第七节 山区浅水河流取水构筑物

山区浅水河流与一般平原河流的水文特征和河床物质组成等不尽相同，因而两者的取水方式也有所不同。

一、山区河流及其取水方式的特点

1.山区河流的特点

（1）流量和水位变化幅度很大，水位陡涨陡落，洪水持续时间短。在枯水期内，流量很小、水深很浅，有时出现多股细流，甚至断流，而在暴雨之后，山洪暴发，洪水流量可为枯水流量的数十、数百倍或更大。

（2）水质变化剧烈。枯水期水流清澈见底。暴雨后，水质骤然浑浊，含沙量大，漂浮物多。雨过天晴，水又复清澈。

（3）河床常为砂、卵石或岩石组成。河床坡度陡、比降大，洪水期流速大，推移质多，粒径大，有时甚至出现1m以上的大滚石。

（4）北方某些山区河流潜冰（水内冰）期较长。

2.取水方式的特点

（1）由于山区河流枯水期流量很小，因此取水量所占比例往往很大，有时高达70%～90%以上。

（2）由于平枯水期水层浅薄，因此取水深度往往不足，需要修筑低坝抬高水位，或考虑采用底部进水等方式解决。

（3）由于洪水期推移质多，粒径大，因此修建取水构筑物时，要考虑能将推移质顺利排除，不致造成淤塞或冲击。

根据山区河流取水的特点，取水构筑物常采用低坝式（活动坝和固定坝）或底栏栅式。当河床为透水性良好的砂砾层，含水层较厚，水量较丰富时，亦可采用大口井或渗渠取地下渗流水。

二、低坝式取水构筑物

当山区河流取水深度不足，或者取水量占河流枯水量的百分比较大（30%～50%），推移质不多时，可在河流上修筑低坝来抬高水位和拦截足够的水量。

低坝有固定式低坝和活动式低坝两种。

1.固定式低坝

固定式低坝取水枢纽由拦河低坝、冲沙闸、进水闸或取水泵站等部分组成，其布置如图2-59所示。固定式拦河坝一般做成溢流坝型式，坝高1～2m。坝身通常用混凝土或浆砌块石建造；为了防止溢流坝在溢流时河床遭受冲刷，在坝下游一定范围内需用混凝土或浆砌块石铺筑护坦。护坦上有时设有齿槛、消力墩等辅助消能设施。

为了防止在上下游水位差作用下，从上游经过坝基土壤向下游渗透，上游的河床应用黏土或混凝土作防渗铺盖。黏土铺盖上需设置厚30～50cm的砌石层加以保护。有时还需要在坝基打入板桩或砌筑齿墙防渗。

冲沙闸设在溢流坝的一侧，与进水闸或取水口邻接，其主要作用是利用坝上下游的水位差，将坝上游沉积的泥沙排至下游。进水闸的轴线与冲沙闸轴线的夹角为30°～60°，以便在取水的同时进行排沙，使含沙较少的表层水从正面进入进水闸，而含沙较多的底层水则从侧面由冲沙冲泄至下游。

2.活动式低坝

活动坝在洪水期可以开启，故能减少上游淹没面积，并且便于冲走坝前沉积的泥沙，因此采用较多，但其维护管理较固定坝复杂。

低水头活动坝种类较多，设有活动闸门（平板闸门或弧形闸门）的水闸是其中常用的一种，既能挡水，也能引水和泄水。近几年来逐渐采用橡胶坝、浮体闸、水力自动翻板闸等新型活动坝。这里只对袋形橡胶坝略加介绍。

橡胶坝有袋形和片形。袋形橡胶坝是用合成纤维（尼龙、卡普隆、锦纶、维纶）织成的帆布，布面塑以橡胶，黏合成一个坝袋，锚固在坝基和边墙上，然后用水或空气充胀，形成坝体挡水。当水和空气排出后，坝袋塌落便能泄水，它相当于一个活动闸门。其优点是施工快，节约投资和钢材水泥，运行管理方便。但是坝袋易磨损，易老化，使用寿命短。

三、底栏栅式取水构筑物

通过坝顶带栏栅的引水廊道取水，称为底栏栅取水构筑物。它适宜在水浅、大粒径推移质较多的山区河流，取水量较大时采用。

底栏栅取水构筑物由拦河低坝、底栏、栅、引水廊道、沉沙池、取水泵站等部分组成。在拦河低坝上设有进水底栏栅及引水廊道。河水流经坝顶时，一部分通过栏栅流入引水廊道，经过沉沙池去除粗颗粒泥沙后，再由水泵抽走。其余河水经坝顶溢流，并将大粒径推移质、漂浮物及冰凌带至下游。

当取水量大，推移质甚多时，可在底栏栅一侧设置冲沙室和进水闸（或岸边进水口）。冲沙室用以排泄坝上游沉积的泥沙。进水闸用以在栏栅及引水廊道检修时，或冬季河水较清时进水。

底栏栅式取水构筑物应设在河床稳定、顺直、水流比较集中的河段，并避开受山洪影响较大的区域。底栏栅式取水构筑物各部分的构造及计算如下。

1.拦河低坝

拦河低坝用以拦截水流，抬高水位。坝与水流方向垂直布置。坝身通常用混凝土或砌石建造。坝顶一般高出河底0.5～1.0m。溢流坝段伪顶面应较栏栅坝段的顶面高出0.3～0.5m，以便常水位时水流全部从底栏栅上通过。为了防止冲刷，坝下游应作陡坡，护坦和消力池等消能设施。

2.底栏栅

底栏栅用以拦截水中的大粒径推移质和漂浮物，不使进入引水廊道。栏栅栅条可用扁钢、圆钢、铸铁或钢轨等材料制造。栅条断面以梯形较好，不易堵塞和卡石。栅条净距应根据推移质粒径大小而定，一般采用6～10mm，最大20mm。栅条宽度多为8～25mm。

为使水流易于带动推移质顺利越过栏栅泄至下游，并减轻大石块对栏栅的撞击，栏栅应向下游敷设0.1～0.2的坡度。

3.引水廊道

引水廊道一般采用矩形断面。廊道内壁宜用耐磨材料衬砌，以抵抗沙砾的磨损。

廊道一般按无压流考虑，因此廊道内水面以上应留有0.2～0.3m的保护高。为了避免泥沙淤积，廊道内的流速应从起端到末端逐渐增大，并应大于泥沙的不淤流速。廊道起端流速一般不小于1.2m/s，末端流速不小于2.0～3.0m/s。

廊道内水流情况复杂，一般均采用等速流近似计算法。在计算时，将等宽的廊道按长度分成几个相等的区段。

4.沉沙池

沉沙池用以去除水中粗颗粒泥沙。沉沙池可做成直线形或曲线形。直线形沉沙池一般为矩形，采用一格或两格，每格宽1.5～2.0m，长15～20m，起端水深2.0～2.5m，底坡0.1～0.2。池中沉淀的泥沙利用水力定期冲走。