浅谈渗渠取水的设计与应用

浅谈渗渠取水的设计与应用
摘要：渗渠取水是利用埋设在地下含水层中带孔眼的水平渗水管道或渠道，借助水的渗流和重力流，来截流和集取地下水和河床潜流水的一种取水方式。

由于这种取水方式能够做到排滤同步、清混分开；运行时水头小，使用方便、造价低廉，故越来越多地在取水工程中得到应用，成为城市和工业建设的一项重要工程。

关键词：渗渠取水渗透系数影响半径含水层
取水工程中，一般分地表水取水和地下水取水，对于地表水丰富的南方地区，江河水量充沛，常年均有较大径流量，一般直接取江河地表水；而西北地区受地理气候等因素影响，一些河流和山前区河流, 其径流变化较大, 很不稳定,特别是在枯水期往往出现断流, 河床稳定性差, 冬季冰情严重, 因而地表取水设施无法满足全年的均衡供水之要求，故采用地下水取水方式较多。

而山溪性河床覆有顺粒较粗, 厚度不大的冲积层，蕴藏有河床地下水。

对于此类地下水的开采利用, 采用渗渠取水的方式是很适宜的。

渗渠取水是利用埋设在地下含水层中带孔眼的水平渗水管道或渠道，借助水的渗流和重力流，来截流和集取地下水和河床潜流水的一种取水方式。

由于这种取水方式能够做到排滤同步、清混分开；运行时水头小，使用方便、造价低廉，故越来越多地在取水工程中得到应用，成为城市和工业建设的一项重要工程。

实践证明，大多数渗渠是成功的，但也有效果不好的，甚至废弃的。

究其原因涉及到勘察、设计、施工和管理上一些列的技术问题。

本文主要从渗渠的应用条件、设计及施工维护等几个方面，做一个简单的技术探讨，供同行参考。

一、渗渠的应用条件
渗渠取水, 最适用于埋设在中小型河谷地区的厚度为3～5m 左右的薄含水层中。

但实践证明, 在薄含水层这种特定水文地质条件下的中小型河谷地貌区, 即使含水层有一定的分布宽度, 就其补给来源而言, 地下水天然补给量往往较小, 很难满足渗渠的设计取水量。

从而决定了在河谷地貌区内的薄含水层条件下, 渗渠主要是靠通过自身运行而产生的一种诱渗方式，从河流水体底部的含水层中截取诱使河水下渗迅速转化而形成的地下水, 即河床渗透水, 以弥补地下水天然补给量的不足。

可见, 渗渠取水量适宜的条件是河流经常保持有一定的径流量。

毋庸置疑, 在枯水期若河流断流且断流时间较长的情况下, 采用渗渠取水就不够合适了。

这是因为在河流断流情况下, 渗渠运行必呈现出水位降深较快增大, 而出水量却很快减小为特征的显著型非稳定动态。

从而说明河流径流量的保证程度, 是决定渗渠取水成败的关键。

然而在河流断流较长情况下, 采用非完整大口井群取水并适当扩大取水范围, 不仅可取得比渗渠更多的水量, 运行出水量的动态变幅亦相对较小, 工程造价也会有所降低。

所以从地下水资源靠河流径流量为主要的可靠补给来源这个意义上说, 可以把河流经常保持有一定的径流量作为采用渗渠取水的先决条件来考虑。

这一点在设计中应视为前提, 亟应强调。

否则, 渗渠效果将不佳。

二、渗渠的位置选择与布置形式
1．渗渠的位置选择
渗渠位置的选择是渗渠设计中的重要环节, 同时也是一个较复杂的问题, 它不仅要考虑水文地质条件, 而且还要考虑河床水文条件, 其一般遵循的原则如下:
①渗渠应选择在河床含水层较厚, 颗粒较粗的河段, 并应避开不透水的夹层, 如淤泥等。

②渗渠应选择在河流水力条件良好的河段, 避免设在塞水的河段和弯曲河段的凸岸。

因此两种情况的河段容易出现泥砂沉积现象, 影响河床的渗透能力, 但也要避开冲刷强烈的河段, 否则可能增加护岸的工程费用。

③渗渠应设在河床稳定的河岸, 若河床变迁, 将影响渗渠的补给, 导致出水量降低。

2．渗渠的布置形式
渗渠的平面布置形式，应根据水文、水文地质、补给来源以及河水水质等条件而定，一般分为平行于河流、垂直于河流、平行与垂直于河流组合等三种形式。

①平行于河流（或略成一斜角）
当河床潜流水和岸边地下水较充沛, 且河床稳定,含水层较厚，可采用平行于河流沿河漫滩布置的渗渠, 集取河床潜流水和岸边地下水。

采用此方法布置的渗渠在枯水期可获得地下水的补给, 故有可能使渗渠的全年供水量均衡, 而且施工和运行当中的检修均方便。

(见图1)
②垂直于河流
当河岸地下水补给较差, 河流枯水期流量很小甚至断流, 河流主流摆动不定, 河床冲积层较薄, 可采用此种布置方式, 以求最大限度地截取地下水。

此种布置方式施工、检修均较困难, 且出水量受河流水位变化影响较大, 同时易于淤塞。

(见图2)
③平行与垂直组合布置
平行与垂直组合型（图3），当含水层较厚，地下水和河床潜流水都很丰富而且河水水质又较清的条件下，可以将渗渠一条平行于河流埋设在河滩下；而另一条垂直于河流埋设在河床下，以兼取地下水、河床潜流水和河流渗透水。

这样，当丰水期河水流量大的时候，垂直埋没在河床下的那条渗渠，产水量就大为增加，发挥了较大的效果；而平行于河流埋设的那条渗渠，产水量虽然相对地少了，但水质良好。

当枯水期河水流量小的时候，这两条渗渠产水量大致相近。

这种布置形式，采用比较广泛，效果一般良好。

(见图3)
三、渗渠计算公式选择
渗渠的出水量影响因素较多, 它不仅与水文地质条件, 渗渠铺设方式有关, 对于渗取地表水的渗渠尚与地表水体的水文条件, 水质状况有密切的关系。

所以, 在公式选用时, 必须了解公式的适用条件和水源的自然状况。

否则计算结果与实际情况将会出现很大的差异。

下面是常用的几种渗渠出水量计算公式：
1．铺设在无压含水层中的渗渠
铺设在无压含水层中的渗渠主要集取地下水，其计算公式为：
①完整式渗渠
式中:
Q —渗渠出水量（m3/d）
K —渗透系数（m/d）
R —影响半径（m）
L —渗渠长度（m ）
H —含水层厚度（m）
h —渗渠内水位距含水层底板之高度（m）
(2 )非完整式渗渠
式中:
S —水位降落（m）
H1 —渗渠底至静水位的距离（m）
h —动水位至渗渠底的距离（m）
qr —根据α及β值查表图（见《给水排水设计手册》第3册第152页）其余符号同前
2．平行于河流铺设在河滩下的渗渠
平行于河流铺设在河滩下的渗渠同时集取地下水和河床潜流水，其计算公式：
式中:
l —渗渠中心至河水边线的距离（m）
Q1 —从分水岭来的地下水流量（m3/d）
d —渗渠直径或宽度（m）
qr —根据α及β值查表图（见《给水排水设计手册》第3册第152页）其余符号同前
3．铺设在河床下的渗渠
铺设在河床下的渗渠主要集取河床渗透水，其计算公式为：
对于非完整式渗渠，上式A为：
对于完整式渗渠，上式A为：
式中:
α —淤塞系数，根据水的浑浊情况取值，0.8～0.3
Hy —河流水面至渗渠顶深度（m）
H0 —吸水井内水位对渗渠出口所施水压（m）
T —含水层厚度（m ）
d —渗渠直径或宽度（m）
h —河床至渗渠底的深度（m）
其余符号同前
四、渗渠施工及维护
渗渠施工宜在枯水期进行，一般工序为：开挖沟槽、渗水管铺设、反滤层敷设、渗渠回填和渗渠清洗。

其中，开挖沟槽、渗水管敷设和渗渠清洗按常规施工方法即可，本文着重讨论渗渠的反滤层铺设和渗渠回填这两块，这两点也是影响渗渠出水量的关键因数之一。

1．反滤层铺设
铺设反滤层之前，需按设计要求将筛分好的滤料按粗细规格、所需数量堆放在施工地段上，然后将各层不同规格滤料、敷设宽度和厚度等在沟槽内钉上标志桩，便于铺设各种坡度的反滤层。

如反滤层上下要求两种坡度，则应以罐子水平中心线为界，下层滤料向上坡，上层滤料向下坡。

中心线以上滤料铺设，同样要在已经铺好的下层滤料表面设标志桩，从内层向外层按次序分层铺设。

滤料须均匀、洁净、不符合要求的泥沙含量不能超过总重的5%，反滤层应包满渗水管，加强排水措施，防止泡槽。

2．渗渠回填
渗渠回填之前，须清除沟槽内的残留杂物。

在反滤层以上0.5～1.0m厚的下层回填土未填平之前，不能停止沟内排水。

下层回填土应采用人工回填，沿管子两边对称进行，待上层回填土用推土机前部填平后，位于河床下的渗渠上部应铺砌0.3～0.5m的块石，以防止冲刷。

渗渠施工完毕后，不同于普通的地下工程，为保证渗渠的出水量，后期仍需要一定的维护。

渗渠的维护主要有稳定渗渠所在地的河床、改善河段的水力状况
以及定期清掏检查井中的泥沙。

河流在人为或自然条件下，有可能会发生河床变迁，主流偏离渗渠，这就需要后期人为调整，尽可能维持原河流主流方向。

另外，随时间推移或河道上游取水工程增多，后期河道水位降低，径流量有可能减少，这种情况下，可以在渗渠段河道下游修建拦水堤坝，人为提高水位。

四、结论
总之，渗渠取水是否成功，出水量正常与否和使用年限长短，主要与位置选择、埋设深度、人工滤层颗粒级配和施工质量有关。

因此，在设计渗渠时应详细调查设置地点河床的淹没、冲刷、淤积情况和含水层渗透性、颗粒组成，必要时应通过钻探或挖深井取得有关资料。

施工时应严格按设计的人工滤层级配分层铺设，回填渗渠管沟时应用原来施工渗渠时挖出的原土。

对于用土围堰施工的渗渠，完工后应将土围堰拆除干净，以免改变河床水流方向。

参考文献
1.南忠，王佐．浅谈供水工程渗渠的设计问题．大同高专学报，1998.
2.邓方霞．渗渠取水的建议与计算．甘肃水利水电技术.2002.
3.邢义．渗渠取水应用研究．工程技术.2002.
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