梁雪坷

（中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610072）

?

大口井在山區(qū)引水工程的應(yīng)用

梁雪坷

（中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610072）

［摘 要］大口井是一種較普遍的取水型式，主要適用于地下水埋藏較淺，含水層較薄且滲透性強的地層取水，與其他取水方式相比具有工程投資較低、運行成本低、水質(zhì)有保證等優(yōu)越性。而將大口井取水應(yīng)用于地表溝溪水取水，其缺點主要是井壁進水孔容易堵塞，洪水季節(jié)容易被沖毀破壞，本文就白灣外部供水工程中大口井設(shè)計及大口井防護問題進行了深入研究。

［關(guān)鍵詞］大口井；洪水；防護；引水工程；山區(qū)

近年來，在四川西北山區(qū)，隨著水電站工程的建設(shè)，產(chǎn)生了大量的移民安置，通常安置點人口密度低，供水工程規(guī)模較小，水源點一般選擇安置點附近的溝道或河流，取水樞紐一般采用底格欄柵壩。而在實際應(yīng)用過程中，取水樞紐的型式需要綜合考慮溝道或河流的水位和流量變幅、雨季含沙量以及冬季結(jié)冰等水文地質(zhì)情況，有的取水位置地形陡峭，修筑底格欄柵壩布置沉砂池難度大，需要綜合考慮實際地形分析。在雙江口水電站移民安置點白灣集鎮(zhèn)外部供水工程的水源為若達溝溝溪水，取水口兩岸地形陡峭，修筑底格欄柵壩后布置沉砂池難度大，針對此情況特提出新的取水方案。

大口井是一種較普遍的取水型式，主要適用于地下水埋藏較淺、含水層較薄且滲透性強的地層取水，與其他取水方式相比具有較大的優(yōu)越性：工程投資較低、運行成本低、水質(zhì)有保證。而將大口井取水應(yīng)用于地表溝溪水取水，其缺點主要是井壁進水孔容易堵塞，洪水季節(jié)容易被沖毀破壞，下面就白灣外部供水工程中大口井設(shè)計及大口井防護問題進行深入研究。

1　工程簡介

白灣集鎮(zhèn)為雙江口水電站移民安置點，位于四川省阿壩自治州中部馬爾康縣，安置點配套設(shè)施外部供水工程的水源為集鎮(zhèn)3 km外的若達溝溝溪水，取水流量13 m3/h，溝口兩岸山體地形陡峻，基巖裸露。

根據(jù)村鎮(zhèn)供水工程設(shè)計規(guī)范，通常地表水取水構(gòu)筑物為底格欄柵壩，由于該處取水口兩岸地形陡峭，修筑底格欄柵壩后布置沉砂池難度大，針對此情況特提出新的取水方案大口井取水。

根據(jù)若達溝地質(zhì)情況，溝口左岸為覆蓋層，右岸為基巖，縱坡為1∶3，河床寬度約4 m。在溝口程2 815.00 m處取水修筑一擋水壩，形成小庫，再在庫內(nèi)筑一大口井取水。由于大口井直接坐于庫水中，隨時間大口井四周將為泥沙淤積，影響大口井進水能力，另洪水季節(jié)，上游的大塊石頭過來，亦容易直接沖擊大口井，容易造成損壞。

2　大口井設(shè)計

根據(jù)《給水排水手冊》中，大口井出水量計算公式如下：

式中：Q——大口井出水量，m3/d；K——含水層滲透系數(shù)，m/d；r0——大口井半徑，m；S——水位下降，m；M——含水層厚度，m；N——井底至含水層底板距離，m。

根據(jù)GB/T50625-2010《機井技術(shù)規(guī)范》，大口井井筒壁厚：

δ=0.06D2+C4

式中：δ——井筒壁厚，m；D2——井筒外徑，m；C4——經(jīng)驗系數(shù)，為0.08～0.10，取0.10。

此次設(shè)計大口井采用井壁進水，型式采用水平進水孔。進水孔在井壁上梅花型排列，設(shè)計為100 mm×150 mm的矩形孔，孔內(nèi)填筑2層濾料，濾料級配按照井周圍含水層顆粒組成確定。

根據(jù)GB/T50625-2010，與含水層接觸的第一層濾料直徑d1按下式確定：

d1≤7d1

進水孔中第二層濾料直徑d2：

d2=3d1

式中：d1——含水層粒徑。該工程含水層為礫砂，d1=d15=1～2 mm。

進水孔內(nèi)填濾料2層，第一層為粒徑7～14 mm礫砂，第二層為粒徑21～42 mm砂礫。為防止濾料遺失，在孔的兩側(cè)裝設(shè)鍍鋅鐵絲網(wǎng)。

根據(jù)GB/T50625-2010中，井壁進水面積按下式確定：

式中：Q——井壁進水量，m3/s；v——允許進水流速，m/s，按下式確定：

v=αβK（1-ρ）（γ-1）

式中：α——安全系數(shù)，取0.5；β——進水孔傾斜度變化系數(shù)，按下式確定：

式中：φ——進水孔軸線與垂線的夾角，此工程設(shè)計為90°；K——上層濾料的滲透系數(shù)，按GB/ T50625-2010表 4.4.6-2中粒徑 7～14 mm 取0.062；ρ——濾料孔隙率（%），按《給水排水設(shè)計手冊》表3-75中濾料粒徑大于1 mm時取25；γ——濾料相對密度，按《給水排水設(shè)計手冊》礫砂取2.65。

經(jīng)計算，大口井徑為2 m，井深3 m，井壁進水孔面積F=0.43 m2。本工程設(shè)計為100 mm×150 mm的矩形孔，需要開孔個數(shù)為30個。

3　大口井防護設(shè)計

此次設(shè)計將大口井坐落于若達溝右岸，且修筑一導(dǎo)流墻來保護大口井，為防止洪水季節(jié)洪水沖毀大口井，導(dǎo)流墻的高度設(shè)計具體計算如下：

工程設(shè)計溢流壩壩頂高程和大口井井頂高程一致2 816.14 m，導(dǎo)流墻高度可根據(jù)SL319-2005《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》中壩頂防浪墻頂高程計算公式計算。

3.1洪水位計算根據(jù)SL319-2005溢流壩泄流能力計算公式

式中：Q——流量，m3/s；B——溢流壩凈寬，3.4 m；Hw——壩頂以上作用水頭，m；g——重力加速度，m/s2；m——流量系數(shù)，見表C1，取0.5；C——上游坡面坡度影響修正系數(shù)，上游面為鉛直面，取1.0；ε——側(cè)收縮系數(shù)，取0.9；σS——淹沒系數(shù)，取1。

經(jīng)計算，設(shè)計洪水Q=8.6 m3/s，Hw=1.17 m，設(shè)計洪水位高程2 817.31m；校核洪水Q=12.2m3/s，Hw=1.48 m，校核洪水位高程2 817.62 m。

3.2導(dǎo)流墻墻頂高程計算

導(dǎo)流墻墻頂至校核洪水位的高差根據(jù)SL319-2005中壩頂防浪墻頂高程計算公式：

△h=h1%+hz+hc

式中：△h——導(dǎo)流墻墻頂至校核洪水位的高差，m；h1%——波高，m；hz——波浪中心線至校核洪水位的高差，m；hc——安全超高，按SL319-2005中表8.1.1取0.3 m。

1）波浪要素按鶴地水庫公式計算

式中：h2%——累計頻率為2%的波高，m；Lm——平均波長，m；v0——計算風俗，22 m/s；D——風區(qū)長度，5 m；Di—在風向兩側(cè)各45°范圍內(nèi)，每隔7.5°由計算點引到對岸的射線長度，m；ai—各射線與主風向上射線直接的夾角。

經(jīng)計算，h2%=0.24 m，Lm=0.61 m。

根據(jù)累計頻率為p（%）的波高hp與平均波高的關(guān)系按SL319-2005中表B.6.3-1進行換算可得：h1%=0.25 m。

2）波浪中心線至校核洪水位的高差按下式計算

式中：H——擋水建筑物迎水面前的水深，m。

經(jīng)計算，hz=0.32 m。導(dǎo)流墻墻頂至校核洪水位的高差△h=h1%+hz+hc=0.87 m。最終確定導(dǎo)流墻墻頂高程為2 818.50 m。

導(dǎo)流墻上布置水平進水孔，其形式同大口井井壁進水，進水孔在井壁上梅花型排列，進水孔布置面積及尺寸同大口井進水孔，孔內(nèi)無填充濾料。

4　結(jié)語

因為白灣集鎮(zhèn)外部引水工程的水源點地形陡峭，修筑底格欄柵壩施工難度大，采用大口井取水形式有效地兼了沉砂作用，但是在其應(yīng)用過程中，因為直接坐落于水中，容易被沖毀，通過修筑導(dǎo)流墻對溝溪水引流，且對大口井起到了保護作用，故可在山區(qū)工程進一步的推廣應(yīng)用。

［參考文獻］

［1］王科新.無砂混凝土大口井在丘陵地區(qū)的應(yīng)用［J］.濟南水利學(xué)會論文?？?，2012（10）：54.

［2］彭攀.水庫移民安置點小型供水工程取水樞紐選用探討［J］.西北水電，2014（05）：43-45.

［中圖分類號］TV67

［文獻標識碼］A

［文章編號］1002—0624（2016）07—0009—02

［收稿日期］2016-01-19