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地表水取水的影响因素:探析与优化建议

时间:2023-06-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:影响地表水取水构筑物的主要因素有:径流变化、水中漂浮物、河床演变以及泥沙运动等。河流的径流变化对取水构筑物安全取水具有重大影响。(二)河流冰冻对取水的影响通常,流冰及其碎冰屑极易黏附于进水口的格栅上,使进水口堵塞,甚至使取水中断。春季流冰期冰块的冲击、挤压作用往往极强,对取水构筑物的影响很大。严重时冰块堆积于取水构筑物附近,堵塞取水口。

地表水取水的影响因素:探析与优化建议

影响地表水取水构筑物的主要因素有:径流变化、水中漂浮物、河床演变以及泥沙运动等。

(一)河流径流变化对取水的影响

河流径流变化规律是考虑取水工程设施的主要依据。

河流的径流变化,即河流的水位、流量及流速变化,它是河流其他水文特征现象产生的重要基础。河流的径流变化对取水构筑物安全取水具有重大影响。河流径流处于最大洪峰流量时,相应的最高水位可能高于取水构筑物,使其淹没而无法运行;处于枯水流量时,相应的最低水位可能导致取水构筑物取不到水。因此,河流历年来的径流资料及其统计分析数据是设计取水构筑物的重要基础资料。

影响河流径流的因素很多,主要有该地区的气候、地质、地形、地下水、土壤、植被、湖沼等自然地理条件以及河流流域的面积与形状。考虑取水工程设施时,除须根据上述各种因素了解所在河流的一般径流特征之外,还须掌握下列有关的流量水位特征值:

(1)河流历年的最小流量和最低水位 (通常均以日平均流量和日平均水位为基础,下同)。

(2)历年最大流量和最高水位。

(3)河流历年月平均流量、月平均水位以及年平均流量和年平均水位。

(4)河流历年春、秋两季流冰期的最大流量、最小流量及最高水位、最低水位。

(5)其他情况下,如潮汐、形成冰坝冰塞时的最高水位及相应的流量。

此外,还须掌握上述相应情况下的河流最大、最小和平均水流流速及其在河流中的分布状况。由于影响河流径流的因素多,情况复杂,且径流特征值具有随机性,因此须按水文分析中的有关方法,在上述资料的基础上取得规定的设计保证率的历年最高水位、最低水位、最大流量、最小流量等相应的径流特征值。

(二)河流冰冻对取水的影响

通常,流冰及其碎冰屑极易黏附于进水口的格栅上,使进水口堵塞,甚至使取水中断。流冰易在水流缓慢的河湾和浅滩处堆积,以后随冰块数量增多、聚集和冻结,逐渐形成冰盖。河流封冻后,表面冰盖厚度随气温下降逐渐增厚,直至最大值。冰盖厚度在河段中并不均匀,此外,冰盖会随河水下降而塌陷,设计取水构筑构时,应视具体情况确定取水口高程位置。

春季河流解冻时,通常多因春汛引起的河水上涨使冰盖破裂,形成春季流冰,其强度视当地气候及河流径流特点而定。春季流冰期冰块的冲击、挤压作用往往极强,对取水构筑物的影响很大。严重时冰块堆积于取水构筑物附近,堵塞取水口。

河流的全部冰冻过程都可能使河流的正常径流情况遭到破坏,使河床变形,因此了解冰冻情况对径流分析与河床演变也有一定的作用。

应当指出,在河流的冰冻过程中,由于各种因素影响,还可能出现一些特殊冰冻现象,例如,在水流速度特别大的地点不能形成冰盖,而产生冰穴,这种河段下游的水内冰块较多,不利于取水构筑物的工作。有时水内冰块在冰盖下形成冰塞,上游流冰在解冻较迟的河段聚集冻结形成冰坝、冰塞,致使河水猛烈上涨,严重威胁取水构筑物的安全,为此须了解下列实际冰情资料:

(1)每年冬季流冰期出现时间和延续时间,水内冰、底冰的性质(组成、大小、黏结性、上浮速度)及其在河流中的分布情况、流冰期气温及河水温度变化情况。

(2)每年河流的封冻时间、封冻情况、冰层厚度及其在河段上的分布变化情况。

(3)每年春季流冰期出现时间和延续时间,流冰在河流中的分布运动情况,最大冰块面积、厚度及运动情况(包括下移速度)。(www.xing528.com)

(4)其他特殊冰情。

(三)泥砂运动及河床演变对取水的影响

1.泥砂运动对取水的影响

河流的泥沙运动与河床演变对取水构筑物的可靠性产生巨大的影响。河流泥沙运动引起河床演变的主要原因是水流对河床的冲刷及挟沙的沉积。长期的冲刷和淤积,轻者使河床变形,重者则可使河流改道。如果河流取水构筑物位置选择不当,泥沙的淤积会使取水构筑物取水能力下降,严重时甚至会使整个取水构筑物完全报废。

河流泥沙按其运动形式可分为悬移质、推移质、河床质。悬移质是指悬浮于水中,随水流一起运动的泥沙;推移质是指在河底床表面,以滑动、滚动或跳跃形式前进的泥沙;河床质是组成河床活动层处于相对静止的泥沙。水中悬移质和河底推移质是判断河流中泥沙运动规律的两个指标。

对于一般河流,特别是平原河流,河流泥沙的主要来源是地面的侵蚀和冲刷,故气候因素对泥沙的形成起着重要作用,因而河流泥沙含量受季节变化影响很大。由于地面通常因风化而遭到破坏,夏季暴雨时地面受雨水冲刷,故河水的泥沙含量剧增,这种情况在没有植物覆盖、土质不好的黄土地区尤为明显。冬季,河流主要依靠地下水补给,水质一般较好。此外,在北方,冬季因地表土壤的孔隙水被冻结并破坏了土壤结构,故在春季融雪期泥沙被雪水带入河流,也使水中的泥沙含量剧增。河流泥沙的另一个来源是水流对河床和河岸的冲刷,这与河床质的组成有关。

泥沙在河流中的分布是不均匀的。一般来说,随河流水力条件变化而有所变化,水流速度大的河段水中泥沙的数量及泥沙颗粒较大,且泥沙在河流断面上的分布也较均匀;反之,悬移质数量及泥沙颗粒较小,泥沙在河流断面上的分布也不均匀。

2.河床演变对取水的影响

影响河床演变的主要因素归纳如下:

(1)河段的来水量及其变化,这一因素主要改变水力条件,影响水流挟沙能力。

(2)河段的来沙量及其变化,这一因素直接改变河床的冲淤条件,来沙量变化越大,河床的冲淤变化就越强烈。

(3)河段的水面比降和水流速度,它与河段的流量变化及过水断面有关,是影响水流挟沙能力、引起河床变形的重要因素。

(4)河流及河段外形,是决定河流水流结构的基本条件,后者又是影响河床变形趋势的重要因素。

(5)河床质组成,决定河床抵抗冲刷的能力,也是影响河床变形的因素之一。

应当指出,在河床演变过程中,各种环流、支流的汇入常会在河流中形成各种沙洲和浅滩,这些浅滩和沙洲反过来又影响河流的径流情况,并且极易随径流情况的变化(如洪水)而变迁,从而破坏取水构筑物的正常工作条件。

由此可见,设计或使用取水构筑物时,应在掌握河流径流变化、泥沙运动情况的基础上,根据河流形态(如河流外形、沙洲或浅滩的形成、分布与变化、河床地形)、河床地质及支流汇入等情况预测河床演变趋势和速度。

另外,人类活动对河流的影响也是不可忽视的一个问题。人类活动可以对河流特征产生巨大的影响。废弃的垃圾抛入河流可能导致取水构筑物进水口的堵塞;漂浮的木排可能撞坏取水构筑物;引江河水灌溉农田、大量从江河中取水、修建堤坝拦截河水、修建水库蓄水、围堤造田、水土保持、设置护岸、疏导河道等人为因素都将影响河流的径流变化规律与河床变迁的趋势。因此,取水构筑物在设计与运行时,亦应重视人为因素对河流特征和取水构筑物的影响。

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