取水口防沙措施：避免脱流和减少泥沙进入

取水口的防沙措施包括防止取水口脱流（即水流脱离取水口）和减少泥沙进入取水口。

（一）防止取水口脱流

取水口脱流的实质是由于大量泥沙淤积堵塞了取水口。防止取水口脱流的主要措施有取水口位置的选择和防沙措施的选用。

1.取水口位置的选择

对于已经建成的泵站，当取水口容易出现脱流时，首先应该分析取水口的位置是否选择适当。在考虑取水口位置时，有以下几种情况需要注意。

（1）弯道取水的位置。在选择取水口位置时，首先应该考虑弯道凹岸的稳定河段作为取水位置的方案（见图8-3）。因为水流经过弯道时会形成弯道环流，含沙量较少的表层水流流向凹岸，含沙量较大的底流流向凸岸，容易造成凸岸淤积。因此，对于取水口容易淤积的泵站首先应该检查取水口位置是否选择在凸岸。内蒙古的镫口泵站、山西的大禹渡泵站和山东的田山泵站均选择了凹岸下游作为取水口，都取得了较好的取水效果。

图8-3　弯道取水口的合适位置

1—取水闸；2—原弯道凹岸岸边线；3—冲刷后凹岸岸边线；4—凸岸河床浅滩；5—弯道冲刷变形后水流流线；6—弯道冲刷变形前水流流线

（2）在河床狭窄处选择取水口。由于狭窄河段的水深和流速较大，泥沙不容易淤积，而且主流不容易摆动，因此，泵站的取水口位置应该尽量选在较为狭窄的河段上。

2.宽浅河段的导流措施

对于宽浅河段，如果枯水季节的流量很小，即使是取水口处于弯道的凹岸，仍然有可能出现泥沙淤积，水流脱离取水口的现象。因此，对宽浅河段进行防沙治导措施是非常重要的。

（1）对岸设丁坝群。陕西交口泵站自渭河取水，取水口处的河床宽度达500m左右，河道虽呈弯曲形，但枯水季节的流量仅数十m3/s，洪、枯流量相差百倍以上。为了保证取水口处洪枯水流稳定，枯水季节不出现脱流现象，采取了在对岸设丁坝群的措施（见图8-4），取得了较好效果。即在对岸长900m的河床上建浅丁坝7条，最长的伸入河床达180m。坝顶靠岸处高出滩面，到河道中间处接近与滩面齐平，略高出滩面。在洪水时坝顶溢洪，枯水时将水流集中，并逼向对岸，固定枯水河道。为了防止凹岸冲刷，在取水口的上下游均采用护岸顺坝。采取上述措施后，取水口处的河道成为近90°的弯道，河道横断面呈凸岸浅滩的偏心的河槽。20多年的运行实践证明，洪、枯水季节的水流一直紧靠取水口，使泵站取水可靠性得到了保证。

（2）对岸建挑流工程。对于在河床宽浅，水流散乱的河段选择取水口时，应对河道进行整治，可在对岸上游修建与流向成较大夹角的挑流坝，可使分散水流趋于集中使水流较稳定地流向对岸，以确保取水口处不出现脱流现象。如引黄济青泵站工程的取水口，选择在打渔张引黄闸附近，该处为弯道险工段，取水口位于弯道下游，距离弯道顶点约500m。在对岸的上游也为弯道凹岸，在此河弯修建护岸工程，形成护岸挑流，逼使洪、枯水流稳定地流向取水口（见图8-5）。

图8-4　宽浅河段的弯道丁坝群治导水势示意图

1—潜丁坝；2—河岸；3—凸岸淤滩；4—泵站进水闸；5—治导后的枯水河槽；6—凹岸护岸工程

图8-5　护岸挑流工程示意图

1—泵站取水闸；2—黄河枯水流线；3—护岸挑流工程；4—堤岸工程

又如黄河小北干流的吴王—姚卓河段，由于对岸上游的东雷护岸工程，在河床上修建了5km顺坝，1984年在顺坝尾端又修建了长度1300m的与水流成40°夹角的挑流坝（见图8-6），将分散的水流集中导向对岸。1984年以来该河段均未出现过脱流现象。

3.河心取水

当泵站附近没有合适的弯道或较稳定的取水位置，采用导流措施又会增加工程投资时，可以考虑采用河心取水的方式，以确保泵站取水的可靠性。最常见的河心取水方式有取水头部取水及河心泵站取水两种。

图8-6　挑坝导流工程示意图

1—护滩顺坝；2—河谷陡岸坡；3—挑流坝；4—滩地；5—靠岸流线；6—集流枯水河槽；7—浅滩

（1）取水头部取水。将取水头部设在水深大，流速较快的河道主流区，泵站设在岸边，取水头部和泵站之间用自流管或虹吸管连接。水深大可以提高泵站在枯水季节取水的可靠性，流速高可以避免取水头部的泥沙淤积和水草堵塞。

取水头部的形式很多，对于多泥沙河流除保证取水头部有水可取，还应考虑取水防沙问题。在黄河取水的主要是露顶的墩式取水头部。图8-7为昭君坟泵站的取水布置形式。该站布置有三个河心墩式取水头部。每个取水头部又分上、中、下三层取水孔。输水暗管为内径160cm的钢管。为了提高取水的可靠性，在河心设有三个墩式取水口，其距离岸边的距离不等，最远的300余m，最近的100余m，一个工作，两个备用。取水泵站两座，一座工作，一座备用。从该站建成30余年的运行情况看：①取水口在河心，取水处不易出现脱流；②进水口设在侧面，孔前流速大于进孔流速，故孔前水草污物不易聚集；③取水口的孔口较多，非运行季节闸门漏水常使墩内和引水暗管淤积，再运行时需用泥浆泵清淤；④为了防止取水口的水面结冰，原设计在孔口的拦污栅条上设加热设备，但因加热效果差，于1961年已经报废。现在采用人工打冰，在凌汛期形成大冰盖或冰坝时，采用小炸药包爆破。因此，在行凌期的运行管理工作比较麻烦。

图8-7　昭君坟泵站的取水布置形式

1—墩式取水口；2—双排引水暗管；3—岸边；4—闸门井；5—引水联络暗管；6—检查井及格栅；7—泵房；8—出水管；9—出水池；10—输水暗道

图8-8　河心泵站取水形式

1—进水口拦污栅设施；2—平板滤网；3—河心泵站；4—桥墩；5—输水管道；6—水下河床等高线；7—水边线；8—岸边护岸堤；9—阀门室；10—桥面中线；11—上桥路中心线

（2）河心泵站取水。将泵房建在江河主流区，泵房与岸边之间用栈桥连接，桥上布置输水管道、输电线路，并兼做对外交通道路。这是一种取水建筑物和泵站合建的形式。泵房多为圆形或马蹄形，取水方向与河道流向成垂直布置，以利排污和排冰。进水室分格，每格供1～2台水泵取水。每格进口设拦污、清污设备及控制闸门。对外输水管路不少于两条，阀门室和变电站均设在岸上。图8-8为某火力发电厂自黄河取水的泵站布置图。该站建在距岸边120m的河床内，泵房平面呈马蹄形，侧面取水，装设4台沅江36-23LA型立式泵，总取水流量为8m3/s。取水间分为4格，每格供应1台泵取水，每格进口设有闸门控制，并设有较完善的拦污设施。从数十年的运行情况看，该工程所采取的防草、防淤、防冰以及水泵防磨损措施得当，效果明显，运行情况良好，其主要特点如下：①泵站建于河心主流稳定处，取水有保证；②取水口位于河心侧面取水，取水口前缘为直线，与河流流向一致，闸前无汇流，河流保持一定流速，故取水口前无拦门淤积问题，在取水口闸孔下部设有活动的潜水叠梁（每块高0.25m），可以防止推移质及砾石进闸，避免进水闸内淤积。另外，在进水室内设有沉沙坑，利用水压5kgf/cm2的水力提升器可以将泥沙排除；③在进水室从外到内设有挡草机、拦污栅、旋转滤网、平面格栅等四道拦污清污屏障。挡草机是水平格条做的机体，可以水平旋转30°。格条上拦挡的污草，可以由人工转动挡草机，利用水流的冲刷力将草污带走；在拦污栅前设有电动的可以升降的清污平台，用人工清除剩留下的污草；还有旋转滤网再清除过栅草污，最后是平板格网，可以保证将草污清除干净。该河段草污严重，据运行记录，汛期运行4h，拦污栅约有一半面积被水草所堵塞。在汛期清污工作量较大。该清污设施发挥了作用，解决了清污问题；④冰冻期间运行利用电厂热废水回流到拦污栅处的河水中，以提高进水闸处的水温，栅前的水温可维持在0～5℃之间，有效地防止了冰害；⑤在水泵选型方面，采用了低速水泵（n=485r/min），改进水泵的平衡孔，并采用清水密封，减轻了泥沙对水泵的磨损。(www.xing528.com)

（二）取水防沙措施

多沙河流的洪、枯流量相差悬殊，河床冲淤变化大。因此，防止泥沙在进水闸前淤积，并尽量减少泥沙进入取水建筑物是非常重要的。以下介绍一些泵站所取得的取水防沙成功经验。

1.闸前淤积的防止

进水闸前的泥沙淤积主要有以下三种情况：其一是，进水闸运行时淤积，特别是在汛期高含沙量时，闸前需要清淤，否则无法取水。因为泵站一般取水较小，如黄河有些泵站其取水流量仅为黄河平均流量的百分之几。因闸前分流的流速小于河中流速，容易造成闸前淤积。其二是，进水闸不运行时，闸前淤积。特别是以灌溉为主的泵站，为间歇性运行。据统计，进水闸停止运行的时间约6个月，不进水时，闸前流速接近于零，泥沙容易淤积。其三是，在泵站运行和不运行时，进水闸前均发生淤积。

由此可见，闸前淤积的原因很多，但主要是与闸前的流速有关。而闸前流速又与取水建筑物的布置和形式有关，因此，对于容易发生闸前淤积的泵站，应该分析其取水建筑物的形式和布置对闸前的流态和泥沙淤积的影响。

（1）喇叭形布置形式。图8-9为进水闸前缘向岸边后退，呈喇叭形。在黄河上的山西北店子、风陵渡和尊村，以及陕西东雷等泵站均采用了这种布置形式。实际运行表明，该形式有以下特点：①由于闸前形成港池，河道断面突然扩大，开闸引水时，流速突然减小；关闸时港池内相对为静水，泥沙容易淤积，闸愈靠后，淤积愈严重；②闸前流速小，又有回流存在，汛期草污大量聚集。闸前淤积和草污聚集，给管理人员带来不少麻烦。由此可见，喇叭形的布置形式不利于多沙河流泵站的闸前防沙。

（2）前伸形布置形式。进水闸前缘伸向枯水季节的水边线内，前缘布置成向前凸出雁翅形，如图8-10所示。黄河上的山东田山泵站、内蒙古的镫口泵站、甘肃的三角城和景泰川等一些泵站均采用了该布置形式。实践证明，该形式闸前不产生回流，是防止闸前淤积的较成功的形式，其特点是：①闸前伸向枯水季节的水边线，便于提高取水保证率。同时，在汛期水深较大，纵向流速较大，既不容易淤积，也不容易聚污；②闸前缘与流线平行主流顺直，不发生回流，不会降低闸前流速；③闸前缘凸向河床，使河流的流线紧贴闸前，又可以加大闸孔前河流纵向流速，有利于清除闸前泥沙和草污。

图8-9　喇叭形布置形式

1—流线；2—翼墙；3—河岸；4—进水闸

图8-10　向前突出的雁翅形布置形式

1—流线；2—翼墙；3—河岸；4—进水闸

2.防止底沙进闸的措施

黄河河床一般冲淤变化在2～4m，在一些河段还经常出现“揭河底”现象。据龙门水文站资料，黄河小北干流河段1980年以前4～7年就有一次揭底冲刷，此后水位大幅度下降。1970年8月2日揭底后的枯水位最大下降达8m。黄河小北干流河段上的很多泵站的实际水位远低于泵站允许的最低水位。因此，为了确保泵站取水，进水闸底槛一般设在最低水位以下。这样，在回淤年份，淤积面往往高于闸底槛，从而使大量河底泥沙从闸门进入。如山西尊村和夹马口泵站、陕西东雷泵站的渠首进水闸前的河底比闸底槛分别高出3.1m、4.0m和3.02m。

另外，在汛期多沙水流不仅含沙量大，而且含沙量垂直分布不均。根据黄河潼关水文站1975年对13次测得的含沙量分析，在水面1.2～2.0m以下，含沙量突然增大数倍至十倍。这就是所谓的“异重流”现象。

由此可见，由于多沙河流上的泵站进水闸底槛一般低于河床，而且常常出现异重流现象，因此有不少泵站的进水闸经常有大量河底泥沙进入闸门，造成引渠大量泥沙淤积。如东雷泵站和尊村泵站1990年非汛期冬灌运行40d和20d，总干渠内平均泥沙淤积厚度达2m和2.5m。因此，对进水闸采取防沙措施是非常重要的。

工程实践证明，防止底沙进闸的有效措施除采用向河心凸出的雁翅形布置形式外，在闸前设潜水叠梁也是防止底沙进闸的有力措施。在设置拦沙潜水叠梁时，应该注意以下几点：①每根叠梁的高度不宜过大。如黄河小北干流河段某泵站虽然设有叠梁，但每根叠梁高度达1.0m，而枯水季节的闸前河道水深仅数十厘米，如果增加一根叠梁，河水无法进闸，去掉一根，又使叠梁顶部低于河床，让大量泥沙进入，对取水防沙不利。因此，叠梁高度应该根据实际情况而定，一般可考虑0.3～0.5m的几种型号，以便根据水位变化进行调节使用。②叠梁应设有效的止水，否则进沙量仍然可观。如某泵站的进水闸因拦沙叠梁未设止水，两侧闸槽的缝隙较宽，漏沙量大，闸前河床刷深1m多，促进了泥沙向闸前运动进而增加了进闸沙量。③对于设置潜水拦沙叠梁的进水闸，应以叠梁上的水深依据来计算闸孔过水宽度。

此外，对于闸前河床水位较低不能满足取水流量要求的情况下，可以在进水闸前的河床上开挖拦沙坑槽。这样既可以加大闸前水深，有利于潜水叠梁取表层水，又可以使进闸水流的泥沙预沉。但拦沙坑槽所淤积的泥沙需要用机械定期清除。根据山西浪店水源泵站的水工模型试验，当河床水深0.7～0.8m时，坑槽挖深1.5m，宽45m，长30m（垂直河流流向），才能满足设计取水流量42.9m3/s的要求。

3.减少进闸泥沙淤积的布置形式

对于设在岸边的泵站，可以采取以下措施以减少进闸泥沙。

（1）单闸孔单泵取水形式。从一些泵站的运行情况看，进水闸至泵站之间的引渠、前池容易淤积，而且引渠越长，前池越宽，特别是扩散型前池的淤积更为严重。因此，对多沙河流取水的泵站，在进行工程布置时，应该考虑采用岸边设站的布置形式，即取消引渠，用闸孔代替前池和进水池，并采用单闸孔单泵取水形式，如图8-11所示。该布置形式有以下特点：①泥沙进闸后来不及沉淀就很快被水泵吸走，防淤效果好；②一般，泵站在年内按设计流量运行的时间较少，部分水泵运行的时间较多。在这种情况下，对于多台泵共用的前池和进水池，不运行水泵的进水管口容易被淤泥埋。但对于单闸孔单泵取水的形式，水泵不运行时可关闭该孔闸门，可以防止进水管口的淤埋。根据工程实践经验，闸门至水泵进水管的距离L=4～5D，闸孔宽b=3D，孔内最小水深h=2.5～3D，其中D为水泵进水管喇叭口直径。

图8-11　镫口泵站（轴流泵）取水布置示意图

1—拦污栅；2—翼墙；3—进水闸；4—岸边；5—暗洞分格前池；6—泵房；7—出水管道；8—出水池

（2）缆车式泵房取水形式。缆车式泵房取水形式（见图8-12）可以不设进水闸、引渠、前池等，又能根据水源水位的变化改变缆车位置，以达到取表层水的目的。采取缆车取水应满足以下条件：①岸坡稳定，边坡适宜。适宜的边坡为1∶2～1∶5之间。当边坡太陡时，泵车的牵引力大，泵车移动困难。若边坡太缓，轨道长，汛期水位涨落泵车移动频繁，运行管理困难；②适宜的水位变幅为8～25m；③枯水位时站址处经常保持一定水深，最小水深不宜小于1.5m；④水位涨落速度不宜大于2.5m/h；⑤在有冰凌的河段，冰期有供水任务者不宜选用。

图8-12　大禹渡一级泵站缆车取水布置示意图

（a）平面图；（b）剖面图
1—泵车；2—坡道下部砌护；3—泵车出水接口联络管；4—岸坡；5—出水管道；6—出水管接口叉管；7—坡道上的轨道；8—出水池；9—阶梯；10—牵引泵车的钢丝绳；11—绞车；12—绞车房

（3）双向斗槽取水形式。这种布置形式为在岸边开挖一条与河岸平行的斗槽。斗槽进出口均设有闸门，泵站设置在斗槽中段的一侧。泵站另设进水闸，闸孔与水泵的进水池合一，水泵自闸孔内吸水，而且每孔布置一台水泵的吸水管。设计双向斗槽取水形式时，应该注意以下几点：①斗槽进出口应有一定的水位差。当斗槽串通过时，能够保持一定流速，能将槽中泥沙冲走。一般槽内水面比降不宜小于1/700；②斗槽进出口处的天然河道应有一定水深，既能使进出口底面高出河床底面，便于冲沙，又能在冬季冰盖下取水；③斗槽进出口处在洪、枯季节水流不会脱离岸边；④对于比降平缓，有周期性的冲、淤变化的河道不宜采用斗槽取水形式；⑤对于含沙量较高的河流，应对斗槽的冲、淤进行平衡计算，当冲刷大于淤积时，可以考虑采用该取水形式，否则不宜采用。

图8-13为西固泵站所采用的双向斗槽式取水形式的示意图。该斗槽长345m，宽12m，水深3～6m，槽底纵坡约为1/460，进口至出口的水面比降为1/690。泵房距离进口约100m。斗槽的主要作用为预沉泥沙。在运行时，将斗槽进口闸门关闭，水流从出口闸门倒流引入。引水流量约为5.5m3/s，当斗槽内淤积高度达0.5～1.0m时，将进口闸门开启，进行冲沙。在非汛期10d左右冲洗一次，汛期一般3～5d冲洗一次。该处黄河年平均含沙量为3.7kg/m3，汛期月平均为4～13kg/m3。从多年运行情况看，该形式可以满足泵站运行的要求，运行情况良好。

图8-13　西固泵站双向斗槽取水布置示意图

1—岸边；2—斗槽进口闸；3—斗槽；4—闸孔；5—泵房；6—吸水管；7—泵站进水拦污栅及闸门；8—斗槽出口闸