透析截潜流工程结构与渗渠水量计算

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本文导读目录：

1、河道治理工程中喇叭型截潜流集水坝的运用

2、截潜流工程结构与渗渠水量计算.pdf

3、透析截潜流工程结构与渗渠水量计算

　　1、河道治理工程中喇叭型截潜流集水坝的运用关键词：积石山县; 截潜流; 集水坝;截潜流工程是一种主要的浅层地下水的拦、蓄水工程,作为挡水建筑物的截潜流集水坝是该工程最重要的组成部分。数十年来,截潜流集水坝被大量应用于农村的人蓄用水和灌溉引水中。作为新的尝试,喇叭型截潜流集水坝被应用于甘肃省临夏回族自治州积石山县的河道治理工程中。通过在上游修建带有防渗底板的喇叭型截潜流集水坝,拦截部分浅层地下水径流,通过引水管道将水输送至下游治理河段,改变了县城河段常年无地表水和河滩严重裸露的局面,极大地改善了县城的水生态环境。1、 工程概况积石山保安族、东乡族、撒拉族自治县(简称积石山县;)是甘肃省唯一的多民族自 　　2、治县,位于甘肃省中部,属黄土高原西部边缘。吹麻滩河流域的河谷平川地带是积石山县境内的黄金地段之一。吹麻滩河系黄河上游一级支流,水系结构呈扇形,总流域面积158km2,多年平均年径流量2066万m3,河道全长158km,积石山县城以上的流域面积90km2。吹麻滩河的现代河床及漫滩宽22188m,该河常年不断流,两岸发育级阶地高出河床2.53.5m。河漫滩和阶地覆盖层透水性较强,排泄条件较好,地下水水位较低,一般与河水位持平或略高于河水位。近年来,由于吹麻滩河积石山县城区段河道内无序采砂、采石以及堤防建设选料等原因,河床被严重扰动破坏,并局部降低了原河道的地表水径流深度,造成地表水下潜。2017年 　　3、4月的地质钻探结果表明,河床表面局部存在架空结构,水流基本在河床下2.93.5m渗行。吹麻滩河积石山县城区段河床常年基本无地表水而处于干涸状态,河滩裸露,杂草丛生,如图1所示。图1 治理前的吹麻滩河积石山县城区段状况为改善县城水生态环境,积石山县启动了吹麻滩河城区段河道治理一期工程;该工程由上游的1座水源工程截潜流集水坝,下游的9座水力自控液控翻板闸坝组成。该工程通过在吹麻滩河积石山县城段的上游未经扰动破坏且有少量地表水处修建1座水源工程截潜流集水坝,汇集、拦蓄并通过管道引水至城区的9座水力自控液控翻板闸坝的库区中,以恢复县城河道水生态功能。2、补水收集方式2.1、 补水运行时段由于本工程区处 　　4、于寒冷地区,冬季河道结冰但冰层不厚,考虑冬季河边活动的群众较少,同时为了节省运行成本,本工程为季节性蓄水运行。每年蓄水运行时间为410月,11月次年3月不蓄水运行。图2 集水坝平面布置(单位:mm)因此,确定本水源工程向下游补水的运行时段为410月。2.2、 吹麻滩河水源工程坝址地表水调查2017年24月,对工程地吹麻滩河段水源坝工程以上河段进行的地表水调查表明,水源工程集水坝坝址附近河段近10a来未断流,长期有少量地表水,最枯时期的地表水流量约0.014m3/s。地下水类型主要为第四系覆盖层中的孔隙潜水,受大气降水、河水、融雪补给,水量较丰富,一般与河水面持平或略高于河水位。因此,为保证下游 　　5、主城区河段9座水力自控液控翻板闸坝的库区有充足水量,本截潜流集水坝同时收集地表水及地下潜流。3、 水源坝坝型选择3.1 、非完整式喇叭型截潜流集水坝方案非完整式喇叭型截潜流集水坝主要由截水墙、迎水面面板、两侧面板及底板组成,类似喇叭型。底板埋置于河床表面以下3.0m,处于河床砂卵砾石层内,截水墙未穿越含水层,因而为非完整式截潜流。两侧面板和底板,3面为防渗面板,可以有效拦截上游地表来水和部分地下水,且不增加地表水面面积,减少了水量蒸发损失,不影响河道行洪。喇叭型集水坝底部、两侧及下游边坡均为C20钢筋砼面板(F150)厚300mm,底部敷设FN2/PE- 14- 800- 0.5复合土工膜。垂 　　6、直向上口宽度27.31m,底部宽12m;顺水流向上部长25m,底部长15m。坝体上部回填级配良好砂卵砾石、反滤层、格宾笼护垫,地表水经反滤体与钢丝滤网渗入集水廊道进入集水井,由引水系统将引入下游库区。如图23所示。3.1.1、 收集地下水水量计算分别采用达西公式、集水廊道渗渠非完整式计算公式等进行计算。达西公式:Q=kwJ (1)式中,k土的渗流系数,根据地勘测定平均渗流系数k=55.3m/d;w渗流过水断面面积,包括土粒和孔隙所占面积,w=h×b,h、b截取地下渗流水的高度、宽度,取h=6.35m、b=25.4m;J渗流坡降,取渗流水头H=25.96m,沿流程长度l=900m,坡 　　7、降J=25.96/900=0.0288。经分析计算,得出截取地下渗流水量为256.88m3/d。集水廊道渗渠非完整式计算公式:图3 集水坝纵剖面Q=2LKH21?h22R+Sqr(2)式中,L渗渠长度,取L=8.1m;K渗透系数,漂卵石层K=55.3m/d;H1渗渠底至静水位的距离,取H1=3.0m;h动水位至渗渠底的距离,取h=0.25m;R影响半径,漂卵石层取中粒土R=250m;S水位降落,m;qr根据α及β值相关曲线图查得。α2=RR+C(3)β=RT(4)当β3时,qr按下式计算:qr=q r(β?3)q r+1(5)式中 　　8、,q r从相关曲线图查得。a0=TT+13C(6)式中,T渗渠底至含水层底板的距离,取岩层至底板T=17m;C渗渠宽度之半,C=0.75m。经分析计算,a0=0.986,查相关曲线图得出q′r=0.2125,β=14.71,从而qr=0.061,截取地下渗流水量Q=166.3m3/d。集水廊道渗渠非完整式计算公式适用于集取地下水为主的渗渠,根据类似工程的经验,集水坝投产后,过水断面宽度沿地下水流向逐渐缩小,地下水流态呈收缩流。集水坝前的渗渠的单宽流量以靠近渗渠为大,呈非均匀流运动。但该计算公式在推导时是假定渗渠各断面的流量为常数,这同渗渠实际地下水流动状态不相符,所以理论 　　9、值往往小于实际值。本集水坝主要拦截地表水及部分地下水,并采用防渗固化底板以形成喇叭形集水区域,可以有效收集坝前河床地表水,采用达西公式计算结果较符合本工程实际。因此,采用达西公式计算成果,非完整式喇叭型截潜流集水坝截取地下渗流水量为256.88m3/d。3.1.2、 截取地表水计算根据本工程运行方式,向下游补水运行时段为410月,其中4月为多年平均地表水径流量最小的月份(0.38m3/s),而且是工程年运行的初期,故仅计算该月份的地表水量对工程运行的影响。经分析,4月日平均径流量32832m3/d,则非完整式喇叭型截潜流集水坝收集地表径流及部分地下渗流总量为33089m3/d,工程初蓄水天数为 　　10、2.69d(库容8.9万m3)。3.2 、拦河坝方案本方案拟修建堰高1.2m的低拦水堰,采用防渗帷幕穿透含水层伸入相对隔水层实现全断面截流,属于完整式截潜流。将坝前地下水全部拦截以及地表水拦蓄在坝前河道内,形成库区,继而向下游输水。拦河坝立面图如图4所示。根据地质资料揭示,坝址断面河床含漂砂卵砾石层厚度22m,初拟将防渗帷幕伸入至新鲜粉砂泥岩层。即防渗帷幕深度为23.5m、含两坝肩的坝轴线方向长83.5m。3.2.1、 截取地下水水量计算截留的渗流流量(Q)采用式(1)计算,取h=23.5m、b=83.5m,其他变量含义和取值同前。经分析计算,坝址断面截取地下渗流水量为3125.16m3/d( 　　11、占4月地表径流量的1/10)。3.2.2、 截取地表水计算计算同上,4月日平均径流量32832m3/d。收集地表径流及地下渗流总量为35957m3/d,工程初蓄水天数为2.47d(库容8.9万m3)。4、 集水坝方案比较集水坝方案对比分析见表1。图4 拦河坝立面图表1 水源地集水方案对比综合比较:工程蓄水运行期为410月,该时段水源处河道地表水较为稳定,2种坝型均可满足工程蓄水需要;非完整式喇叭型截潜流集水坝施工难易程度、工程投资、集水可靠性等各方面更优;由表1可知,拦河坝集取地下渗流量大于非完整式喇叭型截潜流集水坝,但其截取的地下渗流量也仅为其截取的地表水量的1/10,意义不大,集水进水口位 　　12、置距离不透水层的垂直距离近20m,无法完全保证截渗墙底部渗流水全部利用;对于本工程运行期来说,地表水尚比较稳定,且河道常年不断流,收集地表水即可满足本工程运行要求;拦河坝方案还可能造成如下危害:地下水水位大幅急速下降以至形成地下水降落漏斗,破坏地下水循环系统,导致地下水生态环境变异,微生物演替加速,岩石圈与生物圈、大气圈的联系被切断,河流、湖泊水量减少,形成干涸等灾害。因此,本水源坝工程采用非完整式喇叭型截潜流集水坝方案。5 、结论非完整式喇叭型截潜流集水坝,不切断河流地下水,其坝体主要结构置于河床面以下,形似喇叭或漏斗,减少了水量蒸发和下渗损失,具有更高的集水效率。汛期时,河水直接从坝顶过流 　　13、,集水坝不产生壅水,不影响河道行洪。在河道治理实践中,对于尚有少量地表水的河道,采用喇叭型截潜流集水坝是一种有益的尝试。非完整式喇叭型截潜流集水坝表面滤层易被泥沙淤塞而影响水量的收集,设计中应充分考虑河道泥沙含量和悬移比;同时设计中应考虑对反滤层的保护,避免造成冲刷;集水廊道外应设沉砂池且方便清理,确保廊道功能和减少泥沙进入输沙管道。参考文献1 SL2652016.水闸设计规范S.2 林继镛,王光纶.水工建筑物(第5版)M.北京:中国水利水电出版社,2009.3 郭维东,裴国霞,韩会玲.水力学(第1版)M.北京:中国水利水电出版社,2005.4 赵振兴,何建京.水力学(第1版)M.北京:清华大 　　14、学出版社,2005.5 王育男.截潜流坝工程在清原县农田灌溉中的应用J.水利规划与设计,2013(7):67- 69.6 刘戈力.地下水与水环境J.水利规划与设计,2003(1):27- 31.7 谢建蕴.城镇化过程中水资源矛盾解决方法探索J.水利规划与设计,2015(4):33- 34.8 孙培新.干旱地区生态修复模式探讨J.水利技术监督,2012(6):48- 50.9 赵子平,许晓红.干旱对生态环境的影响及对策J.水利技术监督,2009(3):30- 32,37.10 孙勤德,扎布,李鹏飞.阿拉善盟的截潜流工程J.内蒙古水利,2007(4):177- 178.11 陈维杰,姚宜洛.地下蓄水工程:截潜流J.河南水利与　　22 ConstructionTechnologyofChina February 2010 　　截潜流工程结构与渗渠水量计算 　　陈国华 　　(阜新市新邱区长营子镇农业综合服务中心 辽宁 阜新 123005) 　　【摘 要】潜流工程是综合开发河道地表和地下径流的一种地下集水工程，制作截渗墙和布置集水渗渠， 　　是潜流工程设计中的重要内容。土工膜料选择、厚度确定、结构设计、膜料连接及渗渠布置形式等关系到取水 　　量的大小。 　　【关键词】截潜流；土工膜料；渗渠布置 　　PiecestructureandtheShendikewaterquantityoftheundercurrentengineeringcalculation 　　Chen Guo—．hua 　　(changyinzitownxinqiuareafuxincitya culturecomprehensiveservicecenter Fuxin Liaoning 123005) 　　【Abstract]Theundercurrentengineeringiscomprehensivedevelopmentcourseofriverearth~surfaceandus- 　　dergroundthepaht flow ofakindofundergroundgatherwaterengineering，creationpieceShenwallwitharrangeto 　　gatherawaterShendike，isanundercurrentengineeringdesignmedium ofimportanceconten~．Thesoilworkfilm 　　anticipateachoice，thicknessassurance，structuredesign，thefilmanticipateconjunctionandhteShendikearrnage 　　form etc．relationarrivesizethattakewater~quantity． 　　【Keywords]Pieceundercurrent；Thesoliworkfilmanticipate；Shendikedecoration 　　潜流工程是综合开发河道地表和地下径流的一种 垫层保护的组合防渗体，它由垫层——防渗层——垫 　　地下集水工程，采用新型防渗技术土工膜料制作截渗 层——保护层——反滤过渡层共同组成防护体系。一 　　墙和科学布置集水渗渠，是潜流工程设计中的重要 内 定要作为整体性防渗处理，土工膜要与不透水层岸坡 　　容。土工膜料选择、厚度确定、结构设计、膜料连接及 严密结合。垫层5～10cm，最大粒径不超过5mm，保护 　　渗渠布置形式等关系到取水量的大小。 层土质：粘壤土或砂壤土，干容重 15KN／m，含水量约 　　1．土工膜料 为20％，厚度0．2—0．3m左右。 　　1．1 土工膜料选择 根据土工膜具体参数指标和 1．4 薄膜连接。土工膜的连接是施工的关键工 　　工程实际情况，结合防渗工程的工作条件、施工条件， 序，现场连接防渗的方法主要有粘接法、热焊接法。塑 　　考虑各种膜料性能、单价、产品质量等因素，比较后确 料PVC复合膜一般有粘接法，PE复合膜一般用恒温 　　定。主要有：聚乙稀薄膜、聚氯乙稀薄膜、PVC复合膜 电熨斗加热处理，接缝宽度 10cm。 　　等。 1．5 土工膜铺设。土工膜一般不易张拉太紧，预 　　1．2 土工膜厚度的确定 土工膜厚度与垫层平整 留5％的伸缩长度成波纹状折皱，以适应基本变形。 　　度、材料允许拉应力及弹性模量等有关。公式较多，垫 两层膜间不得夹带泥土、杂物，不得有充气现象。从土 　　层土体粒径 d<22ram时，一般采用前苏联水利科学院 工膜铺设到上垫层及保护层回填，应避免石块、重物、 　　公式 ： 尖锐物直接砸击和接触土工膜，以免薄膜刺穿破坏。 　　tT 1l03 2．渗渠布置 　　8：0．006E 而　　摘要：潜流工程是综合开发河道地表和地下径流的一种地下集水工程，制作截渗墙和布置集水渗渠，是潜流工程设计中的重要内容。土工膜料选择、厚度确定、结构设计、膜料连接及渗渠布置形式等关系到取水量的大小。 　　关键词：截潜流；土工膜料；渗渠布置 　　潜流工程是综合开发河道地表和地下径流的一种地下集水工程，采用新型防渗技术土工膜料制作截渗墙和科学布置集水渗渠，是潜流工程设计中的重要内容。土工膜料选择、厚度确定、结构设计、膜料连接及渗渠布置形式等关系到取水量的大小。 　　1.土工膜料 　　1.1土工膜料选择根据土工膜具体参数指标和工程实际情况，结合防渗工程的工作条件、施工条件，考虑各种膜料性能、单价、产品质量等因素，比较后确定。主要有：聚乙稀薄膜、聚氯乙稀薄膜、PVC复合膜等。 　　1.2土工膜厚度的确定土工膜厚度与垫层平整度、材料允许拉应力及弹性模量等有关。公式较多，垫层土体粒径d<22mm时，一般采用前苏联水利科学院公式：δ=0.006E1/2Hd1.03［σ］3/2式中：δ——土工膜厚度(mm)；H——铺设薄膜范围内的最大水头(m)；d——垫层土壤最大粒径(mm)；［σ］——膜的允许拉应力(KPa)；E——膜的弹性模量(KPa)。 　　1.3结构设计。土工膜防渗量以薄膜防渗、上下垫层保护的组合防渗体，它由垫层——防渗层——垫层——保护层——反滤过渡层共同组成防护体系。一定要作为整体性防渗处理，土工膜要与不透水层岸坡严密结合。垫层5~10cm，最大粒径不超过5mm，保护层土质：粘壤土或砂壤土，干容重15KN/m3，含水量约为20%，厚度0.2~0.3m左右。 　　1.4薄膜连接。土工膜的连接是施工的关键工序，现场连接防渗的方法主要有粘接法、热焊接法。塑料PVC复合膜一般有粘接法，PE复合膜一般用恒温电熨斗加热处理，接缝宽度10cm。 　　1.5土工膜铺设。土工膜一般不易张拉太紧，预留5%的伸缩长度成波纹状折皱，以适应基本变形。两层膜间不得夹带泥土、杂物，不得有充气现象。从土工膜铺设到上垫层及保护层回填，应避免石块、重物、尖锐物直接砸击和接触土工膜，以免薄膜刺穿破坏。 　　2.渗渠布置 　　2.1渗渠作用。渗渠主要用以截取河流渗透水和潜流水其出水量多具有季节性变化的特点，一般枯水期出水量小，富水期出水量大。在计算渗渠的出水量时，应考虑枯水期内的最低流速大于不淤流速，当截取河流渗漏水时，渗渠有一定的净化作用，其净化效果与河水浊度及人工滤层结构有关，一般可除去悬浮物70%以上，除去细菌70~95%，除去大肠菌70%以上。 　　2.2适用条件。含水层厚度大于2m，最大4-6m，透水性较好，一般渗透系数大于10~20m/d，地下水位埋深不大且变化幅度较小，枯水期地下水位埋深不低于5m，在严寒地区间歇河谷中含水层较薄的地带，靠近岸边的渗渠应布置在河岸稳定、河水较清、水流较急且有一定冲刷力的直线段或凹岸。 　　2.3工程实例 　　2.3.1总体布置。截潜流工程布置在细河干流上游101国道杨家荒大桥下575m处,采用非完整式集水管型式，采用土工膜做为截渗墙材料，铺设完整式截渗墙260m。土工膜伸入基岩下0.5m，上部距离河床面0.5m。在截渗墙上游设集水管，集水管垂直于主河道方向布置，集水管长度为120m，集水管两端设集水井。每40m设一个检查井。集水管除底面外均设三层反滤层，集水管坡度2‰。 　　2.3.2截渗墙。截渗墙采用完整式土工膜截渗墙，防渗土工膜按1:1坡度铺设，土工膜上垫层用20cm厚细砂、下垫层用10cm厚细砂做保护层，土工膜垂直下基岩0.5m后，再水平铺设0.5m；为加强锚固和防止底边渗漏，在土工膜上、下水平伸入的0.5m，土工膜上下垫层采用0.25m厚的粘土做隔渗和压实保护。 　　2.3.3集水管 　　2.3.3.1进水孔及集水管。根据下面公式进行计算：F=Q/v式中：F——进水孔的总面积；Q——设计出水量，Q=0.009m3/s；v——进水孔允许流速，一般采用0.01m/s。经计算得F=0.9m2,如按铺设120m长的集水管，每节集水管长2.4m，进水孔内径d=25mm计算，在每节集水管上需有37个孔。选用内径??600，壁厚50mm的混凝土管，每节管长2.4m。进水孔沿上部2/3圆周布置，孔眼为内大外小的楔形，呈梅花状布置，孔眼净距为孔眼直径的10倍。 　　2.3.3.2集水管水量。根据无压含水层非完整式渗渠水量计算公式：Q=KL(H2-h02)/R?〔(t+0.5r0)/h0〕?4〔(2h0-t)/h0〕充满度为0.4进行分析计算。式中：Q——集水管出水量，m3/d；K——渗透系数，87m/d；L——集水管长度，120m；H——含水层厚度，5.0m（集水管进口）；h0——集水管内水位距含水层底板高度，3.2m（集水管进口）；R——影响半径，33m；t——集水管水深，0.24m；r0——集水管半径，0.3m。经计算得Q=1725.7m3/d??需水量548.5m3/d。

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