新疆天然河道旁渠人工砂滲流取水方式的應(yīng)用

(新疆三一一水利水電勘察設(shè)計有限公司， 新疆 烏魯木齊 830001)

新疆天然河道旁渠人工砂滲流取水方式的應(yīng)用

經(jīng)敏川

(新疆三一一水利水電勘察設(shè)計有限公司， 新疆 烏魯木齊 830001)

本文從精河取水工程概況、總體布置、水源取水方案及其技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析4個方面進(jìn)行論述，得出的取水方案解決了原水直接從河道采用滲管取水，淤積情況較為嚴(yán)重的問題。該取水方案為重力流輸水和供水，運行費用低，保證率高，可供河道取水工程的設(shè)計與施工者參考。

城鎮(zhèn)供水；河道取水；旁渠人工砂滲流

1 概 況

精河發(fā)源于天山山脈的婆羅科努山，流域地勢呈南高北低，東高西低，流向為自東南向西北。河流上游山區(qū)山體陡峭，坡度較大，河道平均坡降為8.3‰～25‰。上游由冬吐勁和烏吐勁兩大支流組成，兩支流在山口以上6km處匯合后形成精河干流，精河干流河長約66.1km，最終匯入艾比湖。精河山口以上流域集水面積為1419km2，其中永久冰川面積為95.2km2，河流全長114km，流域面積2150km2，多年平均徑流量為4.72億m3。水源帶分布于精河山前，主要是由單一卵礫石層潛水及單一潛水向多層承壓水過渡帶組成的富水區(qū)，地下水礦化度小于0.5g/L，各種微量元素較低，水質(zhì)優(yōu)良，適應(yīng)各種用途。

取水建筑物位于精河出山口左岸Ⅰ級階地上，山前洪積扇平坦開闊，發(fā)育少量植被，屬荒漠區(qū)。巖性主要為第四系的砂卵礫石，Ⅰ級階地砂卵礫石厚度4～6m，Ⅲ級階地及山前洪積扇上厚度大于5m，結(jié)構(gòu)中等密實—密實，屬非凍脹性土，屬中等—強(qiáng)透水層。下伏泥盆系中統(tǒng)(D2h)凝灰砂巖，屬堅硬巖，強(qiáng)風(fēng)化厚度約2m。局部表層堆積含雜物的砂卵礫石，厚度0.5～1m。Ⅰ級階地地下水埋深(冬季枯水季節(jié))約3m，水位主要受河水的影響而變化，地下位變幅約1m。Ⅲ級階地及山前洪積扇上地下水位埋深大于5m。河水及地下水對混凝土無腐蝕性，對鋼筋混凝土中的鋼筋有弱腐蝕性，對鋼結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性。

滲渠挖深5～7m，位于河床卵礫石之下，底部基礎(chǔ)基本為泥盆系中統(tǒng)(D2h)凝灰砂巖；基巖強(qiáng)風(fēng)化層及斷層破碎帶開挖較困難，局部可能需用免爆挖掘機(jī)或爆破開挖。滲水管及引水管首段由于存在水下開挖，開挖應(yīng)采取抽、排等工程處理措施。砂卵礫石層滲透系數(shù)綜合取1.7×10-2cm/s；砂卵礫石基礎(chǔ)承載力階地為350kPa；砂卵礫石臨時邊坡水上為1∶1.0～1∶1.25，水下1∶1.75，強(qiáng)風(fēng)化基巖開挖邊坡1∶1～1∶1.25， 并對鋼筋混凝土及鋼結(jié)構(gòu)采取防腐處理。

2 工程總體布置

該工程擬采取“旁渠滲流預(yù)處理+加強(qiáng)常規(guī)處理”的工藝方案，工程分三個部分，分別為取水工程、輸水管道和凈水廠(見圖1)。

圖1 工程總體布置

2.1 取水工程

取水工程擬取精河地表水作為水廠水源，取水口位于精河總干渠排沙閘上游300m處，采用旁渠人工砂滲流取水，再通過DN1200mm PCCP(預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管)管道送至水廠。為解決冬季明渠水流結(jié)冰問題，取水口上游總干渠采用壅水結(jié)冰蓋，冰下取水。

首部取水工程包括已建工程精河渠首沖沙閘、精河渠首第二道底欄柵廊道、精河總干渠排沙閘及以上渠道。

2.2 輸水管道

輸水管道全長2.65km，管材為PCCP，管徑為1.2m。在管道首、末端分別設(shè)置了控制閥，并在管道中心縱坡變化處設(shè)置了復(fù)合式空氣閥井兩座，管道首端設(shè)超聲波流量計一個。

2.3 凈水廠

凈水廠設(shè)計規(guī)模為6.5萬m3/d，主要建筑物包括配水井、小網(wǎng)格絮凝斜管沉淀池、翻板濾池、清水池、回流調(diào)節(jié)池及污泥調(diào)節(jié)池、干化場、變電站、鍋爐房、機(jī)修倉庫、加氯加藥間、綜合樓、門衛(wèi)室等。

3 水源取水方案

新建取水建筑工程包括壅水舌瓣閘、進(jìn)水口及兩孔控制閘、旁渠人工砂滲流廊道(A廊道、B廊道)、回水口及兩孔回水控制閘、清水池(A池、B池)、蝶閥井、匯流井。取水構(gòu)筑物如圖2、圖3所示。

圖2 取水構(gòu)筑物三維示意圖

圖3 取水構(gòu)筑物橫剖面(單位：高程m，尺寸mm)

3.1 壅水閘

壅水閘位于總干渠樁號0+140m處，閘板擋水高度2.2m。主要功能包括：?為方便旁渠人工砂滲流廊道進(jìn)水，在不影響干渠輸水能力的前提下，使閘前后形成一定的水位差；?在冬季運行時，關(guān)閉壅水閘，使閘前形成冰蓋，實現(xiàn)冬季冰蓋下取水。

3.2 進(jìn)水口及控制閘

設(shè)置進(jìn)水口兩孔，單孔斷面尺寸1m×2m扁平布置，進(jìn)水口底板高程608.10m，高于渠底0.3m?？刂崎l兩孔，可實現(xiàn)每孔獨立運行，閘底板高程608.60m，閘板尺寸2m×2.48m，閘門底腳設(shè)計為弧形。

3.3 旁渠人工砂滲流廊道(A廊道、B廊道)

單廊道有效長度132m，A廊道和B廊道聯(lián)合運行，也可以單獨運行，互為備用，有利于事故檢修與檢查，提高供水保證率。為方便反沖洗，每條廊道被分為30個單元，每個單元8m2，廊道設(shè)計成上、中、下三層，上層為通水流道，中層為人工砂濾層，下層為清水反沖洗室。

每條上層通水流道長132m、寬2.32m、高2m，始終保持不小于0.5m水深。人工砂層總厚度0.7m，砂層的下部為玻璃鋼沉重格柵，格柵上鋪設(shè)兩層不銹鋼網(wǎng)，網(wǎng)上填筑厚0.7m，粒徑1～3mm的人工石英砂，砂的上部布設(shè)有不銹鋼攔砂網(wǎng)。清水反沖洗室高1m，長2.32m，單元長4m。每個單元側(cè)面設(shè)置有一根直徑500mm的水位控制出水管和一根直徑250mm的反沖洗進(jìn)水管。

3.4 調(diào)控設(shè)施

在回水口布設(shè)控制閘兩孔，寬2m，高2m，與進(jìn)水口控制閘相同。布設(shè)清水調(diào)節(jié)池兩個，沿渠布置，單池容積660m3。在廊道尾端設(shè)蝶閥井一個，井中布置兩個通徑1000mm的蝶閥和兩臺流量200m3/h、揚(yáng)程10m的反沖洗離心泵。在輸水管首端設(shè)匯流井，將A、B清水池中的水匯在一起進(jìn)入直徑1200mm的主管道。

3.5 主要技術(shù)指標(biāo)

引水口渠道底標(biāo)高607.80m，引水口底板標(biāo)高608.10m。匯流主管中心標(biāo)高607.40m，匯流井設(shè)計水位610.00m。濾砂粒徑1～3mm，濾層厚度700mm，濾速10m/h。水反沖洗強(qiáng)度200m3/(h·單元)，水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為處理后原水濁度小于1000NTU。

4 取水方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

按照多方案比選原則，另外一種可行的取水方案是在精河總干渠渠首上游40m河床里新建集水滲管，直接集取河床滲透水，河水通過集水管、匯流管流入蓄水池，然后通過管道自流輸水至水廠，為確保該方案的可靠性和保障率，集水管鋪設(shè)兩條，可獨立進(jìn)行工作。

4.1 集水管埋設(shè)深度

為了保障集水管在經(jīng)歷最大洪水時不被洪水掏刷，管道埋設(shè)深度確定在河床以下1.8m，總埋深3.4m。

4.2 集水管的尺寸和坡度

集水管為φ800mm花管，材質(zhì)為Q235B，開孔直徑5mm，開孔率為20%，設(shè)計坡度0.2%。外圍鋪設(shè)四層反濾料，總厚度為0.8m。第一層為粗砂，粒徑1～4mm，厚0.3m；第二層為豆石，粒徑4～8mm，厚0.3m；第三層為卵石，粒徑8～32mm，厚0.2m；第四層為反慮土工布，一層，規(guī)格為500g/m2。

4.3 集水管道長度的確定

集水管出水量按照集取地下水或潛水非完整式集水廊道出水量計算公式進(jìn)行計算：

式中H——集水管道底至靜水位的距離，為2.6m；

h——集水管道內(nèi)水深，取集水廊道高的0.5倍，為0.4m；

S——水位降深，為1m；

C——集水管道寬度之半，為0.4m；

H——含水層厚度，2m；

R——影響半徑，m，通過計算為6.7m；

L——集水管道長度，m；

K——人工卵礫石含水層滲透系數(shù)，80m/d；

Q——集水管出水量，m3/d。

通過計算，每延米長集水管出水量為106m3/d，要達(dá)到供水量70000m3/d的出水量，集水管道長度需要660m。考慮到出水量計算安全和河水的渾濁情況等方面的影響，一般考慮淤塞量為20%～30%，該工程取堵塞系數(shù)為1.2，同時取安全系數(shù)為1.2，則集水管道設(shè)計長度為792m，實際取800m，布置方向與河流流向一致。

4.4 取水方案比選

取水方案比選從水質(zhì)、水量、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、工程技術(shù)條件、經(jīng)濟(jì)及運行管理方面綜合考慮，比選情況見下表。

取水方案比選情況表

5 結(jié) 論

從工程運行的情況看，旁渠人工砂滲流取水方案基本達(dá)到了設(shè)計功能要求，運行正常。本文通過分析利用現(xiàn)有輸水干渠新建取水構(gòu)筑物實現(xiàn)重力流供水，解決了原水直接從河道采用滲管取水淤積情況較為嚴(yán)重的難題，并提出了根據(jù)人工濾料淤積狀況進(jìn)行設(shè)備反沖洗的措施，整個取水過程處于管理可控狀態(tài)，提高了供水保證率，對天然河道取水方式具有借鑒意義。

[1] 水文地質(zhì)工程地質(zhì)技術(shù)方法研究隊. 水文地質(zhì)手冊[M]. 2版. 北京： 地質(zhì)出版社， 2012.

[2] 李煒. 水力計算手冊[M]. 2版. 北京： 中國水利水電出版社， 2006.

[3] 王環(huán)波. 新疆滲濾取水濾床淤塞防治與防凍措施研究[D]. 烏魯木齊： 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué), 2014.

ApplicationofXinjiangnaturalchannelbypasstunnelartificialsandseepagewaterintakemode

JING Minchuan

(Xinjiang311WaterConservancyandHydropowerSurveyDesignCo.,Ltd.,Urumqi830001,China)

In the paper, the four parts of Jinghe River Water Intake Project profile, layout, water intake scheme, economic and technical analysis are discussed. The water intake plan is obtained and the serious siltation problem in raw water intake from river directly by infiltration pipe is solved. The water intake plan belongs to gravity flow water conveyance and water supply with low running cost and high guarantee rate, which can be used as reference for the design and construction of river water intake projects.

urban water supply; river water intake; artificial sand seepage in the bypass tunnel

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.012.009

TV671

B

1005-4774(2017)012-0034-05