耽车泵站集渗方案设计优化

朱茂宏

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024）



耽车泵站集渗方案设计优化

朱茂宏

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024）

【摘 要】耽车泵站采用集潜流取水方式。本文在分析水平集渗管存在问题的基础上，对集渗管布置方案进行优化，采取了创新的竖向布置法。在保证取水流量的前提下，竖向布置法方便施工、节约投资，使集渗管的运行更加安全可靠。该方案为类似工程提供了有益探索。

【关键词】集潜流；取水方案；集渗管

1　工程概述

耽车泵站以辛安泉泉水为水源，设计取水流量为5.0m3/s，工程实施后可为长治市及其周边县市提供生活、工业用水及农业灌溉用水。为了改善供水水质，防止河水中挟带的泥沙对提水水泵的磨蚀，提高供水保证率，从安全可靠、环境和谐、取水条件等方面综合考虑，确定在泉域下游通过集潜流方式取水。耽车泵站的集渗设施包括闸前集渗区、左右岸集水廊道、汇水池等，而其中最主要的集渗设施为闸前集渗区。水由泵站的集渗设施汇至前池，通过耽车泵站及后续相关工程输送至受水区。

2　集渗区设计情况

集渗区设计主要由水平布置的集渗管、反滤层、干砌块石表面防冲层组成；集渗管采用预制C30钢筋混凝土骨架的无砂混凝土管（管内径0.8m，壁厚0.2m，管长1.5m）。

2.1工程布置

集渗管顺水流方向水平布置在拦河闸前，范围为335m×156.4m。上游端接入汇水池，下游端与排气箱涵相连通。共分7组布置，组与组之间布设6.0m宽的施工、检修道路。在垂直河向设两条4.0m宽的施工、检修道路。因考虑冲沙，集渗管两侧与中间布置略有不同。两侧底孔闸上游单层布置2组，管中心高程低于底孔闸底板2m；中间表孔闸上游侧布置5组集渗管，上下两层交错布置，上层集渗管中心低于表孔闸底板2m，下层同底孔闸处管高程，管中心间距均为1.8m。在集渗管之间和上部设反滤层，由下至上依次为D50～D70mm反滤料填至上层管顶以上0.3m、 0.3m厚D20～D50mm反滤料、0.3m厚D5～D20mm反滤料、0.5m厚干砌块石防冲表层。

集渗管结构如图1所示。

图1　集渗管结构（单位:mm）

2.2存在问题

集潜流工程的集渗管一般为水平放置，首尾相接，受其结构限制，因此一般埋深都不大。该工程水深常年在10m以上，加上反滤层，为此设计考虑采用带钢筋混凝土骨架的无砂混凝土管，因此存在无砂混凝土管内所配钢筋的锈蚀问题。在设计过程中，委托了试验机构对方案进行了验证，同时对可改进的地方也进行了试验［4-8］；结构验证过程中，发现该结构生产工序复杂，成品率不高，在移动过程中较易损坏；同时由于该制品无相关规范，各项参数制订与施工质量判断均无据可依；集渗管全部埋置于反滤层中，反滤料用量较大；其上为干砌石防冲层，三者中无砂混凝土管的渗透系数最小，因此正常运行时最易淤塞；在汛期有泥沙时，反滤层表层容易堵塞，干砌石层淤积不易清理［3，9-11］。

3　竖向集渗管方案

针对水平集渗管方案存在的问题，借鉴集水井集水原理，对集水与输水一体进行了分离，即利用竖向集渗管收集地下水，然后通过钢筋混凝土箱涵对水进行汇集。竖向集渗管方案主要涉及标准无砂混凝土管、钢筋混凝土箱涵、反滤层、无砂混凝土板表面防冲层等。

3.1工程布置

集渗管布置在拦河闸前区域，单个无砂混凝土井管竖向放置在箱涵上部，顶部采用预制混凝土盖板封顶，范围为130m×200m，共布置8组，其中布置在围堰左侧5组，围堰右侧3组，集渗管顶高程低于下游表孔闸底板2m，下部钢筋混凝土箱涵采用双孔结构。箱涵上部无砂混凝土管周围设反滤层，由下至上依次为0.6m厚D50～D70mm反滤料、0.4m厚D20～D50mm反滤料、0.4m厚D5～D20mm反滤料、0.2m厚无砂混凝土板防冲层。

3.2设计优化

3.2.1集渗管结构优化

集渗管由原来的预制C30钢筋混凝土骨架无砂混凝土管改为标准无砂混凝土管，采用《混凝土与钢筋混凝土井管标准》（SL 154—95）中W-2内径0.6m无砂混凝土井管，井管相应数据按规范要求控制，可在预制场进行统一采购。

3.2.2防冲层优化

由干砌石防冲层改为无砂混凝土板防冲层，板与板之间通过勾缝固定，整个表面形成一个平面，泥沙不易淤积，淤积后也容易清理，同时限制表层无砂混凝土板渗透系数，使其最小。在长期运行后，如有淤塞现象，可仅将表面淤塞的无砂混凝土板换掉，从而以较小的代价保证整个系统长期运行。

修改后的集渗管方案如图2所示。

图2　修改后集渗管结构

4　集水量对比

两个方案均需满足设计取水量的要求。计算工况分为:正常运行工况、汛期运行工况、汛期淤积运行工况。

4.1水平集渗管方案集水量计算

计算采用《渗渠取水》（吴正淮）中集取地表水为主的非完整式渗渠（阿拉薇娜-努美诺夫）公式［1-2］:

式中 Q——渗渠总产水量，m3/d；

L——集水管长度，m；

K——渗透系数，m/d；

α——淤塞系数，根据水的浑浊度情况确定，当河水较清时取0.8；中等浑浊时，取0.6；浑浊度很高时，取0.3，也可根据经验选用；

Hy——河流水面至集水管顶深度，m；

H0——吸水井内水位对集水管出口所施水压，m，当管内为大气压时，H0＝0，一般取H0＝0.5～1.0m；

T——含水层厚度，m；

d——集水管直径，m。

本文计算时，取:L＝320m，K＝10m/d，α＝0.3，H0＝1.0m。

4.2竖向集渗管方案集水量计算

计算采用达西定律公式:

式中 H——作用水头，m；

k——土体渗透系数，m/d；

A——渗透面积，m2；

L——透水层厚度，m。

本文计算时，取A＝6000m2，L＝1.2m。

4.3 对比分析

三种不同工况下集水量计算结果见表1。

表1　集水量对比

在正常蓄水位情况下，竖向集渗管方案入渗水量较原方案大，满足设计需要；在汛期空库迎洪时，入渗水量虽比水平集渗管方案小，但仍能满足设计需要；在汛期淤积0.5m情况下，两方案集渗管均达不到设计水量，但可通过左右岸集水廊道补水达到设计水量，仍可安全运行。

5　工程量与投资对比

优化前与优化后两方案的工程量及直接投资对比见表2。

表2　主要工程量及工程投资对比

6　结 论

方案优化后，在各运行工况下，取水量都能满足设计要求；工程占地面积变小，开挖、反滤料、干砌石工程量大幅度减小；无砂混凝土管采用标准产品，可以集中采购，下部箱涵结构采用预制，在安装现场与无砂混凝土管组装，施工难度大幅度降低；工程直接投资降低，经济效益显著。

该工程在设计过程中进行了模型试验，对方案的确定起到了指导作用。通过研究，该工程对常用的水平集渗管进行了方案优化，采用了竖向取水，在同样集水面积的情况下，加大了取水流量，对大流量集潜流取水工程具有借鉴意义。■

参考文献

［1］ 吴正淮.渗渠取水［M］.北京:中国建筑工业出版社，1981.

［2］ 苑莲菊，等.工程渗流力学及应用［M］.北京:中国建材工业出版社，2001.

［3］ 付贵海，张林洪，王苏达，等.无砂混凝土作反滤层的试验研究［J］.中南公路工程，2005（2）.

［4］ 刘持峰，刘焕芳，程琨，等.滤管长度对渗渠产水量的影响［J］.人民长江，2008（2）.

［5］ 刘持峰，刘焕芳，程琨，等.河床床面冲淤变化对渗渠产水量的影响［J］.水资源与水工程学报，2007（3）.

［6］ 王磊，李永业，孙西欢，等.泥沙对水库渗流取水效能影响的试验研究［J］.中国农村水利水电，2014（10）.

［7］ 付贵海，张林洪，王苏达，等.无砂混凝土试验研究［J］.交通科技，2004（5）.

［8］ 樊贵盛.不同级配沙砾石介质渗透系数的试验研究［J］.太原理工大学学报，2012（5）.

［9］ 李新阳.小浪底库区新安提黄二期工程取水条件分析［J］.水利建设与管理，2012（7）.

［10］ 马世波.变频调速装置在树林子加压泵站中的应用［J］.中国水能及电气化，2015（5）.

［11］ 李振苓，宫云赵，刘本宝.大沽河梯级拦河坝雨洪水资源利用模式浅谈［J］.水资源开发与管理，2015（1）.

DO l:1O.16616/j.cnki.11-4446/TV.2O16.O2.O1O

Design and oPtim ization of Danche Pum P Station catchments infiltration Plan

ZHU Maohong
（Shanxi Hydroelectric Investigaition &Design Institute，Taiyuan 030024，China）

Abstract：Undercurrentwater takemode is adopted for Danche Pump Station.In the paper，catchments infi1tration pipe 1ayout p1an is optimized on the basis of ana1yzing prob1ems in horizonta1 catchments infi1tration pipes.Innovative vertica1 1ayoutmethod is adopted.Vertica11ayoutmethod can faci1itate construction and save investment under the precondition of ensuring water intake f1ow capacity，thereby catchments infi1tration pipe can be operated more safe1y and re1iab1y.This p1an provides beneficia1exp1oration for simi1ar projects.

Key words：undercurrent；water intake so1ution；catchments infi1tration pipe

中图分类号：TV675

文献标志码：B

文章编号：1005-4774（2016）02-0034-04