构筑物 1.优缺点： 优：取水安全可靠、维修管理方便、适应范围广 缺：水位变化大时，工程投资较高、施工期长、扩建困难,第二节 地表取水工程,2.基本形式 1） 岸边式 定义：取水设施和泵房都建在岸边，直接从岸边取水的固定式取水构筑物 构成：集水井、泵房 适用范围：河岸较陡，主流靠近河岸，岸边有一定的取水深度，水位变幅不太大，水质、地质好，取水量大和安全性要求较高 型式： 合建式岸边取水构筑物：3种形式,岸边式：底板呈阶梯布置,特点：集水井与泵房底板呈阶梯布置；可减小泵房深度，减少投资，水泵启动需采用抽真空方式，启动时间较长。 适用条件：具有岩石基础或其他较好的地质，可采用开挖施工。,岸边合建式：底板水平布置（采用卧式泵）,特点：集水井与泵房布置在同一高程上；水泵可设于低水位下，启动方便；泵房较深，巡视检查不便，通风条件差。 适用条件：在地质条件较差，不宜作阶梯布置以及安全性要求较高、取水量较大的情况，可采用开挖或沉井法施工。,岸边合建式：底板水平布置（采用立式泵）,特点：集水井与泵房布置在同一高程上；电器设备可置于最高水位上，操作管理方便、通风条件好；建筑面积小，检修条件差。 适用条件：在地质条件较差，不宜作阶梯布置以及河道水位较低的情况。,分建式岸边取水构筑物,特点：泵房可离开岸边，设于较好的地质条件下；维护管理及运行安全性较差，一般吸水管布置不宜过长。 适用范围：在河岸处地质条件较差，不宜合建时，建造合建式对河道端面及航道影响较大时，水下施工有困难，施工装备力量较差时采用。,第二节 地表取水工程,2） 河床式 定义：在河心设置进水孔，从河心取水的构筑物 构成：取水头部、进水管、集水井、泵房 适用范围： 河岸较平缓、主流缺乏必要的取水深度或水质不好时,第二节 地表取水工程,型式： 自流管式：高位进水孔分层取水 虹吸式：虹吸高度可达46m 水泵直接吸水式：不设集水井，小型取水工程 桥墩式：施工复杂、造价高、维护管理不便、影响航运 湿式竖井泵房：适用于水位变幅大于10m，水流速度大 淹没式泵房：长时期为枯水期水位,自流管式,特点：集水井设于河岸上，可不受水流冲刷和冰凌的碰击，亦不影响河床水流；冬季保温防冻条件比岸边式好；进水头部深入河床，检修和清洗不便；在洪水期，河流底部泥沙较多，水质较差，建于高浊度河流的集水井，常沉积大量泥沙不易清除。 适用条件：河床较稳定，河岸平坦，主流据河岸较远，河岸水深较浅；岸边水质较差；水中悬浮物较少。,分建式虹吸管取水构筑物,分建式虹吸管取水构筑物,特点：虹吸管管顶可高于最低设计水位46m，可大大减少管道的埋设深度、节约土石方工程量、缩短工期、降低工程造价；需装设一套真空管路系统，当虹吸管径较大时，启动时间长，运行不便；对施工的质量要求高，需严密不漏气。 适用条件：枯水期主流远离取水岸、水位又很低、河流水位变幅较大，以及河滩宽阔、岸坡高而陡、且河床多为坚硬的岩石或土质的河床。,水泵直接吸水式,1-取水头部；2-水泵吸水管；3-泵房,不设集水间，水泵吸水管直接伸入河中取水。 水泵直接吸水可利用水泵吸水高度减小泵房深度，省去集水间，结构简单，施工方便，造价较低。适用于水中漂浮物不多，吸水管不长的中小型取水泵房。 在不影响航运时，水泵吸水管可以架空敷设在桩架或支墩上。,桥墩式取水构筑物,桥墩式取水构筑物建在河中，缩小了水流过水断面，容易造成附近河床冲刷，基础埋深大，水下工程量大，施工复杂，需要设置较长的引桥与岸边连接，影响航运，只适用于江河断面宽、含沙量高、取水量大、岸边平缓、岸边无条件建泵房的情况。,整个取水构筑物建在水中，在进水间的壁上设置进水孔。,第二节 地表取水工程,3）斗槽式 在岸边式或河床式取水构筑物之前，在河流岸边用堤坝围成，或在岸内开挖形成进水斗槽。 水流进入斗槽后，流速减小，便于泥沙沉淀和水内冰上浮，可减少泥沙和冰凌进入进水孔，适用于取水量大、河流含沙量高、漂浮物较多、冰絮较严重且有适合地形的情况。 顺流式：含沙高、冰凌不严重的河段 逆流式：冰凌严重、含沙量较少的河段 侧坝进水逆流式：含沙量较高的河段 双向式：冰凌严重、泥沙含量高的河段,第二节 地表取水工程,第二节 地表取水工程,顺流式斗槽水流方向与河流一致，但斗槽中流速小于河水流速，一部分动能转化位能，在进口形成壅水和横向环流，进入斗槽的水流主要是河流表层水，适用于含泥沙多，冰凌不严重的河流。 逆流式斗槽水流方向与河流相反，河水在斗槽进口受到抽吸，形成水位跌落，产生横向环流，进入斗槽的水流主要是河流底层的水，适用于冰凌严重，而泥沙较少的河流。,第二节 地表取水工程,双流式斗槽适用于河流含沙量和冰凌含量季节性变化的情况。当洪水季节含沙量大时，打开上游端闸门，顺流进水。当冬季冰凌严重时，打开下游端闸门，逆流进水。 斗槽式取水构筑物的位置应设在凹岸靠近主流的岸边处，以便利用水力冲洗沉积在斗槽内的泥沙。 斗槽式取水构筑物施工量大，造价较高，排泥困难，并且要有良好的地质条件，采用较少。,第二节 地表取水工程,3.固定式取水构筑物主要构造及设计原则 1） 集水井 集水井平台： 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。 有半淹没和非淹没式两种类型（平台上缘应在设计最高水位线以上0.5m）。,第二节 地表取水工程,进水间： 根据运行的安全以及检修、清洗、排泥等要求，进水间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。大型取水工程可采用一台泵一个分格，小型取水工程可采用数台泵一个分格。 平面尺寸应根据进水孔、格网和闸板的尺寸及安装、检修和清洗等要求确定，同时应保证进水均匀、平稳。,第二节 地表取水工程,进水孔： 一般进水间每一分格布置一个进水孔。进水孔一般做成矩形，其面积及高宽比应尽量符合标准设计的格栅和闸门尺寸。 下缘距河床的高度： 侧面进水孔：不得小于0.5m，当水深较浅、水质较清、河床稳定、取水量不大时，可为0.3m。 顶面进水孔：不得小于1.0m。 上缘距设计最低水位的深度：顶面进水不得小于0.5m；侧面进水不得小于0.3m；虹吸进水不宜得小于1.0m，封冻时可为0.5m。,第二节 地表取水工程,河流水位变幅在6m以上时，一般设置两层进水孔，上层进水孔的上缘应在洪水位以下1.0-1.25m，下层进水孔的下缘至少应高出河底0.5m，其上缘至少应在设计量低水位以下0.3m。 进水孔的高宽比，宜尽量配合格栅和闸门的标准尺寸。进水间上部的操作平台设有格栅、格网、闸门等设备的起吊装置和冲洗系统。,进水孔口分层并列布置,进水孔口分层交错布置,第二节 地表取水工程,格栅： 进水孔设置，拦截粗大漂浮物及鱼类等。由金属矿和栅条组成，框架外形与进水孔形状一致。一般按可拆卸考虑，并考虑人工或机械清除的措施。栅条形状有矩形、圆形和扁圆形等。,第二节 地表取水工程,格网： 设置在进水间和吸水间之间，拦截细小颗粒物。有平板式和旋转式两种形式（根据漂浮物数量、每台水泵的出水量等因素考虑）。 平板格网：出水量为1.5m3/s时采用。设置在隔墙上，隔墙上安装导轨。由框架、金属网构成。一般设一层金属网，面积较大时，需设置两层金属网（工作网、支撑网）。,第二节 地表取水工程,格网堵塞需要及时冲洗，以免格网前后水位差过大，使网格破裂。 设压力冲洗水管，水压为0.250.3MPa，废水经排水槽排往河道下游。 为保证取水安全，一般平行设置两道平板格网，一道为备用。,第二节 地表取水工程,旋转格网：出水量大于3.0m3/s时采用。在进水间和吸水间设置格网室。 水头损失为0.15-0.3m。 构造复杂，但冲洗方便，拦污效果好，可以拦截细小的杂质，适宜在水中漂浮物较多、取水量较大时采用。,旋转格网,格网形式选择,第二节 地表取水工程,排泥和冲洗： 大型取水构筑物可设排污泵 小型或泥沙淤积不严重时，可采用射流泵。 底部淤泥：大型-46格网高压喷嘴；小型-水龙带。,岸边分建式进水间,第二节 地表取水工程,2）取水泵房（一级泵房或水源泵房） 平面形式：H4；H10m，圆形，但n4 平面布置：泵（3-4台）、附属设备 高程布置：堤外需考虑最高水位，堤内可不考虑,集水井和泵房合建形式,岸边式取水泵房的设汁特点,(1)水泵选择 水泵选择包括水泵型号选择和水泵台数确定。水泵台数过多，将增大泵房面积和土建造价；水泵台数过少，不利于运行调度，一般采用34台。水泵型号应尽量相同，以便互为备用。当供水量或扬程变化较大时，可考虑大小水泵搭配，以利调节。选泵时应以近期水量为主，适当考虑远期发展。,岸边式取水泵房的设汁特点,(2) 泵房布置 泵房的平面形状有圆形、矩形、椭圆形、半圆形等。矩形便于布置水泵、管路和起吊设备，而圆形受力条件好，当泵房深度较大时，土建费用较低。 水泵机组、管路及附属设备布置，既要满足安装、操作、检修的方便，为远期发展留有余地，又要尽量减小泵房面积、减低造价。,岸边式取水构筑物实例,岸边式取水构筑物实例,岸边式取水泵房的设汁特点,(3) 泵房进口地平设计标高 岸边式取水构筑物的泵房地平设计标高，应分别按下列情况确定： 当泵房位于渠道边时，采用设计最高水位加0.5m； 当泵房位于江河边时，采用设计最高水位加浪高再加0.5m； 当泵房位于湖泊、水库或海边时，采用设计最高水位加浪高再加0.5m，并应设有防止风浪爬高的措施。,岸边式取水泵房的设汁特点,(4)泵房的通风采暖及附属设备 泵房应有通风设施，深度不大时采取自然通风；深度较大时可采用机械通风。 寒冷地区，泵房应考虑采暖。 为便于泵房内设备的安装、检修，需要设置起吊设备。 当水泵启动时不能自灌时，应采用真空泵和水射器引水。 地下式或半地下式取水泵房须设置集水沟和排水泵，及时排除漏水及渗水。 为便于调度、泵房内还应设置通讯、遥控等自动化设施。,岸边式取水泵房的设汁特点,(5)泵房的防渗和抗浮 取水泵房的侧壁及底部，要求在水压作用下不产生渗漏，因此必须注意混凝土的级配及施工质量。 取水泵房在岸边时，将会受到河水和地下水的浮力作用，因此在设计时必须考虑抗浮。 具体方式可以依靠自重或增加重物抗浮，也可将泵房底板与基岩嵌出或锚固在一起抗浮。,第二节 地表取水工程,3）取水头部 设计要求： 水深足够、外型合理、体积小、防冲涮、防堵防冲击、宜分格,取水头部形式,第二节 地表取水工程,取水头部形式和构造 取水头部型式很多，常用的有喇叭管、蘑菇形、鱼形罩、箱式、桥墩式等。 喇叭管取水头部是将设有格栅的金属喇叭管用桩架或支墩固定在河床上。这种头部构造简单，造价较低，施工方便，适宜在中小取水量时采用。喇叭管的布置可以朝向下游、水平式、垂直向上和垂直向下布置。,喇叭管取水头部,第二节 地表取水工程,蘑菇形取水头部是在向上的喇叭管上加金属帽盖。河水由帽盖底部流入，带入的泥沙及漂浮物较少；但头部高度较大，所以要求设置在枯水期时仍有一定水深，适用于中小型取水构筑物。 鱼形罩取水头部是一个两端带有圆锥头部的圆筒，在圆筒表面和背水圆锥面上开设圆形进水孔。外形趋于流线型，进水面积大，进水孔流速小，水流阻力小，漂浮物难于吸附在罩上，可减轻水草堵塞，适宜于水泵直接从河中取水时采用。,蘑菇形、鱼形罩取水头部,第二节 地表取水工程,箱式取水头部由周边开设进水孔的钢筋混凝土箱和设在箱内的喇叭管组成。由于进水孔总面积较大，能减少冰凌和泥沙进入量。适宜在冬季冰凌较多或含沙量不大，水深较小的河流上采用。中小型取水工程中用得较多。 斜板取水头部在取水头部安设斜板，河水经过斜板时，粗颗粒泥沙沉淀在斜板上，沿斜板滑落至河底，除沙效果好，适用于粗颗粒泥沙较多的河流。但要求河流具有足够的水深和流速。,箱式、斜板式取水头部,第二节 地表取水工程,桥墩式取水头部有淹没式与半淹没式两种，使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道。因取水头部的基础深入河床，产生局部冲刷，使泥沙不易淤积，单对周围的河床必须采取防护措施。长轴方向尽量与洪水期水流方向一致。 桩架式取水头部是用钢筋混凝土或木桩打入河底，支承取水头部和管道。桩架四周设置格栅。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道。,框架式、活动式取水头部,第二节 地表取水工程,活动式取水头部由浮筒、取水头部和胶管组成。一个浮筒带两个取水头部，胶管一端与取水头连接，另一端接入钢制叉形三通，三通焊接在自流管进口的喇叭口上。,适用于枯水期水深较浅、洪水期底部含沙量较大的山区河流。,第二节 地表取水工程,取水头部进水孔的设计 布置原则： (1)河床为容易冲刷的土壤，河流含沙量大，且竖向分布很不均匀时，应在顶部开设进水孔； (2)有漂浮物或流冰的河流，宜在侧面开设进水孔， (3)当泥沙和漂浮物均较少时，可在下游布置进水孔； (4)一般不宜在上游迎水面布置进水孔。,第二节 地表取水工程,进水孔下缘离河床的距离： 侧面进水孔下缘距河床的高度不得小于0.5米(当水深较浅、水质较清，河床稳定，取水量不大时，可减至0.3米) 对于顶部进水的淹没式取水头部，应高出河床不得小于1米。 对于斜板式取水头部，进水管口离河床的高度一般不小于2米，在浅水河床可取1米。 在水库和湖泊中取水，一般不宜小于1米，当众深较浅，水质较清，且取水量不大时，其高度可减至0.5米。,第二节 地表取水工程,进水孔在最低水位下的淹没深度： 顶部进水时，不得小于0.5米。 侧面进水时，不得小于0.3米。 虹吸进水或吸水管直接吸水时，一般不宜小于1米。小型的虹吸或吸水管式进水孔的淹没深度，当河水较浅时可适当降低，当水体封冻时，可减至0.5米。,第二节 地表取水工程,进水管 设计要求： 不少于两根，v=1.01.5m/s，有冲洗措施 型式： 自流管：钢管、铸铁管、钢砼管，管顶在河床下，并考虑抗浮 虹吸管：钢管，每条管线设抽真空系统 冲洗： 正向冲洗：泥沙不易冲走，效果差 反向冲洗：效果好，使用灵活,第二节 地表取水工程,自流管一般埋设在河床下0.51.0m，如需敷设在河床上时，须用块石或支墩固定。 自流管的坡度和坡向应视具体条件而定，可以坡向河心、坡向集水间或水平敷设。 虹吸管的虹吸高度一般采用46m，不大于7m。虹吸管末端至少应伸入集水井最低动水位以下1.0m；虹吸管应朝集水间方向上升，最小坡度为0.0030.005；每条虹吸管宜设置单独的真空管路，以免互相影响。,虹吸自流管,第二节 地表取水工程,六、活动式取水构筑物 当修建固定式取水构筑物有困难时，可采用活动式取水构筑物。 活动式取水构筑物主要有缆车式、浮船式两种，它们具有水下工程量小、施工方便、工程投资少、适应性强、灵活性大等优点，能适应水位的变化；但操作管理较复杂，需经常随河水的变化将缆车或浮船移位以及更换输水斜管的接头，供水安全性差。,第二节 地表取水工程,1.特点 优点：水下工程量小、施工方便、工程投资少、适应性强、灵活性大 缺点：操作管理复杂，供水安全性差,第二节 地表取水工程,2.缆车式取水构筑物 1）适用范围：水位变幅1035m、岸坡稳定、倾角为10o28o、地质条件好的地段 2）构造及设计要求： 缆车：安装水泵机组 结构：上部布置水泵机组，下部车架、装滚轮 设备选择与布置：水泵的QH曲线较陡，一泵一管，水平或垂直布置机组,第二节 地表取水工程,坡道 管径：300500mm，轨距：2.54.0m 管径： 300mm， 轨距：1.52.5m 坡道：斜坡式、斜桥式 上端标高：H高水位+浪高+吸水喇叭口到缆车层高度之和+1.5m 下端标高：H低水位-1.5m,第二节 地表取水工程,输水斜管及活动接头 输水斜管：铸铁管（焊接钢管）、设叉管 活动接头： 橡皮软管柔性接头：DN300mm，构造简单、折装方便、灵活性大 套管活动接头：各种管径、拆装方便、寿命较长 球形万向接头：组合方便、转动灵活（1122），制造复杂，拆装麻烦 曲臂式活动接头：可沿已定弯曲轨道移动，减少换头次数，需要迴转面积较大，增加泵车面积及重量。 牵引设备及安全措施,第二节 地表取水工程,3.浮船式取水构筑物 1）适用范围：水位变幅1040m或更大、深足够、水流平稳、流速和风浪小、停泊条件好、河床较稳定、岸坡倾角2060。,第二节 地表取水工程,2）构造及设计要求 浮船： 结构：钢筋砼结构、平底、平面为矩形、长宽比3：1 设备选择与布置：QH曲线较陡的水泵、单排布置、上承式（下承式）安装 水泵出水管与输水斜管的连接管 阶梯式连接：柔性连络管、钢性连络管 摇臂式连接：球形接头摇臂管 套筒接头摇臂管 钢桁架接头摇臂管 输水斜管：设排气阀，止回阀,第二节 地表取水工程,3）浮船的稳定 影响因素：各设备的重力、水流冲击力、动水压力、风流等 措施：机组布置平衡、重物舱底压载、移动压载、液压载 4）浮船的锚固： 岸边系留加支撑杆 岸边系留与船着尾抛锚相结合 岸边系留与船着尾抛锚及增设外开锚,浮船竖向布置,浮船平面布置,第二节 地表取水工程,取水构筑物形式选择的主要考虑因素： 河流的水位变幅 河床及岸边的地形条件 河流的含沙量 取水规模及安全度 航运要求 冰情条件 草情条件,第二节 地表取水工程,各大水系取水形式： 长江水系 上游：竖井泵房 中游：岸边式、河床式、浮船式、缆车式、淹没式泵房 下游：合建或分建河床式,第二节 地表取水工程,黄河水系 一般不设取水头部、自流管及集水井。水泵吸水管直接抽吸取水、桥墩式 含沙高及冰情严重的河段：双向斗槽式 下游：固定式考虑淤高情况、活动式 松花江水系 主流靠岸，水深岸陡：岸边合建式，水量小时水泵直吸 主流离岸较远：河床自流管式,第三节 地下水水源地选择,卵石层、砂层和石灰岩层等组织松散，具有众多相互连通的孔隙，透水性能较好，水能在其中流动的岩层叫透水层，透水层又叫含水层。 粘土和花岗岩等结构紧密，透水性极差甚至不透水的岩层叫不透水层，不透水层也称隔水层。 埋藏在地面下第一个隔水层上的地下水叫潜水； 两个不透水层间的地下水叫层间水；具有自由水面的层间水称无压地下水；承受有压力的层间水称承压地下水； 在自身压力作用下从某一出口涌出的地下水叫泉水。,第三节 地下水水源地选择,一、集中式供水水源地的选择 1.水文地质条件 应选在含水层透水性强、厚度大、层数多、分布面积广的地段上。 应有良好的汇水条件。 2.地质环境 远离原有取水点或排水点，减少相互干扰。 远离城市或工矿排污的上游；远离已污染的地表水体或含水层地段；避开沉砂层和岩溶充填带；避免海水入侵；远离容易引发地质灾害的地段。,第三节 地下水水源地选择,3.水源地的经济、安全性和扩建前景 在满足水量、水质要求的前提下，为节省建设投资，水源地应靠近用户、少占耕地；为降低取水成本，应选在地下水浅埋或自流地段；河谷水源地要考虑水井的淹没问题；人工开挖的大口井取水工程，要考虑井壁的稳固性。 有多个方案时，未来扩大开采的前景条件，也是必须考虑的因素之一。,第三节 地下水水源地选择,二、小型分散式水源地的选择 在基岩山区，由于地下水分布不均匀，水井布置主要取决于强含水裂隙带及强岩溶发育地带的分布位置；此外，布井地段的地下水水位埋深及上游有无较大的汇水补给面积，也是必须考虑的条件。,第四节 地下水取水构筑物的类型和适用条件,管井井管从地面打到含水层，抽取地下水的井； 大口井由人工开挖或沉井法施工，设置井筒，以截取浅层地下水的构筑物； 渗渠壁上开孔，以集取浅层地下水的水平管渠； 泉室集取泉水的构筑物。,第四节 地下水取水构筑物的类型和适用条件,地下水取水构筑物的适用条件：,.管井适用于含水层厚度大于5米，其底板埋藏深度大于15米； .大口井适用于含水层厚度在5米左右，其底板埋藏深度小于15米； .渗渠仅适用于含水层厚度小于5米，渠底埋藏深度小于6米； .泉室适用于有泉水露头，且覆盖层厚度小于5米。,第四节 地下水取水构筑物的类型和适用条件,一、管井,构造：管井主要由井室、井壁管、过滤器及沉砂管构成。当有几个含水层且各层水头相差不大时，可用多层过滤器管井。,管井的一般构造,第四节 地下水取水构筑物的类型和适用条件,管井直径一般在501000mm，深度一般在200米以内，通常由井室、井壁管、过滤器、沉淀管组成。 井室：用以安装各种设备，采光、采暖、通风，防水； 井壁管：加固井壁，隔离水质不良或水头较低的含水层； 过滤器：集水，保持填砾与含水层的稳定，防止漏砂及堵塞； 沉淀管：沉淀进入管井的砂粒。,第四节 地下水取水构筑物的类型和适用条件,1.井室结构：,深井泵房泵体和扬水管安装在管井内，泵座和电动机安装在井室内； 深井潜水泵房水泵和电动机安装在管井内，控制设备安装在井室内； 卧式泵房水泵和电动机安装在井室内； 地面式便于维护管理，防水、防潮、通风、采光条件好； 地下式便于总体规划，噪声小，防冻条件好。,第四节 地下水取水构筑物的类型和适用条件,2.井管：,钢管可用于任意井深的管井；铸铁管适用于井深小于250m的管井；钢筋混凝土管适用于井深小于150m的管井。 井壁管内径应比水泵设备的外径大100mm。 井壁管应有足够的强度，内壁平整光滑，轴线不弯曲，便于设备安装和管井清洗；可采用钢管、铸铁管、钢筋混凝土管。 有异径管和同径管两类。,第四节 地下水取水构筑物的类型和适用条件,3.过滤器：,过滤器的作用、组成 过滤器是管井的重要组成部分用以集水和保持填砾与含水层的稳定。它的构造、材质、施工安装质量对。它连接于井管，安装在含水层中，管井的出水量、含砂量和工作年限有很大影响，所以是管井构造的核心。,第四节 地下水取水构筑物的类型和适用条件,过滤器的分类 由不同骨架和不同过滤层可组成各种过滤器。骨架过滤器（a），（b）、缠丝过滤器（c），（d）、包网过滤器（e）、填砾过滤器（f）。,（a）圆孔,（b）缝隙,（c）缠丝,（d）钢筋骨架,（e）包网,（f）填砾,过滤器类型,第四节 地下水取水构筑物的类型和适用条件,过滤器应有足够的强度和良好的透水性。 钢筋骨架过滤器：由短管、竖向钢筋、支撑环构成；适用于裂隙岩、砂岩或砾石含水层，或用作缠丝过滤器、包网过滤器的骨架。 圆孔或条孔过滤器：在管壁上钻圆孔或条孔加工而成；适用于砾石、卵石、砂岩或裂隙含水层，亦可用作缠丝过滤器、包网过滤器的骨架。,第四节 地下水取水构筑物的类型和适用条件,缠丝过滤器：在钢筋骨架过滤器、圆孔或条孔过滤器外缠绕23mm的镀锌铁丝构成；适用于粗砂、砾石和卵石含水层。 包网过滤器：在钢筋骨架过滤器、圆孔或条孔过滤器外缠绕0.21.0mm的滤网构成；适用于粗砂、砾石和卵石含水层。,第四节 地下水取水构筑物的类型和适用条件,填砾过滤器：在各类过滤器的外围填符合一定级配的砾石构成。 填砾层厚度可采用75150mm。,第四节 地下水取水构筑物的类型和适用条件,过滤器进水孔眼数量多，进水性能良好，但强度减小。 过滤器的孔隙率取决于管材的强度，各种管材允许孔隙率为： 钢管3035； 铸铁管1825； 钢筋混凝土管1015； 塑料管10。,第四节 地下水取水构筑物的类型和适用条件,过滤器有效长度：,过滤器周围含水层中的水流属于三维流动，靠近水泵吸水管管口越近，水流速度越大，管井的出水量越大、管径越小，流速分布的不均匀程度越明显。 分段取水： 管井抽水时只会对一定厚度的含水层产生影响，厚度超过40米的含水层可在不同深度分别打井抽水。 相邻过滤器垂直间距一般1020m。,第四节 地下水取水构筑物的类型和适用条件,4.沉砂管： 作用：防止沉砂堵塞过滤器。 直径与过滤器一致，长度一般为24m。,第四节 地下水取水构筑物的类型和适用条件,二、管井施工,管井的施工建造一般包括钻凿井孔、井管安装、填砾和管外封闭、洗井、抽水试验等步骤，现介绍如下：,钻凿井孔 井管安装 填砾和管外封闭 洗井 抽水试验,第四节 地下水取水构筑物的类型和适用条件,1.钻凿井孔,冲击钻进法：利用钻头对地层的冲击力钻凿井孔；仅适用于松散岩层；机械设备简单；效率低、速度慢。 回转钻进法：包括一般回转钻进、反循环回转钻进和岩心回转钻进。利用钻头旋转对地层的切削、挤压、研磨破碎作用钻凿井孔；既适用于松散岩层，也适用于基岩；机械设备较复杂；效率高、速度快。,第四节 地下水取水构筑物的类型和适用条件,回转钻进过程：,钻机的动力通过传动装置使转盘旋转，带动主钻杆旋转，主钻杆接钻杆，钻杆接钻头，从而使钻头旋转切削地层。当钻进个主钻杆深度后，由钻机的卷扬机提起钻具，将钻杆用卡盘卡在井口，取下主钻杆，接一根钻杆，再接上主钻杆，继续钻进，如此反复进行，直至设计井深。,第四节 地下水取水构筑物的类型和适用条件,钻头过程中，高压泥浆泵把用粘土调制成的含砂量极低的泥浆经胶管、提引龙头、钻杆腹腔向下喷射至工作面，起到冷却钻头、润滑钻具的作用，同时将被切削下来的岩土碎屑混合在一起，沿着井孔与钻杆之间的环形空间上升至地面，流入泥浆池。 地层被钻成井孔后，破坏了原始应力平衡状态，在侧压力作用下可导致井壁坍塌，因钻进中泥浆始终灌满井孔，比重较大，可平衡地层侧压力、防止井壁坍塌。,第四节 地下水取水构筑物的类型和适用条件,反循环回转钻进方式的泥浆循环运动方向与正循环钻进相反，携带岩土碎屑的泥浆沿钻杆腹腔或吸泥胶管的上升流速不变，能较好地保证岩土碎屑的清除。在井径变动较大，这种钻进方式清除岩土碎屑的能力比正循环钻进要高，进尺速度要快。缺点是由于泥浆的回流仅靠泥浆泵的真空吸力作用，因此钻进深度有限，只适用于打浅井。同时，因泥浆中央带有大量的土碎屑，易产生堵塞现象。,第四节 地下水取水构筑物的类型和适用条件,第四节 地下水取水构筑物的类型和适用条件,在基岩地层中钻井，不能使用钻进松散地层的钻头，必须使用岩心钻头。岩心钻头依靠镶焊在钻头上的硬合金切削岩层，将沿井壁的岩石切削粉碎，但不削碎中间部分。因此仍有较高的钻进速度。随着钻头的钻进，中间部分就成为圆柱状的岩心。岩心可供观察分析岩石的矿物成分、结构构造以及地层的地质构造等用。岩心钻进不能连续进行，效率较低。,第四节 地下水取水构筑物的类型和适用条件,物探测井 ：,井孔打成后，还需了解掌握地层结构，含水层与隔水层的深度、厚度，地下水的矿化度(总合盐量)和咸、淡水分界面，为井管安装、填砾和粘土封闭提供可靠资料。 取水工程通常采用电法勘探测井，其基本原理是：不同地层的导电性能差异很大，利用电测仪器测得反映各地层导电性能的物理参数，就可以反推各地层的性质。,第四节 地下水取水构筑物的类型和适用条件,冲孔换浆 ：,井孔打成后，在井孔中仍充满着泥浆，泥浆粘度较大，含有大量泥质，无法安装井管、填砾和粘土封闭，也会给洗井带来困难。在下管前必须将井孔中的泥浆换成清水。 将不带钻头的钻杆放入井底，用泥浆泵吸取清水打入井中，将泥浆换出，至井孔中全为清水力止。 清水护壁作用不如泥浆好，有可能造成井壁局部坍塌，要尽量缩短冲孔时间，换浆完毕立即下管。,第四节 地下水取水构筑物的类型和适用条件,2.井管安装,井管安装的顺序为沉淀管过滤器井壁管，下管前应根据凿井和电测井资料，确定过滤器的长度和安装位置。 井管安装必须保证井管顺直，接口牢固，过滤器安装到位。 下管一般有两种方法：托盘法和吊装法。前者适用于重量大、井管拉力小的管材，如钢筋混凝土管；后者适用于拉力大、重量相对轻的管材，如钢管、铸铁管、塑料管。,第四节 地下水取水构筑物的类型和适用条件,3.填砾和粘土封闭,填砾应以坚实、圆滑砾石为主，并应按设计要求的粒径进行筛选。填砾过程要均匀、连续，避免堵塞。 砾料填完后、一定要计算所填砾料的总体积，一般情况下，围填砾料的总体积应等于或大于井管与孔壁之间环形空间的体积。 粘土封闭一般采用球直径为25mm的粘土球，围填过程同样要求均匀、连续，填至井口时，应进行夯实。,第四节 地下水取水构筑物的类型和适用条件,4.洗井,目的：消除井孔及周围含水层中的泥浆和井壁上的泥浆壁，冲洗出含水层中部分细小颗粒，形成天然反滤层。 方法：水泵洗井法、活塞洗井法、压缩空气洗井法、联合洗井法。 要求：中、细砂地层出水含砂量在1/200000以下，粗砂地层出水含砂量在1/500000以下。,第四节 地下水取水构筑物的类型和适用条件,水泵洗井：,安装实际使用的水泵抽水，使水位降深达到水泵所能达到的最大值，从而达到洗井的目的。 优点：简便，洗井和生产相结合，可不另设置洗井没备； 缺点：水位降深有一定限度，地下水水力坡度较小，冲洗力较小，洗井时间长，当含水层含泥浆量较大、泥皮较厚时，可能造成洗井不彻底。 适合于含水层本身水流较通畅、含泥浆量小、泥皮薄而软的情况。,第四节 地下水取水构筑物的类型和适用条件,压缩空气洗井：,将压缩空气以很高的速度呈涡旋形向井壁喷射，借助水气混合的冲力破坏泥浆壁，压缩空气与水汇合上升时，可以形成很大的水位降，使地下水形成很大的流速，增大对泥浆和泥皮的冲击力。 优点：效率高、洗井比较彻底； 缺点：洗井携走的砂粒较多，对砂层有一定破坏作用，不适合砂粒较细的含水层。,第四节 地下水取水构筑物的类型和适用条件,活塞洗井：,是用安装在钻杆上活塞在井壁管内上下拉动，借助真空抽吸作用和压缩作用，在过滤器周围形成反复冲洗的水流，以破坏泥浆壁，清除含水层中残留的泥浆颗粒。 优点：洗井强度大，洗井彻底，洗井效果良好，对本身颗粒细、台泥质较多的含水层，能较彻底地清除含水层中的泥质，明显增大山水量； 缺点：由于机械强度大，易破坏井管。,第四节 地下水取水构筑物的类型和适用条件,5.抽水试验,目的：测定管井的出水量，了解出水量与水位降落的关系，为选择、安装抽水设备提供依据；取样进行分析，评价管井水质。 方法步骤：记录静水位，开启抽水设备，使抽水量达到设计出水量，动水位稳定后记录水位降落值，绘制出水量与水位降落关系曲线。,第四节 地下水取水构筑物的类型和适用条件,6.管井验收 管井验收资料 ：,. 管井施工说明书：管井地质柱状图，过滤器和填砾规格，井位的座标及井口的绝对标高，抽水试验记录，水的化学及细菌分析资料，过滤器安装、填砾、外围封闭施工记录； . 管井使用说明书：最大开采量和选用抽水设备的型号规格，使用维护注意事项； . 钻进中的岩样：名称、厚度、埋藏深度。,第四节 地下水取水构筑物的类型和适用条件,7.井群互阻：,在水位降落值不变的条件下，共同工作时，各井的出水量小于各井单独工作时的出水量； 在出水量不变的条件下，共同工作时，各井的水位降落值大于各井单独工作时的水位降落值。,第四节 地下水取水构筑物的类型和适用条件,三、大口井、辐射井和复合井渗渠,大口井 大口井构造简单、取材容易、施工方便、使用年限长、容积大能起水量调节作用；但深度较浅，对水位变化适应性差。 用于开采浅层地下水，口径58m，井深15m。完整井只有井壁进水，适用于颗粒粗、厚度薄(58m)、埋深浅的含水层。含水层厚度较大(10m)时，应做成不完整大口井。,第四节 地下水取水构筑物的类型和适用条件,大口井的构造实图,第四节 地下水取水构筑物的类型和适用条件,大口井主要由井筒、井口和进水部分组成： 井筒通常用钢筋混凝土浇注或用砖、块石砌筑而成，用以加固井壁和隔离不良水质的含水层，钢筋混凝土井筒最下端应设置刃脚，用以在井筒下沉时切削土层，刃脚外缘绿应凸出井筒510cm。采用砖石结构的井筒和进水孔井壁、透水井壁，也需加用钢筋混凝土刃脚，刃脚高度不小于1.2m。,第四节 地下水取水构筑物的类型和适用条件,井口应高出地表0.5m以上，并在井