关于地表水取水构筑物的分析研究

冯明慧 马志远 刘天浩 史焕新 刘潇广

摘 要：取水工程是水资源利用与保护的重要部分，而取水构筑物作为水资源利用与保护的媒介，其类型与设计选择的合理性，将直接影响水源地的正常运行和可持续利用。选择一个合适的取水构筑物，会保证供水程度，提高供水水源运行效率。本文将就水源特征，取水构筑物的布置、选择分类进行讨论，为地表水取水构筑物的选择提供参考。

关键词：取水构筑物；取水工程

1 水源地选择标准

水源水量可靠性和水质符合要求是水源选择的首要条件。 水量除满足当前的生产、 生活需要外，还应考虑到未来发展对水品的需求^[1、2]。水源地在进行选择之前，必须进行水源的勘察，对水源进行详细勘察和可靠性综合评价，避免造成工程失误；对于河流水资源，应确定可利用的水资源量，避免与工农业用水及环境用水发生矛盾。水源的选用应通过技术经济比较后综合考虑确定，水源选择必须在对各种水源进行全面分析研究，掌握其基本特征的基础上，综合考虑各方面因素，并经过技术经济比较后确定。对水资源的选用要统一规划、合理分配、优水优用、综合利用。此外选择水源时、还需考虑基建投资、运行费用以及施工条件和施工方法。

用地表水作为城市供水水源时，其设计枯水流量的保证率，应根据城市规模和工业大用水户的重要性选定，一般可采用90%~97%。城镇供水水源的设计枯水量保证率可根据具体情况适当降低。一个地区和城市具有地表和地下两种水源，可以对不同的用户，根据其需水要求， 分别采用地下水和地表水作为各自的水源；也可以对各种用户的水源采用两种水源交替使用，在河流枯水期地表水取水困难和洪水期河水泥沙含撮高难以使用时，改用抽取地下水作为供水水源。国内外的实践证明，这种地下水和 地表水联合使用的供水方式不仅可以同时发挥各种水源的供水能力， 而且能够降低整个给水系统的投资， 提高供水系统的安全可靠性^[3]。

2 地表水取水构筑物的设计原则

从江河取水的大型取水构筑物，当大型取水构筑物的取水量占河道最枯流量的比例较大时；由于河道及水文条件复杂需采取复杂的河道整治措施时；设置取水构筑物的情况复杂时；拟建的取水构筑物对河道会产生影响时，需采取相应的有效措施时应进行水工模型试验^[3]。

城市供水水源的设计枯水流量的保证率采用90%~97%，水位的保证率一般采用90%~99%。当漂浮物、泥沙、冰凌、冰絮和水生生物的阻塞时；洪水冲刷、淤积、冰冻层挤压和雷击的破坏时，取水构筑物应根据水源情况，采取防止下列情况发生的相应保护措施。

江河取水构筑物的防洪标准不应低于城市防洪标准，其设计洪水重现期不得低于100年。水库取水构筑物的防洪标准应与水库大坝等主要建筑物的防洪标准相同，并应采用设计和校核两级标准。取水构筑物的冲刷深度应通过调查与计算确定，并应考虑汛期高含沙水流对河床的局部冲刷和 ＂揭底” 问题。大型重要工程应进行水工模型试验。

3 地表水取水构筑物分类及设置原则

地表水取水构筑物按构造形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，每一类又有多种形式各自具有不同的特点和适用条件。

3.1固定式取水构筑物

固定式取水(fixed intake)是指用固定式取水构筑物自地表水源取水。该取水方式安全可靠、维护管理方便且适用范围广；但投资较多、水下工程量较大、施工期较长。按取水点位置和构造特点，大体分为岸边式取水、河床式取水和斗槽式取水三种类型。固定式取水构筑物，由于无塔供水它供水比较安全可靠，维护管理方便，适应性较强，广泛应用于从河流及湖泊中取水。但水下工程量较大，施工期较长及投资大，从水位变幅较大的水库及河流中取水不宜采用^[4]。

岸边式取水构筑物（riverside intake structure）指的是设在岸边取水的构筑物，一般由进水间、泵房两部分组成。适用于江河岸边较陡，主流近岸，岸边有足够水深，水质和地质条件较好，水位变幅不大的情况。河床式取水构筑物（riverbed intake structure）指的是利用进水管将取水头部伸入江河、湖泊中取水的构筑物，一般由取水头部、进水管（自流管或虹吸管）、进水间（或集水井）和泵房组成。斗槽式取水构筑物(paternoster intake structure)是指在岸边式（或河床式）取水构筑物之前设置斗槽的取水建筑。斗槽是在岸边用堤坝围成或在岸内开挖而成。设置斗槽的目的是由于斗槽中的水流速较河中小，水中泥砂易于在斗槽中沉淀，且水中冰凌易于上浮，故能较好地减少泥砂和防止冰凌进入取水口^[5]。

3.2活动式取水构筑物

活动式取水(movable intake)又称移动式取水。是指在水位涨落幅度较大（10m以上）的河流中取水而设置的可移动取水。活动式取水主要有浮船取水和缆车取水两种，个别的还有浮吸式和井架式。活动式取水具有投资少、建设快、易于施工（无复杂的水下工程和大量的土石方工程）、有较大的适应性和灵活性、能经常取得含砂量较少的表面水等特点

^[5]。

缆车式取水构筑物（Cable car water intake structure）是建造于岸坡上截取河流表层水的取水构筑物，由缆车、缆车轨道、输水斜管和牵引设备等组成。其特点是缆车随着江河水位的涨落，通过牵引设备沿岸坡轨道上下移动，因此受风浪的影响较小。缆车式取水构筑物适用于河流水位变幅为10~35m、涨落速度小于2m/h的情况，其位置宜选择在河岸岸坡稳定、地质条件好、 岸坡倾角为10°~28°的地段，如果河岸太陡，所需牵引设备过大移车较困难；如果河岸太缓， 则吸水管架太长，容易发生事故。浮船式取水构筑物（Floating boat-type water intake structure）由浮船、 铀固设备、联络管及输水斜管等部分组成。其适用条件为河流水位变幅在10~40m或更大，水位变化速度不大于2m/h。为适应水位涨落、缩短联络管长度，一般选择较陡的岸形。采用阶梯 式联络管的岸坡约为20°~30°; 采用摇臂式联络管的岸坡可达40° ~45°。

3.3山区浅水河流取水构筑物

山区浅水河流多属河流的上游段，河床坡降大、河狭流急，河流径流量变化及水位变幅很大。雨后水位猛涨、流量猛增，但历时很短。枯水期的径流量和水位均较小，甚至出现多股细流和局部地表断流现象。洪、枯水期径流量之比常达数十倍、数百倍甚至更大。河水的水质变化十分剧烈。适合于山区浅水河流的取水构筑物形式有：低坝取水、底栏棚取水、渗渠取水以及开渠引水等。其中主要为低坝和底栏栅取水构筑物^[6]。

4 结语

对取水工程中取水构筑物的合适选择，以及掌握有关水文水质的材料，对开发地区的水资做出正确的评价具有重要意义。本文通过对固定式取水构筑物、活动式取水构筑物和山区浅水河流取水构筑物三种取水构筑的分类及使用特点进行分析，阐述了取水构筑物的各自特点以及选择的合理性，对水源地的正常运行和可持续利用具有帮助作用。

参考文献：

[1]郄燕秋,王胜军,张炯,王洋,鲁巍.城市供水备用水源工程规划设计探讨[J].给水排水,2012,48(12):25-30.

[2] 室外给水设计标准 GB50013-2018

[3]黄端. 浅水湖泊避藻取水物理模型实验与数值模拟优化[D].重庆交通大学,2017.

[4]袁绪衡. 侧向流过滤取水的实验研究[D].湖南大学,2011.

[5]王潇. 水库灌区单站提水蓄水池分级研究[D].山东农业大学,2011.

[6]林涛,刘丽玲.渠道取水构筑物设计[J].中国给水排水,2011,27(16):107-108.