新疆沙灣縣金溝河滲管設計

陳海濤 時光

【摘要】滲管是取水工程的一種類型，利用埋設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)合工程實例，根據(jù)滲管適用條件和工程要求，介紹滲管設計的原則和步驟，合理選擇相關設計參數(shù)，提高滲管取水的保證率。

【關鍵詞】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，設計流量為1.24m3/s，工程估算投資21227.13萬元；遠期規(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，設計流量為1.65m3/s，滲管取水工程按遠期規(guī)模設計。

2、水文地質(zhì)

金溝河徑流補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?？菟?1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、滲管設計

3.1滲管管材比選

目前，滲管管材常用的有預制混凝土管、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，因此，本次選用預制混凝土管和鋼管兩種管材進行比選。方案比較見表3.1-1。

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

3.2滲管設計參數(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滲管計算

1）、擬定滲管長度的復核

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斷面寬度不小于50m，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)《給排水設計手冊》（第二版）第三冊P154頁推薦的公式3-101進行計算：

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，當管徑不同時，滿足取水流量時的取滲干管長度，計算結(jié)果見表3.4-1：

取滲干管入滲流量計算表

通過計算，

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

2）、滲管入滲面積復核

為防止細顆粒泥沙進入滲管，滲管進水孔孔眼流速應控制在0.01～0.03m/s，本工程采用0.01m/s，對滲管入滲流量復核。

滲管采用預制鋼筋混凝土管，開孔孔眼總面積為：

實際進水孔面積A1為：

A1=2/3·2/3·π·d·L·8%

通過計算，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算的結(jié)果可得，當取滲干管長度為930m時，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，同時要滿足遠期作為輸水管道輸水1.65m3/s的要求。近、遠期取滲干管內(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期兩個階段計算，計算結(jié)果見表3.4-2。

由表3.4-2計算的結(jié)果可知，取滲干管長度1220m，滿足近期1.24m3/s、遠期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，其值應大于0.7m/s，同時滲管內(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，通過計算，枯水期取滲干管流速滿足不淤流速。

5）、滲管反濾料設計

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

4、結(jié)語

本工程地下水補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到62237m2，根據(jù)滲管布置長度，需要保證取滲干管段過水斷面寬度不小于50m，且上游來水量不得小于1.5m3/s（不包括生態(tài)基流）時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行期間的清淤、定期維護工作，才能保證取水工程安全運行。

參考文獻：

[1].《給水排水設計手冊》第3冊 城鎮(zhèn)給水（第二版）；

[2].《水力計算手冊》第二版；

[3].《截潛流工程》；

[4].《滲渠設計》。

作者簡介：陳海濤（1986-），男，漢族，新疆昌吉人，大學本科，工程師。