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        新疆沙灣縣金溝河滲管設(shè)計(jì)

        2018-07-12 22:03:30陳海濤時(shí)光
        水能經(jīng)濟(jì) 2018年7期
        關(guān)鍵詞:潛流滲透系數(shù)

        陳海濤 時(shí)光

        【摘要】滲管是取水工程的一種類型,利用埋設(shè)在地下含水層中帶孔眼的水平滲水管道,借水的滲透和重力流,截流和集取地下水和河床潛流水。本文結(jié)合工程實(shí)例,根據(jù)滲管適用條件和工程要求,介紹滲管設(shè)計(jì)的原則和步驟,合理選擇相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù),提高滲管取水的保證率。

        【關(guān)鍵詞】滲管;潛流;滲透系數(shù);非完整式

        1、概況

        金溝河流域位于新疆塔城地區(qū)沙灣縣境內(nèi),屬瑪納斯河流域內(nèi)的一條較大內(nèi)陸河流,多年平均年徑流量3.527億m3。擬建的沙灣縣水源地工程,其取水工程采用滲管引水布置型式,滲管位于擬建紅山水庫壩后至金溝河渠首間1.5km的河道內(nèi),通過18.68km輸水管線輸水至沙灣縣城東南部的第三水廠,供沙灣縣城鎮(zhèn)居民及部分工業(yè)用水。工程建成后,近期每年可向沙灣縣城供水約2000萬m3,最大月供水量為250萬m3/月,設(shè)計(jì)流量為1.24m3/s,工程估算投資21227.13萬元;遠(yuǎn)期規(guī)劃水平年2025年本工程供水規(guī)模約為4000萬m3,最大月供水量333.33萬m3,設(shè)計(jì)流量為1.65m3/s,滲管取水工程按遠(yuǎn)期規(guī)模設(shè)計(jì)。

        2、水文地質(zhì)

        金溝河徑流補(bǔ)給主要為冰川積雪融水,冬冷夏熱,日溫差較大,因此徑流的年內(nèi)變化相對較大。紅山頭水文站多年平均流量為11.18m3/s,多年平均徑流量為3.527×108m3。金溝河徑流的年內(nèi)分配主要集中在6~8月,該時(shí)段徑流量占全年徑流量的66.6%,這部分水量主要來自高山區(qū)的積雪和冰川消融。枯水期11月~次年4月僅占全年徑流量的15.4%。金溝河屬一條多泥沙河流,泥沙主要來源于水流對河道的沖刷及降雨匯流對匯流面的侵蝕,本次取水工程斷面多年平均年輸沙總量為86.8×104t。

        取水工程位于金溝河渠首上游約1.5km范圍內(nèi),據(jù)本次物探解譯成果及鉆探資料,工作區(qū)地層為二元結(jié)構(gòu),主要由卵石混合土和基巖組成,卵石混合土最大揭露厚度9.6m,泥巖透水性差,裂隙不發(fā)育,是相對隔水層。金溝河河道垂直入滲使區(qū)內(nèi)第四紀(jì)松散卵石混合土層中賦存了豐富的孔隙水,為工作區(qū)主要含水層,勘察時(shí)河床潛水位埋深在0.3m~1.1m,平均水力坡度0.93%。地下水類型為潛水。

        3、滲管設(shè)計(jì)

        3.1滲管管材比選

        目前,滲管管材常用的有預(yù)制混凝土管、無砂混凝土管、鋼管、玻璃鋼管等,由于該河段不透水層埋深約7~10m,本次滲管埋深5~6.5m,鋼管、玻璃鋼管常用的壁厚不能滿足管道抗外壓的要求,如過多的加大壁厚,則投資過大,不經(jīng)濟(jì),因此,本次選用預(yù)制混凝土管和鋼管兩種管材進(jìn)行比選。方案比較見表3.1-1。

        根據(jù)上表可以看出,預(yù)制鋼筋混凝土管造價(jià)相對較低,但其抗外壓能力強(qiáng),自身結(jié)構(gòu)更適應(yīng)環(huán)境,無需做防腐處理。因此,本次推薦滲管管材為預(yù)制鋼筋混凝土管。

        3.2滲管設(shè)計(jì)參數(shù)選取

        1).工程及水文地質(zhì)參數(shù)根據(jù)《工程地質(zhì)勘察報(bào)告》提供的資料為依據(jù);

        ①滲透系數(shù)K=46.80m/d;

        ②影響半徑R=254.80m;

        ③地下水來源:本取水工程取地下水主要是孔隙潛水,分布在河床卵礫石層中,主要受河水補(bǔ)給,以潛流形式向下游排泄;

        ④潛水位埋深:0.30~1.10m;

        2).滲管開孔面積:混凝土管開孔率為5%~8%,本工程采用8%;

        3).滲管縱坡:最小坡度不小于1/500;

        4).孔眼流速:0.01~0.03m/s;

        3.3滲管布置

        本工程滲管分為干管和支管,干管沿主河道布置,支管呈魚刺型布置于干管兩側(cè)。支管與干管夾角取60°,地下水影響半徑為254.80m,支管間距初定為200m。滲管管徑初定為DN1200的預(yù)制鋼筋砼管,壁厚為15cm,開孔率為8%,孔口直徑4cm,孔中心距18.2×14cm,管道單節(jié)長度2m,采用承插式接口。該河段不透水層埋深約7~10m,取滲干管埋深地層6.5m以下,取滲支管埋深地層5~6.5m以下,滲管主要汲取河床滲透水為主。

        3.4滲管計(jì)算

        1)、擬定滲管長度的復(fù)核

        本取水工程滲管分為干管和支管兩部分,滲管取滲流量應(yīng)該為二者之和。

        取滲干管布置于主河道內(nèi),工程竣工后要求沿取滲干管主河道過水?dāng)嗝鎸挾炔恍∮?0m,保證了枯水期取滲干管河道過水面積,干管汲取河床滲透水為主。初擬取滲干管埋深6.5m,在該河段不透水層以上,取水方式為非完整式取水。根據(jù)《給排水設(shè)計(jì)手冊》(第二版)第三冊P154頁推薦的公式3-101進(jìn)行計(jì)算:

        式中:Q--滲管總涌水量(m3/d);

        L--滲管長度(m);

        K--滲透系數(shù)(m/d),本工程取46.80m/d;

        α--淤塞系數(shù),根據(jù)水的渾濁情況確定,本工程取0.3;

        Hy--河流水面至滲管頂深度(m);

        H0--滲管末端集水井內(nèi)水位對滲管出口所施水壓(m),本工程取0m;

        T--含水層厚度(m),根據(jù)地質(zhì)提供資料,取8m;

        h--河床至滲管底的深度(m);

        d--滲管直徑(m);

        通過金溝河豐水期、平水期、枯水期三種工況,當(dāng)管徑不同時(shí),滿足取水流量時(shí)的取滲干管長度,計(jì)算結(jié)果見表3.4-1:

        取滲干管入滲流量計(jì)算表

        通過計(jì)算,

        取滲干管和取滲支管入滲流量:Q=1.24+0.04=1.28m3/s,大于近期設(shè)計(jì)取水流量。

        2)、滲管入滲面積復(fù)核

        為防止細(xì)顆粒泥沙進(jìn)入滲管,滲管進(jìn)水孔孔眼流速應(yīng)控制在0.01~0.03m/s,本工程采用0.01m/s,對滲管入滲流量復(fù)核。

        滲管采用預(yù)制鋼筋混凝土管,開孔孔眼總面積為:

        實(shí)際進(jìn)水孔面積A1為:

        A1=2/3·2/3·π·d·L·8%

        通過計(jì)算,綜合考慮滲管布置長度、滲管開孔面積、投資等因素,滲管管徑采用DN1200比較合理。按最不利工況枯水期計(jì)算的結(jié)果可得,當(dāng)取滲干管長度為930m時(shí),取滲支管長度644m,開孔面積大于汲水必須開孔面積,滿足本工程

        3)、滲管過流能力計(jì)算

        本工程取滲干管不但要滿足近期汲水流量1.24m3/s的要求,同時(shí)要滿足遠(yuǎn)期作為輸水管道輸水1.65m3/s的要求。近、遠(yuǎn)期取滲干管內(nèi)流態(tài)均為無壓明流,為偏于安全考慮,根據(jù)明渠均勻流公式計(jì)算,其充滿度滿足(0.4~0.8)D。

        取滲干管過流能力按近期和遠(yuǎn)期兩個(gè)階段計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見表3.4-2。

        由表3.4-2計(jì)算的結(jié)果可知,取滲干管長度1220m,滿足近期1.24m3/s、遠(yuǎn)期1.65m3/s流量輸水要求。

        4)、滲管流速要求

        滲管內(nèi)流速要滿足不淤的要求,其值應(yīng)大于0.7m/s,同時(shí)滲管內(nèi)流速不宜大于2.5m/s,滲管枯水期取水流量最大為0.93m3/s,通過計(jì)算,枯水期取滲干管流速滿足不淤流速。

        5)、滲管反濾料設(shè)計(jì)

        本取水工程主要通過在河床下埋設(shè)滲管進(jìn)行汲水,根據(jù)《給水排水設(shè)計(jì)手冊(城鎮(zhèn)給水第3冊)》滲渠設(shè)計(jì)部分,對滲管的反濾層做以下設(shè)計(jì)。

        4、結(jié)語

        本工程地下水補(bǔ)給量主要為河道滲漏量,要滿足本工程近期1.24m3/s的取水要求,需增加工程措施加大地表水的入滲轉(zhuǎn)化量,則取滲干管段河流過水面積需達(dá)到62237m2,根據(jù)滲管布置長度,需要保證取滲干管段過水?dāng)嗝鎸挾炔恍∮?0m,且上游來水量不得小于1.5m3/s(不包括生態(tài)基流)時(shí)可滿足本工程最大單日取水要求。

        滲管取水工程還需做好運(yùn)行期間的清淤、定期維護(hù)工作,才能保證取水工程安全運(yùn)行。

        參考文獻(xiàn):

        [1].《給水排水設(shè)計(jì)手冊》第3冊 城鎮(zhèn)給水(第二版);

        [2].《水力計(jì)算手冊》第二版;

        [3].《截潛流工程》;

        [4].《滲渠設(shè)計(jì)》。

        作者簡介:陳海濤(1986-),男,漢族,新疆昌吉人,大學(xué)本科,工程師。

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