摘 要：地下水資源作為一種極其寶貴的資源，宜優(yōu)選作為生活飲用水水源。滲渠是一種集取地下水的構(gòu)筑物型式，本文根據(jù)某縣城引水工程實(shí)例，分析、討論了地下水集取方案的選擇、滲渠出水量的計(jì)算、滲渠的水力設(shè)計(jì)、人工濾層設(shè)計(jì)以及滲渠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等內(nèi)容。目前，該工程已基本完工并進(jìn)行了抽水試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，滲渠式集取地下水能夠提供優(yōu)質(zhì)、足量的飲用水水源。

關(guān)鍵詞：滲渠；地下水；出水量；水力設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.068

地下水資源作為一種極其寶貴的資源，能夠不斷地得到補(bǔ)給，可廣泛地應(yīng)用于城市居民用水、工業(yè)用水和農(nóng)業(yè)用水。符合衛(wèi)生要求的地下水，宜優(yōu)選作為生活飲用水水源。某縣城引水工程工程區(qū)主要含水層為圓礫層，透水性較強(qiáng)，滲透系數(shù)建議值為100～150m/d。工程勘察時(shí)正值枯水期，地下水埋深3～7.3m，高程為716.6～725.9m，西部水位高，東部略低，地層巖面線高711.5～713.6m。工程區(qū)東側(cè)河道一般常年有水，豐水期地下水水位上升的可能性很大。

1 取水構(gòu)筑物比選

由于地下水埋藏條件、開(kāi)采條件及當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)技術(shù)條件和習(xí)慣的不同，地下水取水構(gòu)筑物的型式多種多樣，一般可分為垂直取水、水平取水、聯(lián)合取水和引泉取水等類型?？h城引水工程設(shè)計(jì)供水能力為2萬(wàn)m3/d，根據(jù)工程特點(diǎn)和工程區(qū)水文地質(zhì)條件，并綜合考慮各種實(shí)際情況，選取大口井取水、完整式滲渠集水進(jìn)行比較。

大口井作為一種地下水垂直取水構(gòu)筑物，適用于地下水埋深在10m以內(nèi)的潛水、承壓水，含水層厚度一般為5～15m，水文地質(zhì)特性為砂、礫石、卵石，滲透系數(shù)在20m/d以上。根據(jù)本工程取水區(qū)水文地質(zhì)條件，計(jì)算大口井的單井出水量為2000m3/d，為滿足2萬(wàn)m3/d的設(shè)計(jì)供水能力，需要修建10座同等規(guī)模的大口井。

由于本工程用水量較大，采用大口井集水方案井?dāng)?shù)較多，為減小各出水井的相互影響，井距根據(jù)水文地質(zhì)條件確定在100m以上。井群集水方式可采用虹吸管集水和各單井內(nèi)設(shè)抽水設(shè)備。若井群采用虹吸管集水時(shí)，采用截頭圓錐形大口井，井距不宜太大。截頭圓錐形大口井井壁傾斜度大，施工時(shí)穩(wěn)定性能差，井筒易發(fā)生傾斜且不易校正，施工中要防止井周圍土壤塌陷和不均勻下沉。若各單井內(nèi)設(shè)抽水設(shè)備，會(huì)增加電氣設(shè)備的數(shù)量及投資，不利于水源的統(tǒng)一管理和調(diào)配。

相比于大口井井群集水方案，水平集水構(gòu)筑物具有布置集中、出水量穩(wěn)定、便于施工等優(yōu)點(diǎn)，故本工程選用完整式管道滲渠取水方案。

2 滲渠出水量計(jì)算

滲渠工程區(qū)含水層較厚，補(bǔ)給充沛，河床較穩(wěn)定，水質(zhì)較好。為了施工和檢修方便，同時(shí)考慮淤塞和出水量變化等因素，將滲渠平行河道布置，以集取河床潛流水和岸邊地下水。根據(jù)工程區(qū)地層巖面線高程，滲渠整體坐落在強(qiáng)風(fēng)化巖上，為完整式滲渠設(shè)計(jì)。

同時(shí)集取河床潛流水和岸邊地下水的完整式滲渠出水量按下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：L—滲渠長(zhǎng)度（m），取250m；

K—滲透系數(shù)（m/d），取120m/d；

H—含水層厚度（m）；

h—?jiǎng)铀恢梁畬拥装宓母叨?，可?.15～0.30H；

l—滲渠中心至河水邊線的距離（m）；

Q1—從分水嶺來(lái)的地下水流量（m3/d）；

α—系數(shù)。

選取滲渠的直徑為DN1200mm，滲渠中心至河水邊線的距離為30m～160m，出水量按距離的遠(yuǎn)近分段進(jìn)行計(jì)算，出水量為2.19m3/d，滿足設(shè)計(jì)要求并略有余存。

3 滲渠設(shè)計(jì)

滲渠結(jié)構(gòu)材料擬采用鋼筋混凝土管，管徑DN1200mm，為保證運(yùn)輸和安裝方便，每節(jié)長(zhǎng)度采用1m。

（1）水力計(jì)算。對(duì)管道式滲渠進(jìn)行水力計(jì)算以確定管道的直徑、鋪設(shè)坡度及其他水力要素等。為了有效地截取潛流水和便于清除管內(nèi)淤積，對(duì)集水管按照部分充水即無(wú)壓狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)，充水深度通常取h≤0.4D。圓形集水管中的水流未充滿全管，采用換算系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算：設(shè)R=αD，W=βD2，v=γv1，Q=ΔQ1，其中α、β、γ、Δ為非滿管水流時(shí)的各相應(yīng)換算系數(shù)。

本工程取充水深度h/D=0.4、α=0.250、β=0.392、γ=1.00、Δ=0.50，計(jì)算得集水管管徑為DN1200mm，設(shè)計(jì)水力坡度和管道鋪設(shè)底坡為0.001，設(shè)計(jì)流速為0.8m/s，滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）進(jìn)水孔設(shè)計(jì)。滲流通過(guò)反濾體后由管壁上的進(jìn)水孔流入集水管，進(jìn)水孔流速一般為0.01m/s，根據(jù)設(shè)計(jì)出水量，本工程進(jìn)水孔的總面積為25m2。

進(jìn)水孔形式采用圓孔，鋼筋混凝土管進(jìn)水孔孔徑為20mm～30mm，孔眼為內(nèi)大外小的楔形，梅花狀布置?？籽蹆艟喟唇Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，一般為孔眼直徑的2mm～2.5倍。

進(jìn)水孔一般沿上部1/2～2/3圓周布置，面積為管壁開(kāi)孔部分總面積的5%～10%，最好采用8%～15%。

根據(jù)以上原則，確定本工程滲渠管道進(jìn)水孔沿上部1/2圓梅花狀布置，孔徑30mm，孔凈距75mm，開(kāi)孔率采用12%，孔眼為內(nèi)大外小的楔形。

（3）人工濾層設(shè)計(jì)。人工濾層按河灘下集取地下水和潛流水進(jìn)行設(shè)計(jì)。濾層的層數(shù)和厚度根據(jù)含水層顆粒分析資料進(jìn)行選擇，一般采用3～4層，常用為3層總厚度以800mm左右為宜，每層厚200～300mm，上厚下薄，上細(xì)下粗。

本工程人工濾層沿滲渠集水管外周布設(shè)，縱向包裹整個(gè)滲渠，滲渠兩側(cè)反濾料的填筑坡度均為1：1，梯形填筑。反濾體共分三層，順?biāo)鳚B透方向，三層反濾依次為礫石、小卵石和卵石，每層厚分別0.5m粒徑分別為7～20mm、20～60mm、60～150mm。

（4）滲渠管道強(qiáng)度計(jì)算。滲渠采用埋地預(yù)制混凝土圓管，由混凝土整體基礎(chǔ)支承，支承角采用135°，由受力條件計(jì)算滲渠管道的最大彎矩，并按下式計(jì)算相應(yīng)的管頂集中線荷載：endprint

式中：MB=12.86kN·m/m，r0為管環(huán)的計(jì)算半徑，計(jì)算得p=61.28kN/m。

根據(jù)《混凝土和鋼筋混凝土排水管》（GB/T 11836-2009），選取公稱內(nèi)徑為1200mm，有效長(zhǎng)度為1m，開(kāi)槽施工的Ⅱ級(jí)鋼筋混凝土管。

4 抽水試驗(yàn)

為驗(yàn)證滲渠的集水能力，在滲渠取水泵站及檢查井內(nèi)布設(shè)水泵，進(jìn)行抽水測(cè)試試驗(yàn)。時(shí)間選擇在當(dāng)年3月中旬枯水季節(jié)。為了確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性，經(jīng)過(guò)多次反復(fù)抽水試驗(yàn)，滲渠出水量為20040m?/d，動(dòng)水位基本保持在高程714.2m，達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡。

5 結(jié)語(yǔ)

如何正確地選用地下水取水構(gòu)筑物的類型，對(duì)提高出水量、改善水質(zhì)和降低工程造價(jià)有著很大的影響。本文論述的引水工程根據(jù)水文地質(zhì)條件、引水規(guī)模、地形條件等綜合因素選取了滲渠取水方式，經(jīng)過(guò)施工建設(shè)、抽水試驗(yàn)驗(yàn)證，基本滿足了設(shè)計(jì)取水要求，達(dá)到了理想的效果。

根據(jù)本工程的設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)，滲渠設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

（1）滲渠出水量受季節(jié)變化影響較大，為了獲得預(yù)計(jì)的水量，應(yīng)正確地選擇滲渠位置，正確地使用水量評(píng)價(jià)計(jì)算成果。同時(shí)，應(yīng)充分考慮枯水期的最小出水量，并充分估計(jì)運(yùn)行期內(nèi)濾料淤塞而可能引起的產(chǎn)水量逐年減少的因素。

（2）出水量計(jì)算時(shí)，滲透系數(shù)和影響半徑的選取至關(guān)重要，保險(xiǎn)起見(jiàn)，應(yīng)根據(jù)水文地質(zhì)報(bào)告中所推薦的平均值或偏低值選用。

（3）滲渠投入運(yùn)行后，出水正常與否和使用年限的長(zhǎng)短，跟人工濾層的顆粒級(jí)配和施工質(zhì)量有關(guān)。施工過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)的顆粒級(jí)配分層鋪設(shè)，回填管溝時(shí)應(yīng)采用開(kāi)挖的原土。施工臨時(shí)圍堰應(yīng)拆除干凈，防止河床改變水流方向。

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作者簡(jiǎn)介：韓李明（1984-），男，河北涉縣人，工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作。endprint