无坝取水 不设拦河闸或壅水坝,从天然河道中直接引水的取水枢纽。无坝取水一般适用于河流水量较丰富、引水比(引水流量与河流流量之比)不大、水位及河势能满足或基本满足引水要求的情况。无坝取水工程简单,投资少,对天然河道的影响较小,与其他国民经济部门(航运、渔业、漂木等)的要求之间的矛盾小,在水利建设中得到广泛应用。
工作特点及规划设计要求 无坝取水受河道水流及泥沙运动的影响大,其工作状况具有以下特点:①取水的水量和水质受河流水位及含沙量变化的影响大,特别对不设闸的取水口影响更为显著。②工程运行的效果与所在河段水文泥沙特性、河床稳定性及引水量大小等因素密切相关。在不稳定河道上,常由于主流摆动或取水口淤塞而引不到设计流量,甚至无法引水。③在岸边设闸进行侧面取水时,由于水流转弯而产生的横向环流,使大量底沙进入渠道,并导致取水口上唇淤积、下唇冲刷。在不坚固的河岸段,取水口将不断向下游移动,使引水条件恶化。④有些实验资料表明,取水口的分沙比(或称进沙比,为取水口进沙量与河道输沙量之比)与引水比成二次抛物线方程关系,分沙比随引水比的提高而迅速增大。针对以上特点,在进行无坝取水的规划设计时,应综合考虑:①正确选择取水口的位置及布置形式,并采取必要的河道整治措施,以保证在各种水位下引到设计流量。②控制适当的引水比,当枯水期引水比超过20%~30%时,应考虑采用有坝取水方式的可行性。③在严寒地区或在有漂木要求的河道上,需设法防止浮冰、漂木对建筑物的破坏作用。
取水口位置的选择 选择取水口位置时,首先要掌握河岸的地形、地质资料,研究河流水文泥沙特性及河床演变规律,并遵循下述原则:①根据弯道水流特性(参见弯道环流),取水口选在河岸坚固、河流弯道顶点以下的凹岸处,以引取表层清水。②在河流直段设置取水口时,选择河床稳定、水位较高、流速较大且主流靠近引水岸的河段。③取水口不宜设在分叉河段上,如必须设置,则选在比较稳定的主叉道上,并对引水河段加以整治。④选择较短的输水干渠路线,并尽量避开陡坡、深谷及塌方地段,以减少工程量。
取水口附近的河道整治 河道整治工程的目的是:①使主流靠近取水口,以保证取水流量。②形成有利的水流结构,使表层水入渠,含沙多的底流远离进水口。③保证取水建筑物及上下游河岸不受水流冲击破坏等。主要整治措施有:①筑丁坝、顺坝束窄河床,调整主流方向。堵塞叉道以增加主流流量。②用护岸工程加固取水段河岸。③在进水闸前设导沙坎及各种导流装置,减少推移质泥沙进入渠道等。
类型及工程布置 按取水口的数目可分为一首制取水及多首制取水两种。
(1)一首制取水。仅设一条引渠取水。根据渠首是否设进水闸而分为有闸及无闸一首制取水。无闸的一首制取水在岸边开挖明渠或隧(涵)洞引水,工程简单,但不能控制进流量及进沙量,有闸的一首制取水能比较准确地控制进流量,避免引入过多水量,因而在一定程度上减少了渠道淤积,是工程中应用最普遍的一种无坝取水。在多沙河流上,为减少入渠泥沙,可采用引渠式取水(图1),利用进水闸前断面较大的引渠将泥沙沉积其中,并采取水力冲洗或机械挖除的方法清淤。为提高引水比,可在取水口前修建不拦断河流的导流坝壅高水位,并按正面取水、侧向排沙的原则布置进水闸及冲沙闸(图2),称为导流坝取水,是介于无坝取水与有坝取水之间的一种形式。
(2)多首制取水。一般设2~3条引渠取水,各引渠在下游一定距离处汇合成一条干渠。进水闸设在每条引渠进口或设在引渠汇合处。简易工程也有不设进水闸的。多首制取水,枯水期由几条引渠同时引水以保证设计流量;洪水期一条引渠工作,其他引渠则轮流进行清淤。多首制取水多用于流量不稳定的多沙河流,能克服由于引渠淤塞而无法引水的缺点,保证灌区正常供水;但引渠易淤积,管理不便,维修费用大。