渗渠取水方案的选择

渗渠取水方案的选择

引水建筑物的形状应适应该区域的水文条件，并将有害的水文条件转换为有利的。大量实践都证明,地下水的开采量与取水构筑物形式的选择是密切相关的,正确选用取水构筑物的类型,对提高开采量影响很大。渗渠是一种水平集水构筑物,这种取水方式在中、小型山间河谷或其他薄含水层地区有一定的取水效果。供水勘察常常以中、小型山间河谷为对象进行工作。因此,渗渠取水作为一种特定的取水形式提了出来并已自成体系。但是,多种渗渠的取水效果并不十分理想(达不到原设计能力)。这表明理论计算与实际效果存在着差距。这种差距在渗渠使用初期并不明显,通常是随着使用年限的增长逐渐暴露出来。是什么因素影响的呢?原因是多方面的,其中取水地段的选择;渗渠形式及其埋设方法的采用;水文地质参数的选取;计算公式的采用;单位取水量的确定以及渗渠施工、使用、维护和管理等等都直接关系到渗渠的取水效果和使用寿命。因此,勘察部门在建议渗渠取水方案时,应当考虑到取水量提出的可靠程度,并应尽量排除可能影响取水效果的各种不利因素,以使提出的取水方案更接近于实际情况。现就这类问题提出几点看法。1渗渠的平面布局按补给来源可分为:集取河床覆盖层地下径流和集取两岸向河流补给的地下水两种。前者埋设在河床主流线以下取河床覆盖层潜水,后者埋设在岸边或者其他靠近地表水体的地带取地下水或同时兼取岸边渗透水。根据渗渠埋设部位的不同,又可分为完整式和非完整式两种。完整式是直接埋设在基岩面以上的渗渠,多在含水层较薄或地下水位变幅较大的地区采用。非完整式是指埋设位置未达到基岩的渗渠,适用于较厚含水层而且地下水位变幅较小的地区。建议何种形式,需根据水文地质条件而定。在同等条件下,完整式渗渠要比非完整式取水量为大,但在不影响正常取水的前提下,不应忽视经济效果单纯追求完整式而增大渗渠的埋深。目前大多数渗渠的埋深不超过6m,一般都在3～4m之间。渗渠的平面布局是否得当,对取水的效果关系甚大。经验表明,任何形式的渗渠如能垂直于地下水流向埋设则都将获得充分的补给。渗渠的平面布局通常分为三种:平行河流类型、垂直河流类型以及平行和垂直河流组合类型。(1)施工、维修、水保当取岸边渗透水或地下水时,一般都将渗渠垂直地下水流向布局。其优点是:施工容易,淤塞较轻,维修简便,水量稳定。目前,采取这种布局较多,取水效果也较理想。如果含水层较薄,河水含泥沙量不大,可将渗渠的轴线尽量靠近水边线,以获得地表水的充足补给。(2)垂直河流方向变化的地表当岸边地下水补给河水的量小,而河床覆盖层潜流量又大的情况下,一般都将渗渠呈垂直河流方向埋设。这种布局的优点是开采量大,缺点是施工困难,容易淤塞。为了保证取水可靠,通常采取多级截流的方式布局。(3)在执法的同时,要坚持组合布局,保证取水效果当岸边补向河流的地下水、河床覆盖层潜流比较丰富时,可将(两条以上)渗渠分别埋设在河床以下及岸边的含水层中,同时开采河床、岸边渗透水和地下潜流水。其主要优点是:既能保证枯水期取水正常,又能对丰水期的水质起到调节作用。渗渠的布局大体分为以上三种,在确定布局时往往不单从一种形式考虑,多采取组合布局方案。因此勘察工作应尽量考虑全面,为渗渠设计提出多方面的资料,便于设计者参考和方案比选。尽管渗渠的类型不同,但在取水效果上却有其类似的特点,即取水量的变化是随季节不同而存在差异的,在一般情况下,枯水期的取水量相当于丰水期取水量的50%～60%,这是正常的,多数渗渠在设计中考虑到了这种情况,并以枯水期的计算资料作为开采依据。因此,即使是枯水期亦能满足需水的要求。另外,渗渠取水具有一定的净化作用,所以渗渠取水工程多数不设净化设施。2有关公式进行的说明渗渠的计算方法很多,并且多用国外的有关公式进行。由于掌握的材料不多,不可能对所有公式一一作出评价,只能就几个有代表性的公式谈些看法。(1)含水层厚度m-渗渠高度1.当渗渠为一面进水时(图1),其公式如下:(1)l>50m时,②l<50m时,(如果渗渠为两面进水时,上式等号后面乘以2)式中:Q——渗渠总取水量(m3/d);K——渗透系数(m/d);H——含水层厚度(m);l——渗渠总长度(m);R——渗渠影响半径(m);h——渗渠内水深,即动水位以下水柱高度(m),通常采用0.15H～0.30H。该式比较常用,适用于集取地下水为主的渗渠。据生产考核,其取水量同实际开采量的误差在±5%～15%。影响计算结果的因素为影响半径R,而R与含水层的渗透系数有关,计算值不易提出精确的R值。因此,作者建议将上式改写为:式中:J平均——地下水平均水力梯度。初步估算时,根据含水层构成J平均取值如下:①粗砂土:0.003～0.006②砂土:0.006～0.020③亚砂土:0.02～0.05④粉砂土:0.05～0.10⑤黏土:0.10～0.15(2)渗渠离河口水边线距离的符号式中:Q1——从分水岭补来的地下水量(m3/d);l1——渗渠离河床水边线距离(m);I——地下水的水力梯度;d——渗渠宽度或直径(m)。其他符号意义同前。该式适用于一边集取河床渗透水,另一边集取岸边地下水的渗渠(图2)(3)结果的计算要求及注意事项完整型:非完整型:A=0.73lgcot式中:α——淤塞系数;H——渗渠顶部距水体表面的距离(m);H0——渗渠出口顶部距集水井内水位的距离(m);T——含水层厚度(m);h——渗渠在河床以下的埋深(m)。其他符号意义同前。这是一种埋设在地表水体以下的渗渠计算式,目前已被广泛采用。但其计算结果往往比实际出水量偏大几倍甚至十几倍,这主要是在计算时对河床淤塞因素估计不足所致。一般认为该式用于混浊较低的河段作取水量计算,仍可得到较精确的结果(图3)无论采用何式计算,都必须在掌握和研究了水文及水文地质资料的基础上进行,并应注意到以下几个问题:①必须掌握流量和水位的年变化规律,计算时要以枯水期的数据作为依据。集取地下水的渗渠最大取水量一般不应大于地下水动储量,集取河床渗透水的渗渠最大取水量按河水枯水流量的40%～50%考虑较为合适。②渗渠总长度的确定,要使渗渠单位取水量乘以设计长度的乘积大于要求开采量。并应注意到含水层的不连续性和不均一性,绝对避免穿越非含水层。③渗渠的埋深应根据具体条件而定。当含水层厚度小于4m而地下水水位变幅较大时,可建议完整式渗渠;含水层大于4m而地下水水位变幅较小时,可建议修建非完整式渗渠;当河流水深经常保持1～2m时,渗渠埋设在河床以下2m左右取水效果最佳,在同等条件下如渗渠埋深超过4m,不仅施工困难而且取水效果亦差。④淤塞系数采用多少,取决于河床淤塞程度。国外经验是:不混浊的河流、湖泊采用0.8;中等浊度的采用0.6;混浊度很大的采用0.3;当渗渠是以集取河床渗透水为主而河水混浊度又比较大时,其淤塞系数应选0.3～0.5之间;在同样条件下如果河水混浊度较低,则淤塞系数可提高到0.6～0.7。总之,在计算时对淤塞系数的采用应慎重。然而淤塞系数与河水流量、流速等因素有关。这些因素又是随自然条件的变化而不断改变着,所以很难给出一个科学的数据。鉴于上述原因,最好的办法是以相似条件的已建渗渠为样板,经过系统研究,从中得到比较理想的淤塞系数值,以提高计算的安全性和可靠性。3影响渗渠取水效果的因素据了解,目前多数渗渠的取水效果是好的,也有少数渗渠的工作状态不够理想,原因是多方面的,应该根据不同情况作具体的分析,影响渗渠取水效果的主要原因有以下三个方面:(1)造成了河口淤塞的物质来源河床淤塞对渗渠取水影响甚大。如抚顺的滴台、永安以及本溪的工原、采屯等渗渠,设计取水量为75～100m3/(d·m)。工作一段时间后,只能达到20～30m3/(d·m)。主要是河床淤塞加重而引起的,引起河床淤塞,主要是河道纳入了大量工业废水或城市排进的污水,使河水混浊度增高,尤其是电厂的排灰;煤矿的煤粉;石油、化工工业的浮油物;造纸业的废水以及河水携带的泥沙等等,都是造成河床淤塞的物质来源。而河水流量较小,流速缓慢则在客观上又为河床淤塞提供了条件。假如不是同时具有这两个条件,河床的淤塞将会减轻。以浑河上游的红透山和下游抚顺市的一些渗渠为例,前者取水量始终保持在150～160m3/(d·m)(相当于设计水量),而后者仅能维持原设计能力的1/4左右,造成这种差别的主要原因是红透山附近比抚顺地区河水流速急,混浊度低,河床淤塞程度轻。河床淤塞不仅影响取水效果,而且直接关系到渗渠的使用寿命,所以对淤塞问题应该在勘察期给予足够的重视。取水地段最好选在靠近主流线附近,因为此处流速大,混浊度低,河床淤塞程度较其他部位为轻,甚至不发生淤塞。(2)地下水渗渠及取水条件确定地表水是渗渠的主要补给来源,河流改道或流量减少,对渗渠取水影响极大。柴河有一处渗渠,取水效果一直较好,后因河道外移40m,致使取水量减少1/3,后经人工疏通将部分河水引回原位,取水量才得以恢复。三十里堡有两条渗渠,后因上游兴建水库截断了补给来源,使一条200m长的渗渠水量减少,另一条558m长的渗渠失去作用。避开河流改道的影响,主要是注意河流特征,选择比较稳定的直线河床或对取水有利的凹岸为取水地点。致于人为的河床改道或流量减少等问题,通常与上游水利规划有关