供水工程设计方案研究docx.docx

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供水工程设计方案研究docx

　　摘要利用芦芽山布袋沟内马家寺泉和姑姑庵泉水，分析了水资源量、水质和泥沙后，修建截潜流设施，采取分级消能措施和蓄水设施，成功消减了490的水头落差，接入末端自来水管网，达到了设计要求。

　　关键词截潜流；调压池；集水廊道；滤水体；蓄水池1工程概述为解决五寨县城城区群众生产生活用水，缓解地下水位下降趋势，决定利用芦芽山布袋沟内马家寺泉和姑姑庵泉水资源。

　　布袋沟主河槽为姑姑庵方向来水，右侧为马家寺沟道来水，该段河谷较为狭窄，谷底宽30～50，两岸山体雄厚，呈型谷。

　　此段河谷上游内植被非常茂密，水土流失不大，无居住人口。

　　取水点位于姑姑庵泉汇合马家寺泉水之处，此截面以上流域面积2992，河道长92，流域平均宽度36，取水点处常年基流在008～0173之间。

　　根据监测资料，取水点处雪融后春季基流在0063～00983左右，夏季基流在009～0173左右，秋季基流在0095～01853左右，冬季、初春季无基流数据。

　　布袋沟内河段一般11月下旬开始结冰，12月到2月封冻，冰期最大冰厚12，每年2月中下旬河冰开始融化，未发生过冰洪。

　　泥沙以暴雨洪水携带为主，在年内分配上，春节冰雪融化和夏季洪水含沙量大，尤其是夏季暴雨洪水，河流含沙量短时间剧增，在其他季节、河流基流多为泉水补给，流量小，水较清，含沙量小。

　　据径流移置输砂模数估算，布袋沟上游年悬移质输砂量038万，推移质011万，全年泥沙量049万。

　　根据水文计算成果，两股泉水汇合点以上流域年径流总量282万3，在95保证率下最低可引水量162万3，马家寺截潜流工程设计年引水量108万3，日平均引水量30003。

　　2截潜流取水枢纽设计21取水条件分析。

　　取水点处地层岩性主要为第四系全新统洪冲积4混合土卵石或卵石混合土，厚度2～8。

　　据竖井开挖及取样大型筛分试验资料，混合土卵石层表层具架空现象，漂卵砾石成份主要为变质岩、石英砂岩等，其中漂石含量249～271，卵石含量272～323，砾含量139～263，砾磨圆较好，多呈次圆状，砂含量136～182，多为中粗砂。

　　混合土卵石含水率85，其下伏基岩及左岸岸坡为下太古界界河口群变质岩，强风化带厚度1～2。

　　基岩渗透系数=005，覆盖层渗透系数=013。

　　地下水类型为松散岩类孔隙水和碎屑岩类裂隙水，下伏基岩中贮存变质岩类裂隙水，水位埋深0～78，主要受河水补给。

　　由取水点地质条件可知，混合土卵石层及其下伏强风化基岩均为强透水岩层，具有极强透水性，蓄水后可产生坝基渗漏。

　　因覆盖层渗透系数远大于基岩，故渗漏主要为覆盖层渗漏。

　　经估算，在正常蓄水位1930时，覆盖层渗漏量约48123。

　　在覆盖层下设置防渗体拦截后，渗漏主要为坝基强风化层渗漏，估算渗漏量2163，对取水流量30003影响不大。

　　根据取水点水源水资源赋存条件，该处洪水标准为20年一遇洪水设计、50年一遇洪水校核，流量分别为1413和2523，校核洪水冲刷深度149。

　　利用取水点处两股泉水为水源，分别修建截断覆盖层的拦水坝后会在坝前形成一个两侧高中间低的下凹形地下水面，同时在坝前铺设大面积快速入渗体，河水入渗形成地下水后通过凹槽带向下游排泄，形成封闭式截潜流。

　　马家寺截潜流取水方式采用截潜流入渗形式、主要建筑物包括截水坝、集水廊道、滤水体及出水管道。

　　取水枢纽布置见图1。

　　22截水坝。

　　两条截水坝分别垂直姑姑庵泉和马家寺泉主河槽布置，对接后形成整体拦截，长度为26和24，墙体均置于弱风化基岩岩体上。

　　墙体净高35，顶部呈台阶状布置，靠近上游侧宽05，低于坝顶高程085，中间宽05，下游侧宽10，低于坝顶高程05。

　　坝体上游呈直立状，下游坝坡设计边坡为1∶1，坝趾向外延伸08。

　　为防止形成绕渗通道，坝体与山体新鲜基岩连接。

　　截水坝下游采用开挖料回填和抛石防护，同时下游坝坡坝顶以下铺设一层1厚土工格宾石笼，长6，宽9，坡度与上游相同。

　　23集水廊道。

　　在截水坝的上游中部，结合截水坝修建盖板式集水廊道。

　　单个集水廊道长83，呈水平布置，采用30钢筋混凝土盖板加支撑柱结构，净断面尺寸33×20，沿截水坝轴向设置3根支撑柱，支撑柱间距30，柱截面尺寸为03×03，顶部梁帽采用扩大结构，支撑板截面尺寸为14×14，与顶板浇为一体。

　　支撑柱基础采用扩大结构置于弱风化基岩岩体上，基础底板截面尺寸为14×14。

　　集水廊道顶板为现浇30钢筋混凝土，上游侧及左右岸分别置于截水坝及土工格宾石笼挡水墙顶，下垫150厚15素混凝土，下游侧搭于上游侧墙顶部，顶板尺寸为83×43，厚02。

　　顶板右侧设一直径为08的30钢筋混凝土进人孔，为防止洪水泥沙进入，人孔盖板顶面比盖板高250，孔筒壁内侧均设有钢爬梯，外侧设置浆砌石台阶。

　　集水廊道上游及左右两侧侧墙均为进水通道，侧墙采用土工格宾石笼砌筑，墙体下部厚10，高17，顶部厚05，高03，上搭廊道顶板。

　　24滤水体。

　　集水廊道侧墙上游及左右两侧回填滤水体，采取分层回填方式，依次如下1集水廊道侧墙上游及左右两侧下部回填干砌块石，干砌块石垂直廊道横剖面厚12，顶宽20，外侧边坡为1∶1，要求块石最小边不得小于50，错缝砌筑。

　　2沿填筑好的干砌块石外侧轮廓面填筑一层500厚卵石反滤层，卵石反滤层高度与集水廊道侧墙下部顶面齐平，外侧边坡为1∶1，要求卵石粒径=80～120。

　　3沿填筑好的卵石外侧轮廓面填筑一层500厚的砾石反滤层，砾石反滤层高度与集水廊道侧墙顶面齐平，外侧边坡为1∶15，要求砾石粒径=10～30。

　　4沿填筑好的砾石外侧坡面填筑一层粗砂反滤层，粗砂反滤层高度与砾石反滤层齐平，顶宽05，外侧边坡为1∶2，要求粗砂粒径=2～8。

　　5沿填筑好的粗砂外侧坡面填筑一层500厚的干砌块石，干砌块石高度与粗反滤层及砂砾石反滤层齐平，外侧边坡为1∶2，要求块石最小边不得小于50，错缝砌筑。

　　6为增加回填层渗透性和防止粗砂等滤料流失，沿以上填筑好的滤体材料顶面铺盖一层500厚的土工格宾石笼，铺盖范围为顶面至集水廊道顶板边缘。

　　7以上各层材料填筑完毕后，采用冲洗干净后的沟道开挖碎石料将开挖部分空间回填至原地面高程，回填料中不得含有泥、腐植物等。

　　取水枢纽剖面见图2。

　　25出水管道。

　　出水管道布置在集水廊道正中，从截水坝穿出，为保证出水量和便于冲洗防止淤塞，出水管道采用300管。

　　从两个截水坝伸出的两条300出水管沿着沟道敷设50后并管为单根250级管。

　　3调节设施设计取水枢纽蓄水位高程基本在1930左右，服务区域地面高程在1440～1450左右，水位落差最大490左右。

　　由于引水管道输水过程中水头损失较小，不能有效消除管内压力水头，受限于管道制造水平同时为节省投资，引水管道在上下游水头差接近60时即设置一处调压池溢出管内水流形成自由水面，以消减上游管道内富裕水头。

　　根据本工程地形落差情况，引水管道沿线设7座调压池。

　　31调压池。

　　调压池为钢筋混凝土矩形结构，池内净长20，净宽18，池深30；顶板采用预制25钢筋混凝土盖板，顶板设直径1的检修孔及200通风管；为保证进、出池水流平顺，在池底板中心设一溢水堰，堰高25，厚03，溢流堰将调压池内部分为消力池和溢流池。

　　调压池前后端分别埋设1条进水管和1条出水管，均采用250钢管。

　　设于消力池内的消能孔筒主要由250弯管、弯管转弯半径500、角度90°和打孔直管两部分组成，孔筒一端用法兰与弯头连接，另一端用盲法兰堵死并与消力池底板固定，消能孔筒孔周打孔面积为42～43，水流由筒壁网孔喷出，喷射于消力池中撞击池壁钢板进行消能，消力池壁四周钢衬2厚防冲不锈钢板，该消能方式经过太原理工大学水利系水流试验室模型试验证明消能效果良好，目前已应用于万家寨引黄工程南干线、横泉水库供水和多处截潜流等高水头管线供水工程，运行效果良好。

　　32蓄水池。

　　马家寺截潜流供水服务区域内在早间6～9点、午间11～13点、晚间17～20点用水量很大，高峰期合集8个小时，其余时间用水量很小，晚间基本停用，用水量时变化系数很大。

　　引水枢纽全天24小时不间断供水，最大引水流量为0073，平均引水流量为00433，末端服务区域自来水管网接口最大引水流量009723考虑时变化系数2，最高日引水流量为007293考虑日变化系数15，存在着典型的用水高峰期和低峰期导致的需水量大与来水量少的矛盾。

　　下游如无蓄水设施或蓄水设施容量过小，在末端非大量用水时间段内只能弃掉上游未使用的水量，造成水量的巨大浪费；同时考虑到引水管道遭到破坏、调压池检修和清淤等不利情况，在截潜流上游管道停止供水期间，蓄水设施内贮存的水量必须能够满足调节要求，极限停水天数按照15天予以考虑，新建蓄水池容积定为50003。

　　引水管道全线为重力流，结合末端净化厂高程、高层住宅和消防要求等因素，蓄水池需兼做净化厂清水池，尽可能减少居民建筑物二次加压和运行费用，受水区最高水位按照1490考虑。

　　为满足以上要求，新建蓄水池内设计水位保持在1500左右，可以保证下游管道水流进入自来水管网有足够的压力完成以上功能，实现下游控制区域不加压。

　　33压力管道分布调节居民生活用水对管道材质要求高，引水管道全部采用80级管，考虑到流量变化因素，蓄水池之前管道采用250管，蓄水池之后管道采用300管。

　　根据各调压池之间的水头差，考虑到发生事故时水锤系数13的影响，引水管道压力等级在静水头差在0～28时取04，28～45时取06，45～60时取08。

　　4供水线路设计引水管道敷设方式为地埋，五寨县最大冻土深度148，考虑到沿线坡度较大，雨水冲刷较为严重，引水管道设计管顶埋深不低于18。

　　管道跨布袋沟河时管道埋深为管顶以上覆土至少20，并在上部覆盖防冲刷措施。

　　引水地埋管道管沟底宽07，岩基开挖边坡比1∶03，砂砾石地段开挖坡比1∶05，黄土段土槽开挖坡比1∶075，管道敷设之前，对管道基础进行整平处理。

　　如果地基为土基，则在地基处理后直接铺设管道，顶部范围内首先用原土回填。

　　如果地基为石基或者砂砾石层，则底部铺设100厚砂垫层，管周及管顶100范围内采用粗砂粗砂粒径不大于10或沙土回填。

　　用沙土或符合要求的原土回填管道两肋，一次回填高度为100～150，捣实后再回填第二层直到回填到管顶以上至少100处。

　　在回填过程中，管道下部与管底的空隙处易被忽略，要注重夯实，死角部位人工用木锤夯打。

　　管道接口前后200范围内不回填，以便试压时观察各接头质量。

　　管道试压合格后的大面积回填500厚，管顶300以上部分回填原土并填实，采用机械回填时，要从管的两侧同时回填，机械不得在管上行驶。

　　管顶以上300回填后，再进行管道试压，以防试压时管道系统产生推移。

　　管四周200以内的回填土不得含粒径大于10的坚硬石块。

　　5结语本工程实施完成后，在取水枢纽加设了防护围栏等水源地保护措施，同时在蓄水池前加设了自来水净化设施，完全满足了五寨县城居民高品质生活用水的要求。

　　目前已安全运行两年多，累计为五寨县城居民生产生活供水达到190万3左右。

　　有效缓解了五寨县城居民生产生活紧缺的状况，使供水结构趋于合理，五寨县城区地下水快速下降的局面得到改观，产生巨大的社会经济和生态效益。

　　作者王增国单位山西省水利水电勘测设计研究院