达坂城区绿化配套供水工程设计分析

2020-08-21范海东

水利科学与寒区工程 2020年4期

范海东

(中工武大设计研究有限公司新疆分公司，新疆乌鲁木齐 830000)

1 工程概况

达坂城区下辖 1个管理委员会、3乡 1 镇 1 牧场和3个街道办事处，总人口4.16万人，主要民族有维吾尔族、汉族、回族等七个民族，其中农业人口1.71万人。为整治达坂城区环境，达坂城区政府对达坂城区沿线道路两侧，规划绿地，进行全面绿化造林工程，通过每年绿化造林工程已将各乡镇贯穿绿色通道，从而使达坂城区环境得到改善，形成良好的自然环境，促进社会经济发展。本工程的建设，可达到达坂城镇达东路片区740 hm2绿化生态林供水的目的。工程建设后，可充分利用水资源对项目区的绿化生态林进行灌溉，提高了水资源的利用率，节约了水量，对达坂城区的生态环境起到了积极有益的作用[1-4]。主要工程内容为：新建输水管道长度为6.110 km，其中：无压输水主管道长度为5.367 km，管材为DN1000预应力钢筋混凝土管，有压输水支管道长度0.743 km，管材为DN300球墨铸铁管；新建引水首部1处，采用底栏栅式引水廊道的引水方式；新建建筑物共3座，其中：沉沙池1座、渡槽1座和过水箱涵1座；新建管道构筑物共85座，其中：检查井22座、跌水井55座、闸阀井4座、集水井1座、排气井2座和排水井1座。

2 工程建设必要性

2.1 节水型社会建设的需要

为贯彻落实中共中央、国务院《关于加快水利改革发展的决定》(中发[2011]1号)和《国务院关于实行最严格水资源管理制度的意见》(国发[2012]3号)精神，以及《自治区党委自治区人民政府关于加快水利改革发展的意见》(新党发[2011]21号)、《关于抓紧编制上报“三条红线”实施方案的函》(乌水函发[2014]373号)的要求，达坂城区编制了《达坂城区三条红线实施方案》，开始实施最严格的水资源管理制度，积极推进节水型社会建设。本工程主要为供水管道工程，通过本工程的建设，可提高供水保证率，提高水利用系数，节约水资源，有利于达坂城区“三条红线”指标落实。

2.2 提高引水保证率的需求

目前，项目区原土渠起点为1座简单的单孔引水闸，位于河道西岸，每年采用临时堆坝壅水的方式引水，引水没有保障，通过本工程的引水首部的建设，使得引水有了保障，提高了引水保证率，并且节省了每年堆坝壅水的费用。

2.3 提高水资源利用效率的需要

项目区内现状输水渠道为土渠断面，渗漏严重，渠系水利用系数低，严重影响渠道输水，灌溉水利用率较低。通过输水管道的建设，可大大减少水的渗漏量，提高了灌溉水的利用率。

2.4 改善景观和生态环境的需要

项目区位于博格达峰南侧山前冲洪积扇上，生长有荒漠性植被，植被稀疏，主要生长有铃铛刺、芨芨草、苦豆子等野生植被，覆盖度10%。本工程建设完成后，为周边绿化提供了可靠的灌溉水源，为改善周边景观和生态环境提供了有力保障。

2.5 促进边疆少数民族地区稳定发展的需求

达坂城区东沟乡是汉族和少数民族杂居地，该地区的团结、稳定，关系到地区安定团结的大局。该项目的实施，将彻底解决当地村民在灌溉期为争水发生矛盾的问题，改善环境，为当地创造一个新的景观环境，加快东沟乡农牧民脱贫致富的步伐，对该地区的精神文明建设和物质文明建设将起到积极的推动作用。综上所述，达坂城区东沟乡段绿化配套供水工程，对充分利用水资源、节约水量、提高水资源的利用效率、带动整个东沟乡的经济发展具有重要的意义，因此本工程的建设是十分必要的。

3 工程设计

3.1 引水首部设计

引水首部采用底栏栅式引水廊道设计。在喇叭口河道的收口处垂直水流方向布置一道底栏栅式引水廊道，由于在径流较小时，流水线路在河床内经常发生变化，本次考虑到在提高引水保证率的情况下，将底栏栅式引水廊道从河道左岸一直布置到河道右岸，全长240.00 m。引水廊道断面为矩形断面，深1.00 m，宽1.50 m，采用钢筋混凝土结构，底栏栅式引水廊道的顶部栏栅与河床底齐平，在底栏栅式引水廊道的背水面设置重力式混凝土防冲齿墙。

底栏栅式引水廊道水力计算，有部分流量沿栏栅顶下泄到下游时，按公式(1)进行水力计算。

(1)

式中：Q为栏栅进水流量,m3/s；μ为流量系数；p为栏栅孔隙系数,p=s/(s+t)；s为栅条间隙宽度,m；t为栅条宽度,m；b为栏栅水平投影的宽度,m；l为栏栅长度，m;h为栏栅上平均水深,m。

经计算:引水流量为0.83 m3/s时，底栏栅引水廊道需要长度为4.92 m，本次考虑到河道主流的摆动性，将底栏栅式引水廊道从河道左岸一直布置到河道右岸，全长240.00 m。

3.2 输水管道设计

3.2.1 无压输水管道管径(主管道)

由于输水管道设计流量为0.83 m3/s，本次采取主管道无压管道输水方案供水。根据管道的计算流量，参考管材的允许流速范围，优化选择合理的管径。本供水工程为无压输水工程，管道从三方面考虑，一是按照经济管径，二是满足流量要求，三是不超过管材最大允许流速5.00 m/s的要求。采用式(2)计算比选确定管径。

(2)

式中：v为流速，m/s；Q为流量，m3/s；R为水力半径，m；i为管底纵坡；A为过水断面面积，m2；C为谢才系数。

通过上式计算并结合管道水力计算，本次确定管道采用DN1000的预应力钢筋混凝土管，管道设计流速1.42～2.63 m/s。

3.2.2 有压输水管道管径(支管道)

为后期建设小水面预先铺设的支管道为有压管道输水。根据管道的计算流量，参考管材的经济流速范围，优化选择合理的管径。管道从三方面考虑，一是按照经济管径，二是满足流量要求，三是不超过管材经济流速2.00 m/s的要求。采用式(3)计算比选确定管径。

(3)

式中：d为管道内径，m；Q为流量，m3/s；V为流速，m/s。

通过上式计算并结合管道水力计算，本次确定管道采用DN300的球墨铸铁管，管道设计流速1.42 m/s。

3.3 建筑物设计

3.3.1 沉沙池设计

根据新疆地区供水工程常用沉沙池有矩形沉沙池、梯形沉沙池和漏斗圆形排沙池，同等容积梯形沉沙池相对于矩形沉沙池有更大的表面积，沉沙效果较好；漏斗圆形排沙池排沙效果较好，但施工较复杂，技术要求较高，管理较复杂。结合本地已建工程运行情况，本次设计采取结构较为简单的现浇钢筋混凝土结构矩形沉沙池。沉沙池本次选在引水首部后的河岸上，此处地形空旷，不存在占地协调问题。若把沉沙池布置在管线上，一是存在沉沙池上游管道检查井会有泥沙淤积，不便清理，二是管线基本与老渠线平行布置，沉沙池会占用旁边的伴行道路。故本次沉沙池位置布置在引水首部后。

本次设计水源为河道，以细颗粒悬移质沙为主，平均含沙量0.21 kg/m3。本次沉沙池设计处理泥沙标准粒径为0.2 mm，根据《水利水电工程沉沙池设计规范》SL 269—2001和《灌溉与排水工程设计规范》GB 50288—2018中沉沙池相关计算公式，根据计算成果及结合项目区周边已实施沉沙池运行情况，本次设计池厢深度取3.50 m，宽度取5.00 m，长度取60.00 m。

本次沉沙池主要按机械清淤设计，沉沙池冲沙闸为辅助冲沙，清除泥沙直接拉运至弃料场，清淤周期为一个灌溉期(1年)清理一次，沉沙池淤积容积按一个灌溉期(1年)淤积量计算。一个灌溉期(1年)沉沙池使用天数按90天计算，每天工作小时数为20 h，则沉沙池清淤周期为1800 h，经计算沉沙池的淤积体积为56.50 m3。

根据淤积体积计算成果、沉沙池存泥所需要的宽度为0.94 m。根据已建沉沙池运行情况，沉沙池长度不宜过小，最终确定本次沉沙池设计尺寸，池长60.00 m，池宽5.00 m，池深3.50 m。

3.3.2 渡槽设计

为了便于项目运行管理，结合项目区地形条件，在桩号2+640～2+750与河道支流平交处设置钢管渡槽。钢管渡槽两端直接与预应力钢筋混凝土管连接，按明渠(无压管道)均匀流公式计算(式2)。经计算，渡槽钢管管径采用DN1000是满足要求的。渡槽共1座，槽身为DN1000钢管，设计跨度110.00 m。进出口段采用直接与预应力钢筋混凝土管连接，渡槽支墩采用C25F200钢筋混凝土浇筑。