新疆沙湾县金沟河渗管设计

陈海涛 时光

【摘要】渗管是取水工程的一种类型，利用埋设在地下含水层中带孔眼的水平渗水管道，借水的渗透和重力流，截流和集取地下水和河床潜流水。本文结合工程实例，根据渗管适用条件和工程要求，介绍渗管设计的原则和步骤，合理选择相关设计参数，提高渗管取水的保证率。

【关键词】渗管；潜流；渗透系数；非完整式

1、概况

金沟河流域位于新疆塔城地区沙湾县境内，属玛纳斯河流域内的一条较大内陆河流，多年平均年径流量3.527亿m3。拟建的沙湾县水源地工程，其取水工程采用渗管引水布置型式，渗管位于拟建红山水库坝后至金沟河渠首间1.5km的河道内，通过18.68km输水管线输水至沙湾县城东南部的第三水厂，供沙湾县城镇居民及部分工业用水。工程建成后，近期每年可向沙湾县城供水约2000万m3，最大月供水量为250万m3/月，设计流量为1.24m3/s，工程估算投资21227.13万元；远期规划水平年2025年本工程供水规模约为4000万m3，最大月供水量333.33万m3，设计流量为1.65m3/s，渗管取水工程按远期规模设计。

2、水文地质

金沟河径流补给主要为冰川积雪融水，冬冷夏热，日温差较大，因此径流的年内变化相对较大。红山头水文站多年平均流量为11.18m3/s，多年平均径流量为3.527×108m3。金沟河径流的年内分配主要集中在6～8月，该时段径流量占全年径流量的66.6%，这部分水量主要来自高山区的积雪和冰川消融。枯水期11月～次年4月仅占全年径流量的15.4%。金沟河属一条多泥沙河流，泥沙主要来源于水流对河道的冲刷及降雨汇流对汇流面的侵蚀，本次取水工程断面多年平均年输沙总量为86.8×104t。

取水工程位于金沟河渠首上游约1.5km范围内，据本次物探解译成果及钻探资料，工作区地层为二元结构，主要由卵石混合土和基岩组成，卵石混合土最大揭露厚度9.6m，泥岩透水性差，裂隙不发育，是相对隔水层。金沟河河道垂直入渗使区内第四纪松散卵石混合土层中赋存了丰富的孔隙水，为工作区主要含水层，勘察时河床潜水位埋深在0.3m～1.1m，平均水力坡度0.93%。地下水类型为潜水。

3、渗管设计

3.1渗管管材比选

目前，渗管管材常用的有预制混凝土管、无砂混凝土管、钢管、玻璃钢管等，由于该河段不透水层埋深约7～10m，本次渗管埋深5～6.5m，钢管、玻璃钢管常用的壁厚不能满足管道抗外压的要求，如过多的加大壁厚，则投资过大，不经济，因此，本次选用预制混凝土管和钢管两种管材进行比选。方案比较见表3.1-1。

根据上表可以看出，预制钢筋混凝土管造价相对较低，但其抗外压能力强，自身结构更适应环境，无需做防腐处理。因此，本次推荐渗管管材为预制钢筋混凝土管。

3.2渗管设计参数选取

1）.工程及水文地质参数根据《工程地质勘察报告》提供的资料为依据；

①渗透系数K=46.80m/d；

②影响半径R=254.80m；

③地下水来源：本取水工程取地下水主要是孔隙潜水，分布在河床卵砾石层中，主要受河水补给，以潜流形式向下游排泄；

④潜水位埋深：0.30～1.10m；

2）.渗管开孔面积：混凝土管开孔率为5%～8%，本工程采用8%；

3）.渗管纵坡：最小坡度不小于1/500；

4）.孔眼流速：0.01～0.03m/s；

3.3渗管布置

本工程渗管分为干管和支管，干管沿主河道布置，支管呈鱼刺型布置于干管两侧。支管与干管夹角取60°，地下水影响半径为254.80m，支管间距初定为200m。渗管管径初定为DN1200的预制钢筋砼管，壁厚为15cm，开孔率为8%，孔口直径4cm，孔中心距18.2×14cm，管道单节长度2m，采用承插式接口。该河段不透水层埋深约7～10m，取渗干管埋深地层6.5m以下，取渗支管埋深地层5～6.5m以下，渗管主要汲取河床渗透水为主。

3.4渗管计算

1）、拟定渗管长度的复核

本取水工程渗管分为干管和支管两部分，渗管取渗流量应该为二者之和。

取渗干管布置于主河道内，工程竣工后要求沿取渗干管主河道过水断面宽度不小于50m，保证了枯水期取渗干管河道过水面积，干管汲取河床渗透水为主。初拟取渗干管埋深6.5m，在该河段不透水层以上，取水方式为非完整式取水。根据《给排水设计手册》（第二版）第三册P154页推荐的公式3-101进行计算：

式中：Q--渗管总涌水量（m3/d）；

L--渗管长度（m）；

K--渗透系数（m/d），本工程取46.80m/d；

α--淤塞系数，根据水的浑浊情况确定，本工程取0.3；

Hy--河流水面至渗管顶深度（m）；

H0--渗管末端集水井内水位对渗管出口所施水压（m），本工程取0m；

T--含水层厚度（m），根据地质提供资料，取8m；

h--河床至渗管底的深度（m）；

d--渗管直径（m）；

通过金沟河丰水期、平水期、枯水期三种工况，当管径不同时，满足取水流量时的取渗干管长度，计算结果见表3.4-1：

取渗干管入渗流量计算表

通過计算，

取渗干管和取渗支管入渗流量：Q=1.24+0.04=1.28m3/s，大于近期设计取水流量。

2）、渗管入渗面积复核

为防止细颗粒泥沙进入渗管，渗管进水孔孔眼流速应控制在0.01～0.03m/s，本工程采用0.01m/s，对渗管入渗流量复核。

渗管采用预制钢筋混凝土管，开孔孔眼总面积为：

实际进水孔面积A1为：

A1=2/3·2/3·π·d·L·8%

通过计算，综合考虑渗管布置长度、渗管开孔面积、投资等因素，渗管管径采用DN1200比较合理。按最不利工况枯水期计算的结果可得，当取渗干管长度为930m时，取渗支管长度644m，开孔面积大于汲水必须开孔面积，满足本工程

3）、渗管过流能力计算

本工程取渗干管不但要满足近期汲水流量1.24m3/s的要求，同时要满足远期作为输水管道输水1.65m3/s的要求。近、远期取渗干管内流态均为无压明流，为偏于安全考虑，根据明渠均匀流公式计算，其充满度满足（0.4～0.8）D。

取渗干管过流能力按近期和远期两个阶段计算，计算结果见表3.4-2。

由表3.4-2计算的结果可知，取渗干管长度1220m，满足近期1.24m3/s、远期1.65m3/s流量输水要求。

4）、渗管流速要求

渗管内流速要满足不淤的要求，其值应大于0.7m/s，同时渗管内流速不宜大于2.5m/s，渗管枯水期取水流量最大为0.93m3/s，通过计算，枯水期取渗干管流速满足不淤流速。

5）、渗管反滤料设计

本取水工程主要通过在河床下埋设渗管进行汲水，根据《给水排水设计手册（城镇给水第3册）》渗渠设计部分，对渗管的反滤层做以下设计。

4、结语

本工程地下水补给量主要为河道渗漏量，要满足本工程近期1.24m3/s的取水要求，需增加工程措施加大地表水的入渗转化量，则取渗干管段河流过水面积需达到62237m2，根据渗管布置长度，需要保证取渗干管段过水断面宽度不小于50m，且上游来水量不得小于1.5m3/s（不包括生態基流）时可满足本工程最大单日取水要求。

渗管取水工程还需做好运行期间的清淤、定期维护工作，才能保证取水工程安全运行。

参考文献：

[1].《给水排水设计手册》第3册 城镇给水（第二版）；

[2].《水力计算手册》第二版；

[3].《截潜流工程》；

[4].《渗渠设计》。

作者简介：陈海涛（1986-），男，汉族，新疆昌吉人，大学本科，工程师。