低坝斗槽式取水构筑物工艺设计体会
刘赟（新疆城乡规划设计研究院有限公司，新疆830002）近年来，以地表水作为水源的工程实例日趋增多，具体的取水构筑物方式也多种多样，本人在新疆高寒地区的河流上设计采用低坝斗槽组合式取水构筑物的工艺方面有一些心得体会，同时提出在设计中值得进一步商榷的议题，希望通过本文与给排水专业同行共同探讨。
一、低坝式（固定坝）取水构筑物的适用条件即河流的特点
1、流量和水位变化的幅度很大，水位猛涨猛落，但洪水持续时间不长。在枯水期内流量很小，水层很浅。有时出现多股细流，甚至地面断流。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。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1米以上的大滚石。
4、北部某些山区河流潜冰（水内冰）期较长。
新疆某县城供水工程水源为电站的退水渠即总干渠，总干渠有以下特点：（1）水量：枯水期流量为3立方米/秒，丰水期9立方米/秒；（2）水位：取水段渠宽为6.0米，常年水位1.50米，枯水位0.5米，最高水位2.5米；（3）水质：非洪水期主要水质指标平均值为：PH值8.04（国标6.5-8.5），总硬度144.50mg/L（国标450 mg/L），氟化物0.47 mg/L （国标1.0 mg/L），氯化物3.6 mg/L（国标250 mg/L），硫酸盐61 mg/L（国标250 mg/L），大肠菌群5个/Ｌ（国标3个/Ｌ），由以上水质化验报告可以看出，非洪水季节的水质除总大肠菌群超标外，其余水质指标均能满足《生活饮用水水源水质标准》的控制指标，该
由上表可知，该水源最高含沙量发生在6月份，浊度较高，含沙量为2020毫克/升，由上述资料可以看出，该水源流量和水位变化的幅度较大，水质变化较为剧烈，采用低坝式（固定坝）取水方式较为合理。
二、工艺设计时需要注意以下几点
1、对于新疆的河流大部分兼有农灌任务，所以在选择水源时还需注意由于山区的河流枯水期流量很小，因此取水量所占比例往往很大，有时达到70%~90%以上。这时需要考虑河流总体的水量分配，即在满足生活用水的同时，必须满足农业用水，这不是简单的最大用水量的叠加，因为农灌用水季节性很强，应分析在枯水期一段时间内，具体的农业用水量，通常枯水期发生在非农灌期，故该问题一般情况下易解决。
2、由于枯水期水层浅薄，因此取水深度往往不足，需要修筑低坝抬高水位，或者采用底部进水等方式解决。具体方式可以采用滚水坝，滚水坝的形式可采用固定式或活动式，其中固定式坝身通常用混凝土或浆砌石建造，坝高0.5-2.0米。坝体通常用混凝土或者浆砌块石建造。为了防止洪水期滚水坝溢流时河床遭受冲刷，在坝的下游一定范围内需用混凝土或者浆砌块石铺筑护坦。护坦上有时设有齿栏，消力墩等辅助消能设施。采用此种方式还需要重点考虑以下3点：1）坝的轴线方向可与水流方向成一定角度，这样有利于收集水流；2）在易沉积泥沙的一端设置排砂闸，以利于排砂；3）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，上游的河床应用粘土或混凝土做防渗铺盖。
3、由于洪水期推移质多，粒径大，因此修筑取水构筑物时，要考虑能使推移质顺利排除，不至于造成淤塞或冲击。冲砂闸设在溢流坝的一端，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，将坝上游沉积的泥砂排至下游。进水闸的轴线与冲砂闸轴线的夹角为30°~60°，以便在取水的同时进行排砂，使含砂较少的表层从正面进入进水闸，而含沙较多的底层则从侧面由冲砂闸泄至下游。冲砂闸的冲砂时间约20分钟，冲砂时将取水闸关闭，同时输水管线起端蝶阀关闭，以防止空气进入管道。
三、除冰方法与措施
从目前各种除冰方法来看，多用取水排冰之法。此法是使其冰水分层，先取其水，冰渣随河道水流排走。采用此法时，除满足所取水量外，还应有足够的流量将分离出来的冰渣能随河道水流带走，排往取水口的下游。
防冰害的具体方法和措施如下：
1、修建斗槽式取水构筑物进行除冰
这类斗槽预沉池的深度、宽度和长度除满足预沉泥沙的要求外，还要根据冬季流冰期，河水低水位时，使进入斗槽的水中冰花上浮于冰盖或水面，且将冰花截流在取水泵房之前。斗槽计算一般使用前苏联沙夫诺夫的经验公式计算斗槽预沉池的长度。
L=Khυ/ω（1-1）
式中L—除冰的斗槽预沉池长度（m）；
h—当河水为计算水位时斗槽预沉池中的水深（m）；
ω—冰渣（冰花）上浮速度，冰渣平均上浮速度为0.002～0.005（m/s）；
K—考虑到流冰期长短，斗槽内紊流的影响以及冰渣上浮至冰盖下均需占有一定的斗槽容积等因素而采取的安全系数一般采用2～3；
υ—斗槽内最不利情况下的水平平均流速（m/s）。
举例：黄河上游某水厂在计算斗槽尺寸时，采用h=2.15m，ω＝0.003 m/s，K=3，υ=0.086 m/s，因此斗槽预沉池下游段长度为L= K·h·υ/ω=3×2.15×0.086/0.003=184.9m 设计采用190m。
2、用引水渠道输冰排冰
引水渠道输冰排冰，是修筑引水渠道使其具有冰水分层的条件，使冰渣在引水渠道内上浮至水面，待冰渣上浮到水面后用导凌筏引导冰渣和一部分排冰水，由排水道排走。排冰道口门处设有潜水叠梁闸，以防河水漏失。由导凌筏底部分离出来的水，流入水泵房吸水井内。青海某电厂采用此法除冰效果显著。
为保障冰水在渠道内分层，渠内流速可保持在0.8～1.0 m/s左右，但渠内流速小于0.5 m/s时，渠内将冻结形成冰盖。
3、利用低坝冲砂闸、导凌筏引水渠综合排冰
在修建低坝取水的条件下除冰，首先冬季在冲砂闸口，用潜水叠梁闸板调整闸前水位使河流流速减缓以利于冰渣顺利上浮，大量浮于水面的冰渣，从潜水叠梁闸板上面溢流至下游河道；其次为使冰渣少经进水闸进入引水渠道，在进水闸前设导凌筏，将冰渣导向冲砂闸处排至下游河道；最后将进入引水渠的少量冰渣，在引水渠内减缓流速，使冰渣上浮于水面，同时，用潜水叠梁溢流的方法，将浮于水面的冰渣，溢流至下游河道，不含有冰渣的河水则流入取水泵房的吸水井内。使用这种方法排除冰渣，由于冰渣可以及时排走，无须考虑冰渣占有引水渠道的容积，因此，公式（1-1）中K值可以采用小些，如某工程中采用K=3降为K=2时其引水渠道的计算长度，可由184.9米降为123.3米，节约建设资金。
四、防杂草和漂浮物的有效措施
为防杂草及漂浮物，进水口都应设有进水格栅。严寒地区进水口流速不宜过多大，否则容易吸进冰凌，过栅流速过小会增加取水口外形尺寸，增加基建投资。一般小型取水构筑物间隙宽度为30～50mm。大中型取水构筑物为80～120mm。根据上述情况，过栅流速控制在有冰絮时，岸边非淹没式取水构筑物，为0.2～0.6m/s，河水淹没式取水构筑物为0.1～0.3m/s。上述数值均为无冰絮时过栅流速的50%左右。计算栅格面积时，另加25%堵塞系数。
低坝斗槽式取水构筑物工艺设计体会 刘赟（新疆城乡规划设计研究院有限公司，新疆830002）近年来，以地表水作为水源的工程实例日趋增多，具体的取水构筑物方式也多种多样，本人在新疆高寒地区的河流上设计采用低坝斗槽组合式取水构筑物的工艺方面有一些心得体会，同时提出在设计中值得进一步商榷的议题，希望通过本文与给排水专业同行共同探讨。 一、低坝式（固定坝）取水构筑物的适用条件即河流的特点 1、流量和水位变化的幅度很大，水位猛涨猛落，但洪水持续时间不长。在枯水期内流量很小，水层很浅。有时出现多股细流，甚至地面断流。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。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1米以上的大滚石。 4、北部某些山区河流潜冰（水内冰）期较长。 新疆某县城供水工程水源为电站的退水渠即总干渠，总干渠有以下特点：（1）水量：枯水期流量为3立方米/秒，丰水期9立方米/秒；（2）水位：取水段渠宽为6.0米，常年水位1.50米，枯水位0.5米，最高水位2.5米；（3）水质：非洪水期主要水质指标平均值为：PH值8.04（国标6.5-8.5），总硬度144.50mg/L（国标450 mg/L），氟化物0.47 mg/L （国标1.0 mg/L），氯化物3.6 mg/L（国标250 mg/L），硫酸盐61 mg/L（国标250 mg/L），大肠菌群5个/Ｌ（国标3个/Ｌ），由以上水质化验报告可以看出，非洪水季节的水质除总大肠菌群超标外，其余水质指标均能满足《生活饮用水水源水质标准》的控制指标，该 由上表可知，该水源最高含沙量发生在6月份，浊度较高，含沙量为2020毫克/升，由上述资料可以看出，该水源流量和水位变化的幅度较大，水质变化较为剧烈，采用低坝式（固定坝）取水方式较为合理。 二、工艺设计时需要注意以下几点
给水工艺处理基本知识 一、城镇供水系统 .供水系统分类和组成 供水系统分类： 供水系统是由取水、输水、水质处理和配水等设施组成的总体工程。 供水系统的分类： ⑴按水源分类，分为地表水和地下水供水系统； ⑵按供水方式，分为重力供水系统、压力供水系统和混合供水系统； ⑶按使用目的，分为生活用水、生产供水和消防供水系统； ⑷按服务对象，分为城镇供水和工业供水系统。 供水系统组成： 供水系统一般由取水构筑物、原水输水管（渠）、水处理构筑物、调节及增压构筑物、配水管网等部分组成。 1.取水构筑物：取集原水而设置的各种构筑物的总称。 2.原水输水管（渠）：将取水构筑物取集的原水送入净水厂处理的管（渠） 设施。 3.水处理构筑物：对原水进行处理，以达到用户对水质要求的各种构筑物， 通常把这些构筑物布置在水厂。 4.调节及增压构筑物：贮存和调节水量、保证水压的构筑物，如清水池、泵 站等，一般设在厂内，也可在厂内外同时设置。 5.配水管网：用以向用户配水的管道系统。 分质、分压和区供水： 统一供水系统是指城镇供水系统将生活、生产、消防三者合一，统一按生活饮用水卫生标准供水。 除了统一供水系统外，还可分为：分质供水系统、分压供水系统、分区供水系统。 1.分质供水系统 根据不同用户对水质要求不用，采用分质供水的系统。如将水质要求较低的工业用水与城镇供水系统分开单独设置的供水系统；将海水或城市污水处再生后作为厕所冲洗、绿化等杂用水供水系统。 2.分压供水系统 根据管网分压的不同要求，分别供应的系统。如城镇中某些高层建筑区，或地势较高的地区要求较高的供水压力，可采用不同的压力供水系统。 3.分区供水系统 在一个城市中由于地形不同形成分别供水的成为分区供水系统。按布置方式可分成并联供水系统（由同一泵站分别向二区单独供水）；串联供水系统即高区泵站从低区取水，然后向高区供水。 影响供水系统布置的因素
地下水取水构筑物施工规范 第一节一般规定 第1.1.1条采用无砂混凝土制作大口井井筒或渗渠集水管时，应经试验确定其骨料粒径、灰石比和水灰比。并应制定搅拌、浇筑和养护的施工措施，其渗透系数、阻砂能力和强度不应低于设计规定。 第1.1.2条滤料的制备应符合下列规定： 一、滤料的粒径及性质符合设计要求。 二、滤料经过筛选并检验合格后，按不同规格堆放在干净的场地上，并防止杂物混入。 三、标明堆放的滤料的规格、数量和铺设的层次。 四、滤料在铺设前应冲洗干净。其含泥量不应大于1.0%(重量比)。 第1.1.3条铺设大口井或渗渠的反滤层前，应将大口井中或渗渠沟槽中的杂物全部清除，并经检查合格后，方可铺设反滤层。 第1.1.4条滤料在运输和铺设过程中，应防止不同规格的滤料或其它杂物混入。冬期施工时，滤料中不得含有冻块。第1.1.5条滤料的运送应采用溜槽或其他方法将滤料送至大口井井底或渗渠槽底，不得直接由高处向下倾倒。 第1.1.6条大口井或渗渠施工完毕，并经检验合格后，应
按下列规定进行抽水清洗： 一、抽水清洗前应将大口井或渗渠中的泥砂和其它杂物清除干净。 二、抽水清洗时，对大口井应在井中水位降到设计最低动水位以下停止抽水；对渗渠，应将集水井中水位降到集水管管底以下停止抽水。待水位回升至静水位左右应再行抽水。并应在抽水时取水样，测定含砂量。当设备能力已经超过设计产水量而水位未达到上述要求时，可按实际抽水设备的能力抽水清洗。 三、当水中的含砂量小于或等于0.5ppm(体积比)时，停止抽水清洗。 四、抽水清洗时的静水位、水位下降值及含砂量测定结果，应及时做好记录。 第1.1.7条大口井或渗渠经过抽水清洗后，应按下列规定测定产水量； 一、应测定大口井或渗渠集水井中的静水位； 二、抽出的水应排至降水影响半径范围以外； 三、按设计产水量进行抽水，并测定井中的相应动水位。当含水层的水文地质情况与设计不符