1、4 取水工程,4.1取水工程概论 4.1.1取水工程的地位和任务 地位 取水工程是水资源利用与保护的重要内容之一，是给水工程的重要组成部分之一。 从系统观点来看，取水工程是给水工程系统同外部天然水源相关联的重要环节。 取水工程（包括水源类型、状况、布局；取水构筑物等）将会为给水工程系统带来重要影响。,任务 按一定的可靠度要求从水源取水并将水送到给水处理厂或用户。 通常包括两个方面： 给水水源方面：进行水文或水文地质、给水水源可能性及其他有关问题的研究。就研究性质而言，一般偏重于理论分析； 取水工程方面：水源选择和利用、布局、取水方法、取水构筑物型式、涉及计算、施工、运行维护等。,性质 传统上：
2、工程技术学科，主要是在一定的技术经济条件下获得水质合格的可用水量的技术；是水资源综合学科的一个分支； 目前：随着缺水和水污染日益严重，取水工程特别是与给水水源有关的方面涉及到多水源联合调度及相应的量化方法问题，与水资源或水利学科等宏观方面的联系更多、更紧密； 要求：采用新思维。,4.1.2 给水水源分类及其特点 一、分类一般地，给水水源分为两大类：地下水和地表水。 地下水源：包括潜水，承压地下水和泉水等。 地表水：江河、湖泊、水库、海洋等。 二、特点 地下水： 优点：水质澄清、水温稳定，分布面广，不易污染，流量相对较为稳定； 缺点：径流量较小，硬度较高，一旦污染较难恢复，生态环境风险大，部分地
3、区Fe、Mn含量过高。 地表水： 优点：矿化度和硬度较低、铁、锰等含量低，径流量大； 缺点：水温变幅大，易污染、径流变化大、河流生态系统风险大、取水条件复杂、微污染水的健康风险大。,二者相比，地下水水源有以下的优点： 取水简单，施工容易，管理方便； 处理工艺简单，费用低，系统简化； 便于靠近用户取水，输水短，降低投资与输水费用，可建立多水源给水系统，提高供水可靠性；且管网造价低；便于分期修建，初次投资低，运行和管理费用低；便于水源保护。 适于矿区、铁路沿线、山区和小型给水系统，适于低温、恒温用水。 取用地下水具有如下缺点： 管理分散； 勘察工作量大，勘查费用高； 开采量有限，不适于大流量取水。
4、,4.1.3给水水源的选择 实际上涉及到一个问题，两层意思：水源选择的原则和具体地点的选择 总体上说：水源的选择要密切结合城市近远期规划和产业发展布局要求，从整个给水系统的安全与经济的高度考虑；综合考虑各种条件；考虑供水对象（供与需）。 水源选择的一般原则： 水量可靠：满足近、远期用水量； 水质良好：原水水质符合要求，一般要达到II、III类水体标准；,符合卫生要求的地下水，宜优先作为生活饮用水的水源； 地表水和地下水联合使用（注意定价问题）； 统一规划，全面考虑，统筹安排； 取水、输水、净化设施安全经济和维护方便； 确定水源、取水点和取水量等要取得水资源管理机构以及卫生防护等有关部门的书面同
5、意； 具有施工条件。上述各条原则（要求），归纳到一点，就是：选择水源时，既要考虑技术上的可行性，又要考虑经济上的合理性。,室外给水设计规范中给水水源选择要求 水源选择前，必须进行水资源的勘察。水源的选用应通过技术经济比较后综合考虑确定，并应符合下列要求： 水量充沛可靠； 原水水质符合国家有关现行标准的要求； 与农业、水利综合利用； 取水、输水、净水设施安全经济和维护方便； 具有施工条件。,用地下水作为供水水源时，应有确切的水文地质资料，取水量必须小于允许开采量，严禁盲目开采。地下水开采后，不引起水资恶化、地面沉降和水位持续下降。 用地表水作为城市供水水源时，其设计枯水流量的年保证率，应根据城市
6、规模和工业大用户的重要性选定，一般可采用90%97%；注：镇的设计枯水流量保证率，可根据具体情况适当降低。 确定水源、取水地点和取水量等，应取得有关部门同意。生活饮用水水源的卫生防护，应符合现行的生活饮用水卫生标准的要求。,4.1.4 给水水源保护 水源保护的原因水源污染、水土严重流失、地下水长期超量开采等可能破坏水源的水量和水质，影响水源功能，而且水源一旦受到严重污染, 很难在短期恢复，因此，应该对给水水源采取预防性措施，加以保护。 水源保护的一般措施 制定水资源开发利用规划（新水法有专门规定）； 加强水源观测与预报； 加强水土保持工作； 开辟新的水源，避免地下水的过量开采；,防止水质污染：
7、 提高污水处理率，控制污水排放； 进行合理的城市规划，城市功能区划合理； 水质监测和水污染控制（制定排放标准等）； 水污染调查，建立水质监测网； 勘查新水源时，应从防止污染角度，提出水源合理布局和卫生防护要求。,给水水源卫生防护自来水厂水源地必须设置卫生防护地带。 地表水源卫生防护要求（根据生活饮用水卫生标准）： 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；其沿岸防防护范围内不得堆放废渣、不得设立含有害化学物品的仓库、堆栈或装卸垃圾、粪
8、便和有毒物品的码头；不得使用工业废水或生活污水灌溉及施用有持久性毒性或剧毒的农药，并不得从事放牧等有可能污染该段水域水质的活动。,. 水厂生产区范围应明确划定并设立明显标志，在生产区外围不小于10m的范围内，不得设置生活居住区和修建禽畜饲养场、渗水坑；不得堆放垃圾、粪便、废渣或铺设污水渠道；应保持良好的卫生状况和绿化。 地下水水源卫生防护要求： 部分要求参照地表水水源水厂，如取水构筑物的防护范围应根据水文地质条件、取水构筑物形式和附近地区的卫生状况确定，其防护措施按地面水水厂生产区要求执行； 在地下水取水点附近或影响半径范围内，不得使用污废水灌溉或剧毒农药，不得修建渗水厕所、渗水坑等可能影响地
9、下水水质的设施。 另外考虑工程地质等的影响。,4.2 地表水取水工程 4.2.1 地表水取水构筑物概论 4.2.1.1 地表水取水构筑物的分类可分为两类： 一般河流取水构筑物 固定式取水构筑物：岸边式、河床式、斗槽式等 移动式取水构筑物：浮船式、缆车式 特种取水构筑物 山区浅水河流取水构筑物 湖泊、水库取水构筑物 海水取水构筑物,4.2.1.2 影响地表水取水的因素 一、 江河径流条件 江河的水位、流量、流速等是江河的重要特征，其变化规律(范围、大小)是设计取水工程设施的重要依据。 影响河流径流的因素很多，如地区气候、地质、地形、地下水、土壤等自然地理条件及河流流域的面积和形状。 除一般径流特
10、征外，还要考虑河流的流量水位特征值： 江河历年最高水位、最低水位和常水位 江河历年最大流量、最小流量 江河历年最大流速、最小流速和平均流速 其它情况下如潮汐、形成冰坝冰塞时的最高水位和相应流量 上述流量下的河流的最大、最小和平均流速及其在河流中的分布情况。,在设计取水构筑物时，只能根据工程的重要性，确定一定的设计频率并求出在该设计频率下取水河段的水位和流量特征值，作为设计的依据。 我国现行室外给水设计规范(GBJ13-97) 规定： 设计最高水位 P=1%（百年一遇） 设计枯水位 I=9099% ，P=100-I 设计枯水流量的保证率： I=9099%,二、泥沙运动 泥沙的来源 地面的侵蚀和冲
11、刷（平原河流泥沙的主要来源） 水流对河床和河岸的冲刷（与河流地质的组成有关） 泥沙的种类：床沙、推移质、悬移质 床沙：组成河床表面的静止泥沙。（静止态） 推移质：指在水流作用下，沿河底滚动、滑动或跳跃前进的泥沙(底沙)。粒径较粗，通常只占河流挟沙量的510%，但对河床演变起着重要作用。 悬移质：指悬浮于水中、随水流一起运动的泥沙（悬沙）。粒径较小，占总挟沙量的9095。 三者在一定的水流条件下相互转化。,对于推移质而言，与取水最密切的问题是泥沙的起动和沙波运动。沙波运动对取水的影响甚大。 泥沙的起动砂粒起动流速的经验公式：注： 上述公式的适用范围：d=0.1100mm，h=0.217m,V =
12、0.16.0m/s。公式表明：砂粒越大，水越深，所需的起动流速越大。公式意义：可用来计算取水构筑物周围河床的局部冲刷深度。,沙波运动自流管或虹吸管的设计流速 起动流速止动流速,对于悬移质而言，与取水最为密切的问题是含沙量沿水深的分布和水流的挟沙能力。 含砂量的分布 单位体积河水内挟带泥沙的重量称为含沙量，以kg/m3表示； 根据测试，发现表层水流含沙量较少，底层水流含沙量大，如图示。,水流挟沙能力 挟沙能力指一定水流条件下水流能够挟带泥沙的饱和数量，也称饱和挟沙量，它是判断河流河床冲刷或淤积的重要依据； 水流挟沙能力主要与流速有关。流速越大，水流挟沙能力越强。一般来说靠近河床含沙量越大，越近水
13、面越小；横向分布为河心含沙量略高于两侧。,三、河床演变 河床演变：由于河流的径流情况和水力条件随时间和空间不断变化，其挟沙能力也不断变化，在各个时期和河流的不同地点产生冲刷和淤积，从而引起的河床形状的变化。 河床演变的原因 一定的水流条件具有一定的挟沙能力。 水流输沙不平衡是河床演变的根本原因。 影响河床演变的主要因素： 河段的来水量及其变化； 河段的来沙量、来沙组成及其变化； 河段的水面比降和水流速度； 河流及河段的外形； 河床地质组成。,河床变形的一般表现 纵向变形： 由于水流纵向输沙不平衡所引起。例如，兴建拦河坝常造成坝前淤积，就是由纵向输沙不平衡所致。 横向变形： 由河流横向输沙不平衡
14、所致。这类变形常发生于弯曲河段，是由弯曲河段内的横向环流引起的。 单向变形：是指在长时间内河床缓慢地朝一个方向冲刷或淤积，不出现冲淤交错。如黄河下游多年来一直不断淤积，抬高成为“悬河”。 往复变形：指河道周期性往复发展的演变过程。如洪水期河床冲刷，枯水期河道淤积，冲淤交替进行。 研究河床演变规律的意义：为选择取水口位置提供依据，避免由于河床演变，导致取水上偏离河中主流或被淤塞，影响取水安全。,平原河流的基本形态 顺直型河段 弯曲型河段（可能发生裁弯取直现象） 分汊河段 游荡性河段 注：以上四种河流形态对取水构筑物的位置影响很大。四、江河中的泥沙、漂浮物及冰冻情况 河流中的漂浮物、水内冰可能堵塞
15、取水头部，流冰可能影响取水构筑物的稳定性。含沙量高的河水，可能淤塞取水头部，加速水泵叶轮的磨损。,五、 河床与岸坡的岩性与稳定性 河床与岸坡的岩性与稳定性，既影响取水构筑物的位置和形式，又影响河床自身。 取水构筑物，一般应建在河床稳定、岩石露头、未风化的基岩上或地质条件较好的河床上。要防止建立不稳定的岸坡上，也不能建在淤泥、流砂层和岩溶地区。例如，取水构筑物中的进水管若敷设在地基差的河床上，可能出现进水管折断等情况。,六、水工构筑物、天然障碍物和支流 河道中常建有各种水工建筑物(如桥梁、拦河坡、码头等)，也可能存在各种天然障碍物，如伸入河床的石嘴，河道内的石矾。这些物体对河道的流速、流向和水深
16、等都会产生很大影响，甚至可能使河槽发生淤积、冲涮和位移，并严重污染水质。因此，选择取水口位置时，一般应避开这些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。注：除上述影响地表水取水构筑物的因素外，还应考虑经济方面的制约因素。,4.2.1.3 江河取水构筑物位置选择 正确选择的重要性：影响水量、水质、安全可靠性及工程的投资、施工和管理等。 江河取水构筑物位置的选择，应根据下列基本要求确定： 设在水质较好的地点应注意以下几点： 水质满足有关标准； 满足防护间距要求； 避开回流区和死水区（泥沙、漂浮物等考虑）； 有海水情况时（回灌等）如：若是供生活饮用水的地表水取水构筑物，应位于城镇和工业
17、企业上游的清洁河段。, 取水点应设在具有稳定的河床，靠近主流，有足够的水深的地段。 a) 顺直河段：应选在主流靠近岸边、河床稳定、水深较大、流速较快的地段（通常就是河段最窄处）。水深2.5m; b) 弯曲河段：有两种选择： 一般选凹岸，但应避免顶冲点（主流最初靠近凹岸的部位），可设在顶冲点下游1520m、同时冰水分层的地段；设在凹岸顶冲点的上游。（优点：减小护岸工程量和相应投资）。 c) 游荡型河段：一般不推荐，如确实必需，应尽量设在河床较窄、变动较小的地段，取水构筑物型式要尽量适应河床可能的变化，并要有备用取水口。,有边滩、沙洲的河段：不宜将取水点设在可移动的边滩和沙洲的下游，一般将取水点设
18、在上游距沙洲500m以远处。 有支流汇入的顺直河段：取水点离支流入口处上下游应有足够的距离：设在支流对岸：上游50m，下游100m；设在支流侧： 400m。注：满足以上要求，可以保证取水量，保证构筑物不至因地基不稳而致破坏，从而提高供水的安全可靠性,3、取水点应设在具有稳定的河床和岸边，工程地质条件、地形和施工条件良好； 4、靠近主要用水地区 a) 与产业布局和城市规划相适应； 靠近主用水区； 尽量少穿越河流和铁路等障碍物。 注：主要为了节省投资和输水费用，又要提高供水可靠性。所以实际上应该考虑整个给水系统的造价，进行总的成本效益分析 。 5、取水点应避免河流上的人工构筑物或天然障碍物的影响应
19、尽量避免支流、人工构筑物和天然构筑物对取水的影响。如不可避免，应采取一定的措施，减轻或消除这些影响。,桥梁：取水点应设在桥墩上游0.51.0km，或桥墩下游1.0km以外； 丁坝：丁坝同岸的下游不宜设取水点； 码头：取水点距码头边缘至少100m处+航运部门意见； 拦河闸坝：取水点设在上游时，闸坝附近距坝底防渗点约100m200m处；下游时，在影响区以外； 陡崖、石嘴：不宜设置取水点。 6、取水点应尽可能避免冰凌的影响 7、取水点的位置应与河流的综合利用相适应，满足各有关方面及总体规划的要求。注：以上各点要求在进行取水构筑物位置选择时，很难同时得到满足。在多数情况下，只可能同时满足其中几点要求，
20、或满足了其中一点要求，而另外的要求就得不到满足。根据这种特点，应提出多种取水构筑物位置选择方案，然后通过技术经济比较后综合考虑确定。,4.2.2 江河固定式取水构筑物 4.2.2.1 固定式取水构筑物概论 一、定义： 把不经过筑坝拦截河水、而是在岸边或河床上直接修建的固定的取水设施称为固定式取水构筑物。 注：山区浅水河流中的取水构筑物也都是固定式取水构筑物 二、优缺点 优点 取水安全可靠； 维修管理简单（运行）； 适应范围广。,缺点 水位变化时构筑物高度大，投资大； 水下工程量大，施工期长，扩建困难。要考虑发展的需要 注：从上面的优缺点比较来看，取水构筑物或其他有关工程构筑物一般应考虑以下几个
21、方面： 供水特征适用范围（主要决定因素）； 日常运营管理； 投资； 施工； 扩建（发展）设计规模一般土建工程按远期考虑三、基本型式：岸边式、河床式、斗槽式等。,4.2.2.岸边式取水构筑物 、定义：取水设施和泵房都建在岸边，直接从江河岸边取水的构筑物设施称为岸边式取水构筑物。 、组成：集水井、泵房 、适用条件： 江河岸边较陡； 主流近岸，岸边有足够水深； 水质和地质条件较好； 水位变幅不大。,、基本型式 基本依据：集水井与泵房是合建还是分建 合建式：集水井与泵房合建。 优点：布置紧凑、占地面积小，水泵吸水管路短，运行管理方便。 缺点：结构复杂，施工较困难。 适用性：岸边地质条件良好的情况。 分
22、为种情况：阶梯式、水平式（卧式泵）、水平式（立式泵） 分建式：集水井与泵房分建 优点：土建结构简单，施工较容易。 缺点：操作管理不便，吸水管路长，水头损失大，安全性稍差。 适用性：岸边地质条件稍差的情况。,、岸边式取水构筑物的构造和计算 1)、集水井（进水间） 组成：进水室、吸水室； 形状及其特性：圆形、矩形、椭圆形 考虑施工条件 进水室 集水井中沿长轴方向分开的靠河的一侧，用以沉淀泥沙及安装附属设备； 分成若干分格，根据供水安全要求、水泵数量等确定，一般不少于两格； 平面尺寸：根据进水孔、格网和闸板尺寸等确定； 进水孔 河水水位变幅在6m以上时，一般设置上下两层进水孔；上层进水孔在洪水位下1
23、.0m，上层进水孔上缘在设计最低水位0.3m以下； 平面尺寸：参考格栅计算方法。 吸水室 用来安装泵吸水管，参照泵房吸水井； 平面尺寸：根据水泵吸水管直径、数目和布置要求来确定,集水井的结构,集水井的结构 1、格栅；2、闸板；3、格网；4、冲洗管；5、排水管,2）、进水间附属设施 格栅 作用：拦截水中粗大的漂浮物及鱼类； 组成：金属框架、栅条； 形状：栅条断面有矩形、圆形等； 面积：按下式计算,b 格网 作用：拦截细小的漂浮物 类型：平板格网和旋转格网 组成：框架+金属网 a)平板格网 优点：构造简单，占地小，可以缩小进水间尺寸； 缺点：冲洗麻烦，网眼相对很大，拦截作用稍差，冲洗时会引入杂质；
24、 计算：计算公式见书（4-2-8 ） b)旋转格网 优点：冲洗方便，拦污效果好； 缺点：构造复杂； 进水方式：直流进水、网外进水、网内进水 计算：见（4-2-9）, 格栅、格网的构造,C 排泥、启闭及起吊设备 流速变小、泥沙沉淀导致排泥需要； 检修导致设置阀门的需要； 检修导致起吊的需要。 d 防冰、防草措施 防冰：多种方式，主要的有5种。 降低进水孔的流速； 加热格栅； 在进水孔前引入废热水； 在进水孔上游设置挡冰木排，阻止水内冰进入进水孔； 采取渠道引水。 防草： 用机械或水力方法清理格栅； 在进水孔前设置挡草木排； 在压力管中设置除草器。,、 岸边式取水泵房的设计特点 水泵选择：水泵型号
25、及台数不宜过多，否则将增大泵房面积，增加土建造价。但水泵台数过少，又不易调度，一般常采用三到四台(包括备用泵)。选泵时要以近期取水量为主，适当考虑远期可能的取水量，预留一定的位置。 泵房形状及布置 泵房形状有园形、矩形、椭园形、半园形等。矩形便于布置水泵、管道和起吊设备，而园形则相反。 在布置泵房时(泵房内需布置水泵机组、管路及附属设备)，既要满足操作、检修及发展要求，又要尽量减小泵房面积。 减少泵房面积的措施。, 泵房地面层的设计标高岸边式取水构筑物的泵房地面层, 应分别按下列情况确定： 当泵房位于渠道边时，为设计最高水位加0.5米。 当泵房位于江河边时，为设计最高水位加浪高再加0.5米。
26、当泵房位于湖泊、水库或海边时，为设计最高水位加浪高再加0.5米，并应设有防止波浪爬高的措施。 泵房的防渗与抗浮 防渗：泵房壁是否抗渗，主要在于混凝土是否密实，所以在施工时须注意混凝土的级配和浇捣质量。 抗浮：岸边式取水泵房常会受到河水或地下水的浮力作用，因此在设计时要考虑抗浮。 抗浮的措施。, 泵房的起吊、通风、交通和自控设施。 起吊：有一级起吊和二级起吊两种。起吊设备有卷扬机、单机吊车、桥式吊车等。 通风：自然通风和机械通风。深度不大的泵站，可采用自然通风，深度较大，气候炎热地区的泵站宜采用机械通风。 交通：深度较大(一般大于25米)的大型泵房，上、下交通除设置楼梯外，还应设置电梯。 自控：
27、取水泵房宜采用自动控制的遥控，以节省人力和提高取水的安全可靠性。,、 岸边式泵房设计实例,4.2.2.3、河床式取水构筑物 1、定义 用伸入江河中的进水管（其末端设有取水头部）进行取水的取水构筑物。 与岸边式取水构筑物相比，采用进水管来代替岸边式的集水井（进水间）的进水孔。 2、组成：由泵房、进水间(集水间)、进水管(即自流管或虹吸管)和取水头部四部分组成。 注：取水头部、进水管是区别的重点理解的重点设计要点 3、适用条件： 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时。,4、基本型式1）、按照进水方式的不同，有以下四种类型： 自流管取水
28、：适用于埋深小，开挖方便处。 虹吸管取水 优点：减少土石方量，缩短工期，节约投资； 缺点：管材和施工质量要求高，运行管理要求严格，并需装置真空设备，工作可靠性不如自流管。 水泵直接吸水：不设集水间，泵吸水管直接深入江心取水。 优点：省去集水间，结构简单，施工方便，造价较低； 缺点：可靠性稍差一些。 桥墩式取水：整个取水构筑物建在水中，在进水间的壁上设置进水孔。 适用条件：适用于大河、含沙量高、取水量大、岸坡平缓、岸边无建泵房条件时。,2）、按取水泵房结构形式分： 湿井式泵房：采用深井泵取水、集水井设置在泵房下部； 优点：结构简单、面积较小、造价较低、操作条件好； 缺点：拆卸安装工作量大，检修不
29、易，泵少而贵。 淹没式泵房：集水井和泵房常年淹没于水下； 优点：结构简单、造价较低、交通廊道比较隐蔽、土石方量小、构筑物所受浮力小； 缺点：泵房通风采光条件差，操作管理及设备检修不便、运输不便、结构防渗要求高。,5、河床式取水构筑物的构造和计算 1）、集水间 原则上与岸边式取水构筑物的岸边集水井相似； 河床式取水构筑物的集水井只承接进水管渠，不设进水孔，进水管的末端设闸阀； 集水井分进水间和吸水间，中间设格网； 吸水井横向分成若干格，其大小应满足各种构造要求。 2）、取水头部 取水头部的型式与构造 取水头部有：喇叭形、蘑菇形、鱼形罩、箱式、斜板等型式。,取水头部的设计与计算 设计要求： 尽量少
30、吸入泥沙和漂浮物； 防止头部周围河床冲刷； 避免船只和木排碰撞； 防止冰凌堵塞和冲击； 便于施工和清洗检修。 设计应注意的问题： 取水头部的位置和朝向： 取水头部应设在深槽主流、有足够的水深处； 进水孔一般布置在取水头部的侧面和下游面。 取水部部的外形与水流冲涮： 取水头部的迎水面一端做成流线型； 取水头部长轴与水流方向一致,进水孔的流速与面积： 流速选择要合理，兼顾漂浮物数量、有无冰凌、取水、造价和取水点流速等综合确定； 面积参照岸边式取水构筑物的有关内容进行计算。 取水头部的防草问题： 采用反向冲洗的方法处理。 3）、进水管 材料：钢管、铸铁管、钢筋混凝土管等； 设置要求：一般两条。满足事
31、故用水、冲洗； 管径：根据正常供水时的设计水量和流速计算； 位置要求： 自流管：河床下0.51.0m； 虹吸管：虹吸高度一般不大于46m ；最小坡度：0.0010.005； 冲洗方法：顺冲、反冲。,6、工程实例,4.2.2.4江河固定式取水构筑物的施工方法 一般需要水下施工，影响较大，要选择合适的施工方法； 施工方法类型： 大开槽施工法： 在开挖的基槽中施工； 适用条件：土质较好、构筑物埋深不大、不宜采用沉井施工的情况。 围堰施工法： 用堤坝（围堰）将施工区域与水体隔开，将围堰内的水抽干后施工。 特点：施工技术和设备简单；但土石方量大。 适用条件：岸边式取水构筑物、取水头部、水下自流管。 围堰
32、种类：土围堰、草土混合围堰、钢板桩围堰。 围堰要在施工完毕后拆除。,沉井施工法： 采用开口无底井筒，通过井内挖土，靠井筒自重或外加压力下克服土壤摩阻力下沉。 用于：泵房、集水间、桥墩式取水头部的施工； 适用条件：松散土质底层（关键是摩阻力要小）。 浮运下沉法： 将取水构筑物预装、密封，用船只移至预定地点，下沉； 优缺点：施工简单，但河水流速大时定为难。 气压沉箱法： 参照沉井法，另设气压工作室； 适用条件：含大漂石、卵石、或透水性强的土层； 优缺点：挡水；但施工要求和费用高； 适用于：个别大型桥墩式取水头部或江内泵房。,4.2.3 江河移动式取水构筑物 4.2.3.1 一般问题 1、定义： 采
33、用移动式取水头部的取水构筑物，叫移动式取水构筑物。 2、适用条件： 水源水位变幅大、供水要求急和取水量不大时； 使用固定式取水构筑物水下施工条件复杂时； 我国西南、中南、华北地区广泛采用移动式取水构筑物。 3、基本型式（根据取水头部） 浮船式； 缆车式,4.2.3.2浮船式取水构筑物 1、定义 采用浮船作为取水头部的取水构筑物。 2、优缺点： 优点：投资少、建设快、易施工、较灵活、取水质量好等（目前最大取水能力30万吨每天）； 缺点：船位需随河流水位移动、会引起短时供水停止、操作管理麻烦、浮船易受影响、供水安全可靠性较差。 3、浮船取水位置选择：除地表水取水的一般要求外，还需满足： 河岸有适宜
34、坡度； 水流平缓、风浪小； 尽量避开河漫滩和浅滩地段。,4、浮船与水泵布置： 浮船数量：根据供水规模和供水安全可靠性，浮船一般不少于2只； 浮船形式： 材质：木船、钢板船、钢丝网水泥船； 形式：平底囤船，其平面为矩形、断面为梯形或矩形； 浮船尺寸：船宽B=56m，L：B=2：13：1；h=1.21.5m。 水泵布置： 紧凑、便于检修； 保证浮船的平衡与稳定； 平面布置一般纵向排列； 竖向布置形式：上承式、下承式。（注意各自的优缺点）,5、浮船的平衡与稳定 先通过设备使浮船在正常运转时接近平衡； 额外设置平衡物：如用平衡水箱或压舱重物来调整； 浮船的最大横倾角：78度。 6、联络管 联络管指连接
35、船上的压水管和岸边的输水管的管道。 常用的联络管的连接方式有： 阶梯式连接 阶梯式连接分为柔性联络管连接和刚性联络管连接； 优点：船靠岸近，连接方便； 缺点：水位变幅超过一定范围时需移船、换接头，操作麻烦，且需短时停水。 适用：水位变幅较大的河流上采用。,摇臂式： 组成：钢管、套筒（若干个）； 优缺点：不移船、管理方便、不断水；洪水时浮船离岸较远，上下交通不便； 适用：水位变幅大时取水。 、输水管 沿岸边按自然坡度敷设； 需设置叉管时，一般从常水位线每隔分别向上下布置。 、浮船的锚固 用缆索、撑杆、锚链等锚固； 根据停靠方式选择锚固方式。,4.2.3.缆车式取水构筑物 、构成：泵车、坡道（斜桥
36、）、输水管、牵引设备。 、优缺点： 优点：基本同浮船式取水构筑物，但更灵活和方便； 缺点：水下工程量大，基建投资大。 、适用条件： 水位变幅相对较小； 涨落速度不大； 无冰凌和漂浮物较少。 、位置选择： 河岸地质条件好； 河岸坡度：度，坡度太陡或太缓都不好。 5、构造与计算,4. 3 地下水取水构筑物 4. 地下水分类 上层滞水：大气降水或地表水下渗时，受包气带中局部隔水层的阻托滞留聚集而成； 潜水：第一个隔水层上的地下水，靠降雨和河流地表水补给，水位随降雨情况而变化。西北和南方分别和不等； 承压水：埋藏于两个不透水层之间含水层中的地下水。,4.2 地下水取水构筑物的类型及适用条件 一、形式及
37、适用范围（见表）地下水取水构筑物形式选择时，要根据当时水文地 质条件通过技术经济比较确定。,地下水取水构筑物形式及适用范围形式 尺寸(mm) 深度(m) 类型 埋深 (m) 厚度(m) 产水量 管井 150800 201000 裂隙水、潜 200m 5m或有多 单井5008000 水、 承压水 层含水层 m3/d，最大达 23 万m3/d 大口井 40008000 615m 潜水、承压水 10m 515 m 单井50010000m3/d，最大为23万m3/d 渗渠 8001000 46m 潜水、河床渗透水 6m 46 m 一般为1030 m3/d.m，最大为 50100 m3/d.m 辐射井
38、750150 3-12 潜水、承压水 12m 2m 单井为5000（辐射管） （ 集水井） 50000m3/d,二、位置选择要求地下水取水构筑物的位置，应根据水文地质条件选 择，并应符合下列要求： 位于水质良好，不易受污染的富水地段； 2. 尽量靠近主要用水地区； 3. 施工、运行和维护方便； 4、尽量避开地震区、地质灾害区和矿产采空区。,4.3.3管井 一、管井构造,、井室,2. 井壁管 功能：用来加固井壁，隔离水质不良或水位较低的含水层； 要求：有足够强度、平整光滑便于安装设备、清洗和维修； 管材： 钢管：不受井深范围限制； 铸铁管：适用于井深小于m的范围； 钢筋混凝土管：适用于井深不大于
39、150m的管井； 石棉水泥管； 塑料管。 尺寸确定：其直径按水泵类型、吸水管外形尺寸等确定； 井壁管构造：与施工方式有关。 分段钻进 不分段钻进,3. 过滤管 功能：集水、保持人工填砾和含水层的稳定； 要求：应有足够的强度和抗蚀性、具有良好的透水性，且能保持人工填砾和含水层的渗透稳定性。 注：其材质和构造形式的选择很重要。 常用过滤器： 钢筋骨架过滤器； 圆孔或条孔过滤器； 缠丝过滤器； 包网过滤器； 填砾过滤器； 装配式砾石过滤器。 注：上述各种类型的比较，掌握其适用条件。,钢筋骨架过滤器 采用钢筋骨架进水； 适用条件： 不稳定的裂隙岩、砂岩或砾岩含水层； 深度不大于200m； 侵蚀性较弱；
40、 一般用作其它过滤器的骨架。 优点：用料省、易加工、孔隙率大； 缺点：抗压强度小、抗腐蚀能力弱；,圆孔、条孔过滤器 采用圆孔或条孔进水； 适用条件： 砾石、砂岩、卵石、砾岩和裂隙含水层； 多用作其它过滤器的骨架。 优点：可以形成天然反滤层，能： 保持含水层的渗透稳定性； 提高过滤器的透水性； 改善管井的工作性能； 提高管井单位出水量； 延长使用年限。 各种管材的允许孔隙率： 进水孔眼尺寸： 天然反滤层,缠丝过滤器 以前两种为骨架，在外缠丝构成； 适用条件：粗砂、砾石和卵石含水层； 材质：根据腐蚀性等选择。 包网过滤器 以前两种为骨架，在外包网（直径0.21.0mm）构成； 适用条件： 粗砂、砾
41、石和卵石含水层； 已逐渐为缠丝替代。 材质：根据腐蚀性等选择, 填砾过滤器 以以上各种过滤器为骨架，围填砾石构成； 适用条件：砂质含水量和砾石、卵石含水层； 填砾粒径：式中，D50表示通过砾料重量50的筛孔孔径；d50表示通过含水层中砂粒重量50的筛孔孔径。 装配式砾石过滤器 具有填砾过滤器的优点，又避免了因为现场填砾产生的问题。 优点：便于分层填砾、砾石层薄、井的开口直径小、现场施工的工作量减少。 缺点：加工复杂、造价高、运输不便、吊装质量大。,4、 沉淀管 功能：用以沉淀进入井内的细小砂粒和自地下水中析出的沉淀物。 长度要求：根据井深和含水层出沙的可能性而定，其长度一般为210m。井深小于
42、20m，沉淀管长度取2m；井深大于90m，沉淀管长度取10m。,二、管井的施工 管井的施工过程,1、 钻凿井孔 冲击钻进 适用于松散土质及含卵石地层； 冲击钻机 CZ-22，D=800mm，H=200mm，4050次/min。 回转钻进 适用于土、砂、砾石及基岩地层 钻进是连续的，钻进深度比冲钻进深。当井钻进到一定深度后，井壁可能坍塌、脱落。为此，可采取下列措施保护井壁： 清水护壁钻进法 泥浆护壁钻进法：即在钻井过程中，向井内不断灌入有一定要求的泥浆，利用泥浆对井壁之静压力来保持井壁稳定。 套管护壁钻进法,2. 井管安装 下井管前，先要根据钻进过程中记录下来的地层构造资料，对管井构造设计进行核
43、对、修正，确定过滤器，井壁管和沉淀管的长度和位置。 下管方法有： 吊装下管法：适用于长度小、重量轻的井管安装； 浮板下管法：适用于长度大，重量大的井管安装； 托盘下管法：适用于不能承受拉力的非金属井管的安装。,3. 填砾、管外封闭 填砾粒径按下式而定：式中，D50表示通过砾料重量50的筛孔孔径；d50表示通过含水层中砂粒重量50的筛孔孔径。 填砾速度要均匀，过程要连续。 管外封闭一般用粒土球，球径为25mm左右，用优质粒土制成。,4. 洗井和抽水试验 洗井目的: 清除含水层中的泥浆和过滤器外的泥浆壁，同时冲洗出含水层中部分细小颗粒，使过滤器周围形成良好的反滤层。 洗井方法有：活塞洗井法、压缩空
44、气洗井法、联合洗井法 当出水变清，井水含砂在1/500001/20000以下时，就可以结束洗井工作。 抽水试验的目的：测定井的出水量，了解出水量和水位降落值的关系，为选择、安装抽水设备提供依据，同时采取水样进行分析，以了解井水水质。 抽水试验完成后，应给出水位降落值与出水量的关系。 抽水试验的最大出水量一般应达到或超过设计出水量。,三、管井的维修管理 管井的验收 管井的使用 管井出水量减少的原因和恢复措施 原因之一：过滤器及其相连部分堵塞 过滤器尺寸问题（过大？） 过滤器表面、周围填砾和含水层被细砂堵塞（过小？） 过滤器及周围填砾、含水层被腐蚀胶结物和地下水析出的岩类沉淀物堵塞； 因细菌繁殖造
45、成堵塞。 恢复措施：分别对待 原因之二：水源减少 地下水位区域性下降，使管井出水量减少； 含水层中地下水的流失。 恢复措施：真空井法、爆破法、酸处理法,四、管井的设计与计算 （一）、管井的水力计算 1. 目的 在最大允许水位降落值和已知井构造、水文地质参数等条件下，确定管井的可能出水量。 在给定井出水量和上述参数条件下，确定管井的可能水位降落值。 2. 计算方法 理论公式法 简便，但精度差，适用于水源选择，供水方案的拟定或初步设计阶段。 稳定流情况下井的水力计算； 非稳定流情况下井的水力计算,经验公式法 在工程实践中，常采用经验公式法； 采用经验公式法系根据抽水试验所得的数据，绘制Q-S关系
46、曲线和变形曲线，拟合出Q-S函数关系，然后根据此函数关系推求Q下的S或S下的Q。 优点：不必考虑井的边界条件，避开水文地质参数，综合性地考虑各种复杂因素的影响。计算结果比较符合实际情况。 工程中常见有四种关系曲线：直线型、抛物线型、幂函数型和半对数型。Q-S曲线与含水层性质有较大的关系。,（二）、管井的设计步骤 1. 搜集设计资料、查勘现场 2. 根据含水层埋藏等条件，初步确定管井的形式与构造，同时，根据地下水位和地下水的分布情况，初步选择取水设备形式和考虑井群布置方案。 3. 按有关理论公式或经验公式确定单井的出水量和对应的水位降落值，并结合其他条件确定取水设备形式和容量。 4. 根据上述计
47、算结果进行管井构造设计，包括井室、井壁管、过滤器、沉淀管和填砾管等的构造尺寸、材质、规格。最后，还要对过滤器作校核计算：,或 式中， 进入过滤器表面的流速；允许流速； 含水层渗透系数。,4.3.4 大口井 一、基本方面： 垂直建造，口径比管井大； 与管井比较：适用条件：开采浅层地下水，一般开采埋深小于12m，厚度在520m的地下水； 型式： 完整井：仅以井壁进水，含水层厚58m； 非完整井：井壁和井底同时进水，H10m 时,优缺点： 优点：构造简单、取材容易，使用年限长，容积大，能同时起水量调节作用；适用于小城镇或农村供水； 缺点：易受地下水水位变化的影响。 构造及其功能：井筒 材料：钢筋混凝
48、土、砖、石 功能：加固井壁、防止井壁坍塌、隔离不良水质的含水层 井口 大口井露出地表的部分； 功能：为避免地表污水从井口或沿井壁侵入污染地下水； 建设形式：合建或分建。,进水部分 井壁进水孔：水平孔、斜形孔； 透水井壁：由无沙混凝土制成； 井底反滤层：一般为34层，滤料自下而上逐渐变粗。二、大口井的施工： 大开挖施工法； 沉井施工法,三、大口井的水力计算 1、出水量计算： 可采用理论公式法和经验法 理论公式法 井壁进水：采用完整井管井出水量公式； 井底进水： 井壁井底同时进水：叠加 经验法：同前面的管井经验法 2、大口井渗透稳定性的校核,四、大口井的设计要点设计步骤与管井类似，但还应注意： 井
49、址：补给丰富、含水层透水性好、埋深浅； 岸边或河漫滩依靠河水补给：应考虑含水层堵塞引起出水量的降低； 大口井尺寸：井径对出水量的影响； 应注意地下水位的变化情况（对于河床下地下水，以枯水量最低设计水位为准）。,4.3.5 辐射井 一、概况： 1、由集水井与若干辐射状敷设或倾斜的集水管（辐射管）组合而成。 2、形式及各自的适用性 按集水井本身是否取水分： 集水井与辐射管同时进水：适用于厚度较大的含水层（510m）； 井底封闭，仅有辐射管进水：适用于较薄的含水层（5m）。 施工和维修方便。 按补给方式分： 集取地下水的辐射井； 集取河流或其他地表渗透水的辐射井； 集取岸边地下水或河床地下水的辐射井。,
