梁雪坷

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072）

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大口井在山區(qū)引水工程的應用

梁雪坷

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，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、水質有保證等優(yōu)越性。而將大口井取水應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計及大口井防護問題進行了深入研究。

［關鍵詞］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，產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冰等水文地質情況，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、水質有保證。而將大口井取水應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)供水工程設計規(guī)范，通常地表水取水構筑物為底格欄柵壩，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——經驗系數(shù)，為0.08～0.10，取0.10。

此次設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，設計為100 mm×150 mm的矩形孔，孔內填筑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，在孔的兩側裝設鍍鋅鐵絲網。

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《給水排水設計手冊》礫砂取2.65。

經計算，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　大口井防護設計

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

工程設計溢流壩壩頂高程和大口井井頂高程一致2 816.14 m，導流墻高度可根據(jù)SL319-2005《混凝土重力壩設計規(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——側收縮系數(shù)，取0.9；σS——淹沒系數(shù)，取1。

經計算，設計洪水Q=8.6 m3/s，Hw=1.17 m，設計洪水位高程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導流墻墻頂高程計算

導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—在風向兩側各45°范圍內，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。

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

導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，孔內無填充濾料。

4　結語

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，但是在其應用過程中，因為直接坐落于水中，容易被沖毀，通過修筑導流墻對溝溪水引流，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)的應用［J］.濟南水利學會論文?？?012（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