取水建筑物课件

第十二章取水建筑物第一节引水枢纽工程布置、设计基本要求第二节泵站站址选择与枢纽布置第三节进水闸、冲沙闸及沉沙池设计第四节泵房、进水池与出水池第十二章取水建筑物第一节引水枢纽工程布置、设计基本要求1考试大纲第十二章取水建筑物熟练掌握引水枢纽工程的布置、设计基本要求。熟练掌握泵站布置、设计的基本要求。掌握掌握进水闸、冲沙闸与沉沙池设计。了解泵房、进水池与出水池的结构设计与水力计算。考试大纲第十二章取水建筑物熟练掌握引水枢纽工程的布2第一节引水枢纽工程布置、设计基本要求（一）引水枢纽的设计原则引水枢纽包括的建筑物主要有：坝（或拦河闸），进水闸，冲沙闸，沉沙池及上下游整治工程等。引水枢纽的设计原则如下。第一节引水枢纽工程布置、（一）引水枢纽的设计原则(1)做好河源水沙分析工作，以满足灌溉、发电及其它用水要求，落实用水计划；(2)坝(或拦河闸)，进水闸和冲沙闸的布置要协调，并采取有效的防沙措施，以免引起渠道淤积，影响渠道正常输水。(3)应采取措施防止漂浮物、冰凌进入渠道。(4)应因地制宜地修建枢纽上、下游河道整治工程，以稳定河槽，保证渠首引水顺畅。(5)有综合利用的枢纽，要保持各建筑物互不干扰，运行正常，以发挥最大经济效益。(6)应使管理运用灵活、方便。引水枢纽布置必须满足引水防沙的要求。(1)做好河源水沙分析工作，以满足灌溉、发电及其它用水要求，（二）渠首的引水防沙(1)引水枢纽的位置选择1)引水口高程应满足自流灌溉的要求，并应符合渠道输水输沙条件。2)应选择河槽比较稳定、河岸比较坚实的河段。3)坝(闸)址所在河段断面应比较匀称，且河道水流应垂直坝轴线，避免斜流过坝。4)一岸引水，选在具有适宜弯曲的凹岸河段；若为两岸引水，则不宜选在弯段。5)不要在支流汇入处设置引水工程，以避免水流干扰。6)冲沙闸和进水闸应尽量设在靠岸的低水河梢一侧，以利引水冲沙。（二）渠首的引水防沙(2)引水角

侧面引水，无坝引水渠首的引水角宜在30°～60°。降低行近流速，加大进水口前沿宽度，设置曲线形的导流墙等。(3)弯道引水口的位置

利用弯道环流的特点，引水口一般选在凹岸弯道顶点下游(图12.1.1)，弯曲半径不要小于3倍的水面宽度。图12.1.2-1弯道引水口位置(2)引水角图12.1.2-1弯道引水口位置(4)进水闸前沿拦沙坎坎高度

对于无坝取水工程，拦沙坎坎高可采用0.5~0.8m；在卵石河床中，坎高可采用1.0~1.5m，在沙质河床中，坎高2.0~3.0m，有坝引水进水闸前的拦沙坎顶高程宜比设计水位时的河床平均高程高0.5~1.0m。(5)引水率与河道淤积当引水率超过50%时，下游河道将存在泥沙淤积问题。规范规定，无坝引水渠首的引水比宜小于50%，多泥沙河流上无坝引水的引水比宜小于30%，如经专门论证，引水比可适当提高。(4)进水闸前沿拦沙坎坎高度7(6)分水墙与冲沙槽分水墙与坝轴线相垂直，或成5°～10°向外扩散。分水墙的高度，而应高出溢流坝顶0.5m左右，分水墙长度，一般与进水口宽度相等，或选用1.3倍的进水口宽。(7)渠首冲沙冲沙闸是渠首防沙冲沙的主要建筑物，冲沙闸宽度等于或略大于进水闸宽度。按照进水闸分流比小于50%的要求，冲沙槽在连续冲沙运行情况下，过槽流量一般不得小于进水闸设计流量的2倍，

(6)分水墙与冲沙槽8(8)干渠排沙闸在进水闸以下200～300m范围内，设干渠排沙闸是排沙的行之有效的措施(9)渠首冲沙运行方式1)定期冲沙。2)连续冲沙。(10)引水防沙设计的几种方法1)利用弯道环流原理，凹岸引水，凸岸排沙2)利用悬沙垂线分布不均匀原理，上层引水，底层排沙3)应用拦河闸壅水沉沙，撇清排浑。4)水面导流，水底导沙。5)格栅滤水拦沙。6）设置沉沙池。7）避沙峰引水。(8)干渠排沙闸（三）无坝引水的布置形式(1)有导流堤的无坝引水导流堤在河道中顺河道方向布置，与水流成10°～20°的夹角，其下游端与冲沙闸相接，如图12.1.4所示。(2)弯道无坝引水在凹岸引水。如山东打渔张引水渠首，引水角为40°，图12.1.5。(3)具有沙帘的无坝引水(4)多首制无坝引水（三）无坝引水的布置形式10（四）有坝(闸)引水的布置形式1.侧面引水1)矩形冲沙槽式改进形式有两种：

①锐角引水。引水角为30°~60°，一般取40°。

②改进印度式引水。坝轴线与进水闸前沿线之间的夹角为105°～110°。图7.2.10所示。

2)弧形冲沙槽式

将矩形冲沙槽改为向外弯曲，锐角引水，冲沙闸与坝轴线成10°～20°夹角。图7.2.11所示。

3)冲沙廊道式4)两岸引水布置形式（四）有坝(闸)引水的布置形式2.正面引水1)在河道中正面引水式2)引渠式3)人工弯道式3.底面引水（五）引水枢纽上、下游河道的整治1

.无坝引水口附近河道的整治2

.有坝(闸)引水枢纽的上、下游河道的整治2.正面引水第二节、泵站站址选择与枢纽布置（一）灌溉泵站1

.站址选择（1）地形要适于建泵站，即：①站址处应有较高的出水池，能有效地控制整个灌区，便于渠系布置，同时渠系建筑物工程量较少；②便于泵站枢纽布置，并能节省建站投资及运行费用。第二节、泵站站址选择与枢纽布置（一）灌溉泵站（2）水源和水质要适于灌溉。（3）地质条件应较好，适于建泵站。（4）电力灌溉泵站应尽量靠近电源，以节省输电线路投资。（5）交通运输方便，靠近居民点，便于运输、管理及综合利用。（6）应注意已有水工建筑物、码头、桥梁以及长远水利规划对本站的影响。（2）水源和水质要适于灌溉。2

.枢纽布置时应考虑的问题1)枢纽布置必须服从地区治理规划要求。2)要创造良好的水流条件，引水、进水流态要平稳，避免产生回流、死水区和水流旋涡。3)能充分发挥各个组成建筑物的作用，即尽可能以最少的建筑物发挥最大的效益。4)选择各个组成建筑物的类型和相互关系，要保证运行安全，管理方便，还要考虑泵站的扩建。5)尽量减少挖、压废农田及原有建筑物的拆迁。6)尽可能满足综合利用的要求，如排灌结合，抽水与自流结合，泵站与交通结合等。2.枢纽布置时应考虑的问题3

.枢纽布置形式1)有引水渠的枢纽布置2)无引水渠的枢纽布置3)从水库中取水的布置3.枢纽布置形式（二）排水泵站1

.站址选择1)站址应选在排水区的低处，以便减少挖渠土方。2)出水口位置要选在河床稳定的地段，尽量避免迎溜、岸崩或淤积严重的地方。3)站址应选在地质条件较好之处，尽可能避开淤泥软土，粉细砂层、废河道、水潭及深沟等。4)站址要充分考虑能自排的条件，尽可能使自排与抽排相合。

5)其他要求与建灌溉泵站相同，如应接近电源，交通方便，对现有建筑物的影响及长远的水利工程规划等要予以考虑。（二）排水泵站2

.枢纽布置形式1)分建式

图12.2.4为堤后式排水泵站枢纽布置，泵房与排水闸分开建造，引渠从排水河中引水，如有足够的曲率半径，则属于正面进水形式。这种形式其水流条件良好，适用于已有排水闸的情况下。对于新围垦区，分建式可能增加投资。2)合建式

图12.2.5为闸站合建式排水泵站枢纽布置，泵房设于排水闸两侧，它们的基础联在一起，从而降低了工程造价。这种形式布置简化，管理方便，投资较省。2.枢纽布置形式（三）排、灌结合泵站1

.一站两用

属于分建式。优点良好的水流条件，其缺点是建筑物较多，土建投资较高，占用土地较多。

2

.泄水、引水二洞合一

排涝时穿堤涵洞为泄水涵洞，灌溉时为引水涵洞，布置紧凑，管理方便，投资减少。

3

.双向流道泵站

在泵房内设置双向进、出水流道，简化枢纽布置，节省投资。

4

.灌、排、航结合泵站（三）排、灌结合泵站第三节、进水闸、冲沙闸及沉沙池（一）进水闸1

.进水闸前拦沙坎

平面形式可分为直线形和弧形，无坝引水的进水闸，其拦沙坎设计高程可比设计水位时的河床平均高程高0.5～0.8m。有坝引水进水闸的拦沙坎设计高程，宜比设计水位时的河床平均高程高0.5~1.0m或高出冲沙闸底0.7～1.5m。

2

.进水闸下游护坦及消能设备3

.进水闸的水力计算第三节、进水闸、冲沙闸及沉沙池（一）进水闸（二）冲沙闸1

.冲沙闸1)冲沙闸底高程的确定2)冲沙槽

①冲沙槽的尺寸②冲沙槽槽底比降③冲沙槽中的潜没分水墙可将闸前水流分层。④将导沙坎布置在冲沙槽入口处，一般设两道，与冲沙槽水流方向成30°～40°的夹角。⑤分水墙的高度3)冲沙道（二）冲沙闸2

.冲沙闸的水力计算

1)单宽流量对于砂质壤土，可取为10～25m3/（s·m），当尾水很深，土质为粘性土时，也可增高到40m3/（s·m），对于岩石地基，最大可达50～70m3/（s·m）。2)闸孔计算冲沙闸的设计流量应为进水闸设计流量的1.0～1.2倍。3)流速验算①冲沙流速的验算②淤积流速的验算③耐冲流速的验算2.冲沙闸的水力计算（三）沉沙池1

.沉沙池的作用2

.沉沙池(1)结构布置①定期冲洗式沉沙池②连续冲洗式沉沙池(2)沉沙池计算1）泥沙沉降速度2）结构尺寸①泥沙池长度按(12.3.12)式计算②沉沙池工作宽度按(12.3.12)式计算③沉沙池设计水深按(12.3.14)式计算

3）冲沙流速4）单宽冲沙流量5）泥沙淤积厚度6）冲沙时间(3)冲洗程序（三）沉沙池（三）沉沙池3

.沉沙条渠1)设计布置沉沙粒径与相应断面的平均流速的关系2)条渠水流和泥沙沉降过程3)淤积过程4)条渠计算（三）沉沙池24第四节、泵房、进水池与出水池（一）泵房1

.泵房设计原则2

.泵房结构类型1)分基型泵房2)干室型泵房3)湿室型泵房4)块基型泵房第四节、泵房、进水池与出水池（一）泵房影响泵房结构型式的主要因素：①主机组结构型式──立式、斜式、卧式(贯流式，轴伸式，猫背式)。②进水流道型式──肘形、钟形、双向流道、直简或涵洞式。③出水流道型式──平直管、虹吸管、蜗形出水室、双向出水流道、直筒出水室。④泵房挡水作用──堤身式(河床式)、堤后式。⑤断流方式──真空破坏阀、拍门、快速闸门。影响泵房结构型式的主要因素：（二）前池及进水池1

.前池1)正向进水前池

前池扩散角一般在20°～40°中选取，或按(12.4.1)式计算

前池长度L按(12.4.2)式计算

2)侧向进水前池（二）前池及进水池（二）前池及进水池2

.进水池1)进水池宽度B(12.4.3-4)2)进水管悬空高度P3)进水管口淹没深度hS(12.4.5-6)4)进水池长度L与进水管的后壁距T(12.4.7-8)（二）前池及进水池283

.前池及进水池的防涡措施产生涡流的因素，引渠长度过短、前池扩散角过大、侧向进水、进水池形状不良、水泵安装不适宜等。1)建导流墩墙，改变流动方向。2)利用涡流理论，建立柱，设底坎，改变流动性质。3)预留空间，改变涡流的位置。4)在进水管附近设隔板，防止旋涡发生。3.前池及进水池的防涡措施（三）出水池按水流方向划分，出水池分为正向出水池和侧向出水池。按出水管出流方式划分，分为淹没式、自由式和虹吸式。正向出水池

出水池长度按(12.4.9)式计算管口上缘最小淹没深度按(12.4.11)式计算出水池底板高程按(12.4.12)式计算出水池池顶高程按(12.4.13)式计算（三）出水池（三）出水池侧向出水池池宽B按(12.4.14)式确定池长L按(12.4.15-16)式计算（三）出水池31太浦河泵站太浦河泵站6台斜150轴伸泵组，总设计流量300m3/s，总电机功率9600kW，是国内最大的斜轴伸泵站。太浦河泵站太浦河泵站6台斜150轴伸泵组，总设计流量300m32太浦河泵站上游侧外景太浦河泵站上游侧外景33太浦河泵站水泵装置太浦河泵站水泵装置34太浦河泵站主泵房太浦河泵站主泵房35第十二章-取水建筑物课件36第十二章取水建筑物第一节引水枢纽工程布置、设计基本要求第二节泵站站址选择与枢纽布置第三节进水闸、冲沙闸及沉沙池设计第四节泵房、进水池与出水池第十二章取水建筑物第一节引水枢纽工程布置、设计基本要求37考试大纲第十二章取水建筑物熟练掌握引水枢纽工程的布置、设计基本要求。熟练掌握泵站布置、设计的基本要求。掌握掌握进水闸、冲沙闸与沉沙池设计。了解泵房、进水池与出水池的结构设计与水力计算。考试大纲第十二章取水建筑物熟练掌握引水枢纽工程的布38第一节引水枢纽工程布置、设计基本要求（一）引水枢纽的设计原则引水枢纽包括的建筑物主要有：坝（或拦河闸），进水闸，冲沙闸，沉沙池及上下游整治工程等。引水枢纽的设计原则如下。第一节引水枢纽工程布置、（一）引水枢纽的设计原则(1)做好河源水沙分析工作，以满足灌溉、发电及其它用水要求，落实用水计划；(2)坝(或拦河闸)，进水闸和冲沙闸的布置要协调，并采取有效的防沙措施，以免引起渠道淤积，影响渠道正常输水。(3)应采取措施防止漂浮物、冰凌进入渠道。(4)应因地制宜地修建枢纽上、下游河道整治工程，以稳定河槽，保证渠首引水顺畅。(5)有综合利用的枢纽，要保持各建筑物互不干扰，运行正常，以发挥最大经济效益。(6)应使管理运用灵活、方便。引水枢纽布置必须满足引水防沙的要求。(1)做好河源水沙分析工作，以满足灌溉、发电及其它用水要求，（二）渠首的引水防沙(1)引水枢纽的位置选择1)引水口高程应满足自流灌溉的要求，并应符合渠道输水输沙条件。2)应选择河槽比较稳定、河岸比较坚实的河段。3)坝(闸)址所在河段断面应比较匀称，且河道水流应垂直坝轴线，避免斜流过坝。4)一岸引水，选在具有适宜弯曲的凹岸河段；若为两岸引水，则不宜选在弯段。5)不要在支流汇入处设置引水工程，以避免水流干扰。6)冲沙闸和进水闸应尽量设在靠岸的低水河梢一侧，以利引水冲沙。（二）渠首的引水防沙(2)引水角

侧面引水，无坝引水渠首的引水角宜在30°～60°。降低行近流速，加大进水口前沿宽度，设置曲线形的导流墙等。(3)弯道引水口的位置

利用弯道环流的特点，引水口一般选在凹岸弯道顶点下游(图12.1.1)，弯曲半径不要小于3倍的水面宽度。图12.1.2-1弯道引水口位置(2)引水角图12.1.2-1弯道引水口位置(4)进水闸前沿拦沙坎坎高度

对于无坝取水工程，拦沙坎坎高可采用0.5~0.8m；在卵石河床中，坎高可采用1.0~1.5m，在沙质河床中，坎高2.0~3.0m，有坝引水进水闸前的拦沙坎顶高程宜比设计水位时的河床平均高程高0.5~1.0m。(5)引水率与河道淤积当引水率超过50%时，下游河道将存在泥沙淤积问题。规范规定，无坝引水渠首的引水比宜小于50%，多泥沙河流上无坝引水的引水比宜小于30%，如经专门论证，引水比可适当提高。(4)进水闸前沿拦沙坎坎高度43(6)分水墙与冲沙槽分水墙与坝轴线相垂直，或成5°～10°向外扩散。分水墙的高度，而应高出溢流坝顶0.5m左右，分水墙长度，一般与进水口宽度相等，或选用1.3倍的进水口宽。(7)渠首冲沙冲沙闸是渠首防沙冲沙的主要建筑物，冲沙闸宽度等于或略大于进水闸宽度。按照进水闸分流比小于50%的要求，冲沙槽在连续冲沙运行情况下，过槽流量一般不得小于进水闸设计流量的2倍，

(6)分水墙与冲沙槽44(8)干渠排沙闸在进水闸以下200～300m范围内，设干渠排沙闸是排沙的行之有效的措施(9)渠首冲沙运行方式1)定期冲沙。2)连续冲沙。(10)引水防沙设计的几种方法1)利用弯道环流原理，凹岸引水，凸岸排沙2)利用悬沙垂线分布不均匀原理，上层引水，底层排沙3)应用拦河闸壅水沉沙，撇清排浑。4)水面导流，水底导沙。5)格栅滤水拦沙。6）设置沉沙池。7）避沙峰引水。(8)干渠排沙闸（三）无坝引水的布置形式(1)有导流堤的无坝引水导流堤在河道中顺河道方向布置，与水流成10°～20°的夹角，其下游端与冲沙闸相接，如图12.1.4所示。(2)弯道无坝引水在凹岸引水。如山东打渔张引水渠首，引水角为40°，图12.1.5。(3)具有沙帘的无坝引水(4)多首制无坝引水（三）无坝引水的布置形式46（四）有坝(闸)引水的布置形式1.侧面引水1)矩形冲沙槽式改进形式有两种：

①锐角引水。引水角为30°~60°，一般取40°。

②改进印度式引水。坝轴线与进水闸前沿线之间的夹角为105°～110°。图7.2.10所示。

2)弧形冲沙槽式

将矩形冲沙槽改为向外弯曲，锐角引水，冲沙闸与坝轴线成10°～20°夹角。图7.2.11所示。

3)冲沙廊道式4)两岸引水布置形式（四）有坝(闸)引水的布置形式2.正面引水1)在河道中正面引水式2)引渠式3)人工弯道式3.底面引水（五）引水枢纽上、下游河道的整治1

.无坝引水口附近河道的整治2

.有坝(闸)引水枢纽的上、下游河道的整治2.正面引水第二节、泵站站址选择与枢纽布置（一）灌溉泵站1

.站址选择（1）地形要适于建泵站，即：①站址处应有较高的出水池，能有效地控制整个灌区，便于渠系布置，同时渠系建筑物工程量较少；②便于泵站枢纽布置，并能节省建站投资及运行费用。第二节、泵站站址选择与枢纽布置（一）灌溉泵站（2）水源和水质要适于灌溉。（3）地质条件应较好，适于建泵站。（4）电力灌溉泵站应尽量靠近电源，以节省输电线路投资。（5）交通运输方便，靠近居民点，便于运输、管理及综合利用。（6）应注意已有水工建筑物、码头、桥梁以及长远水利规划对本站的影响。（2）水源和水质要适于灌溉。2

.枢纽布置时应考虑的问题1)枢纽布置必须服从地区治理规划要求。2)要创造良好的水流条件，引水、进水流态要平稳，避免产生回流、死水区和水流旋涡。3)能充分发挥各个组成建筑物的作用，即尽可能以最少的建筑物发挥最大的效益。4)选择各个组成建筑物的类型和相互关系，要保证运行安全，管理方便，还要考虑泵站的扩建。5)尽量减少挖、压废农田及原有建筑物的拆迁。6)尽可能满足综合利用的要求，如排灌结合，抽水与自流结合，泵站与交通结合等。2.枢纽布置时应考虑的问题3

.枢纽布置形式1)有引水渠的枢纽布置2)无引水渠的枢纽布置3)从水库中取水的布置3.枢纽布置形式（二）排水泵站1

.站址选择1)站址应选在排水区的低处，以便减少挖渠土方。2)出水口位置要选在河床稳定的地段，尽量避免迎溜、岸崩或淤积严重的地方。3)站址应选在地质条件较好之处，尽可能避开淤泥软土，粉细砂层、废河道、水潭及深沟等。4)站址要充分考虑能自排的条件，尽可能使自排与抽排相合。

5)其他要求与建灌溉泵站相同，如应接近电源，交通方便，对现有建筑物的影响及长远的水利工程规划等要予以考虑。（二）排水泵站2

.枢纽布置形式1)分建式

图12.2.4为堤后式排水泵站枢纽布置，泵房与排水闸分开建造，引渠从排水河中引水，如有足够的曲率半径，则属于正面进水形式。这种形式其水流条件良好，适用于已有排水闸的情况下。对于新围垦区，分建式可能增加投资。2)合建式

图12.2.5为闸站合建式排水泵站枢纽布置，泵房设于排水闸两侧，它们的基础联在一起，从而降低了工程造价。这种形式布置简化，管理方便，投资较省。2.枢纽布置形式（三）排、灌结合泵站1

.一站两用

属于分建式。优点良好的水流条件，其缺点是建筑物较多，土建投资较高，占用土地较多。

2

.泄水、引水二洞合一

排涝时穿堤涵洞为泄水涵洞，灌溉时为引水涵洞，布置紧凑，管理方便，投资减少。

3

.双向流道泵站

在泵房内设置双向进、出水流道，简化枢纽布置，节省投资。

4

.灌、排、航结合泵站（三）排、灌结合泵站第三节、进水闸、冲沙闸及沉沙池（一）进水闸1

.进水闸前拦沙坎

平面形式可分为直线形和弧形，无坝引水的进水闸，其拦沙坎设计高程可比设计水位时的河床平均高程高0.5～0.8m。有坝引水进水闸的拦沙坎设计高程，宜比设计水位时的河床平均高程高0.5~1.0m或高出冲沙闸底0.7～1.5m。

2

.进水闸下游护坦及消能设备3

.进水闸的水力计算第三节、进水闸、冲沙闸及沉沙池（一）进水闸（二）冲沙闸1

.冲沙闸1)冲沙闸底高程的确定2)冲沙槽

①冲沙槽的尺寸②冲沙槽槽底比降③冲沙槽中的潜没分水墙可将闸前水流分层。④将导沙坎布置在冲沙槽入口处，一般设两道，与冲沙槽水流方向成30°～40°的夹角。⑤分水墙的高度3)冲沙道（二）冲沙闸2

.冲沙闸的水力计算

1)单宽流量对于砂质壤土，可取为10～25m3/（s·m），当尾水很深，土质为粘性土时，也可增高到40m3/（s·m），对于岩石地基，最大可达50～70m3/（s·m）。2)闸孔计算冲沙闸的设计流量应为进水闸设计流量的1.0～1.2倍。3)流速验算①冲沙流速的验算②淤积流速的验算③耐冲流速的验算2.冲沙闸的水力计算（三）沉沙池1

.沉沙池的作用2

.沉沙池(1)结构布置①定期冲洗式沉沙池②连续冲洗式沉沙池(2)沉沙池计算1）泥沙沉降速度2）结构尺寸①泥沙池长度按(12.3.12)式计算②沉沙池工作宽度按(12.3.12)式计算③沉沙池设计水深按(12.3.14)式计算

3）冲沙流速4）单宽冲沙流量5）泥沙淤积厚度6）冲沙时间(3)冲洗程序（三）沉沙池（三）沉沙池3

.沉沙条渠1)设计布置沉沙粒径与相应断面的平均流速的关系2)条渠水流和泥沙沉降过程3)淤积过程4)条渠计算（三）沉沙池60第四节、泵房、进水池