取水工程-渗渠

渗渠平面布置，应根据水文、水文地质、补给来源以及河水水质等条件而定，一般可分为：平行于河流、垂直于河流和平行与垂直于河流组合等三种形式。无论哪种形式，都适用于集取地表水为主的渗渠和集取地下水为主的渗渠。一般大、中型渗渠取水工程，由于取水量较大，集水管较长，采用平行于河流或平行与垂直于河流组合的两种形式比较多，而采用垂直于河流的形式较少；至于小型渗渠取水工程，由于取水量较小，集水管较短，占地不多，多采用垂直于河流的形式，可以较多地截取地下水和河床潜流水。哪种形式经济合理，应通过经济技术比较，因地制宜地选用。
7.5.1.2渗渠的建造
1．渗渠的构造渗渠通常由水平集水管、集水井、检查井和泵站所组成。
1）集水管集水管一般为穿孔钢筋混凝上管；水量较小时，可用穿孔混凝上管、陶土管、铸铁管；也可用带缝隙的干砌块石或装配式钢筋混凝土暗渠。
带孔眼的钢筋混凝土管，一般就地人工浇筑制作，每节长度最好1m。每米长孔眼总面积为管壁总面积的5～10%，如果管道结构允许，最好采用孔隙率8～15%。管壁进水孔形式分圆形和长条形两种。圆形孔的孔径，一般采用20～30mm，布置成梅花状，孔眼内大外小，以防堵塞。孔眼净距为2～2．5d（d为孔眼直径）。长条形孔眼尺寸，一般宽为20mm，长为60mm，也有的长为100mm，条缝净间距为：纵向50～100mm，环向20～50mm。进水孔眼一般布置范围在1/3～1/2管径以上（从管底上算起）的管周壁上，下部一般不设孔眼，以防下部泥砂流入管内，造成管内淤积，影响集水管的集水效果。常用管径为400mm、500mm、600mm、800mm和1000mm等五种。埋设深度为2.0m、3.0m、4.0m、5.0m和6.0m等五种。
2）人工反滤层为了防止含水层中细小颗粒泥砂进入集水管中，造成管内淤积，必须在集水管和含水层中间铺设人工反滤层。人工反滤层设计、铺设的好坏，也是渗渠出水效果好坏的重要条件之一。因而滤层厚度和滤料颗粒级配是否合理，直接影响渗渠产水量、出水水质和使用年限。人工反滤层设计要根据渗渠取水形式不同而异，即分为集取地下水为主和集取地表水为主的渗渠人工反滤层两种。
式中t——渗渠水深，m；
r0——渗渠半径，m。
其余符号同上。
上式适用于渠底和底板距离不大时。
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同时集取岸边地下水和河床潜流水的完整式渗渠出水量计算公式（图7－33）：
（7－56）
式中H1——河水位距底板的高度，m；
H2——岸边地下水位距底板的高度，m；
1．铺设在无压含水层中的渗渠完整式渗渠（图7－31）出水量计算公式：
（7－54）
式中Q——渗渠出水量，m3/d；
K——渗透系数，m/d；
R——影响半径（影响带宽），m；
L——渗渠长度，m；
H——含水层厚度，m；
h0——渗渠内水位距含水层底板高度，m。
非完整式渗渠（wenku.baidu.com7－32）出水量计算公式：
（7－55）
HY——河水位至渗渠顶的距离，m；
H0——渗渠的剩余水头，m；
当渗渠内为自由水面时，H0=0；一般采用H0=0.5～1.0m；
T——含水层厚度，m；
h——床面至渠底高度，m；
d——渗渠直径或宽度，m。
其余符号同前。
（2）集水井的施工渠集水井的结构和施工与辐射井的集水井极相似。
（3）检查井的施工渗渠检查井的结构和施工基本上与排水管道工程中检查井的结构和施工方法相同。
（4）渗渠清洗渗渠施工的各项工序完成后，应象管井洗井一样，及时清除渗渠集水管内及反滤层中的淤泥和细砂。具体做法是在集水井内安装临时抽水泵，待集水井中水位上升至一定高度时（可淹没渗渠反滤层0.5～1.0m），用水泵从井内抽水，使井内水位下降至渗渠集水管管底，然后停泵，待水位再次上升至原来高度时，再抽水，如此复始，直到抽出的水由浑浊变为清澈为止。一般要连续抽水3～5天，方可清扫干净。此外，当渗渠工程规模较大时，从集水井内抽水水量大，抽水设备不易解决时，也可在检查井中安设水泵，分段清扫渗渠。
反滤层的层数、厚度和滤料粒径计算，和大口井井底反滤层相同。集取地下水为主渗渠的人工反滤层如果缺乏颗粒直径分析资料，而含水层又为砂卵石时，可按下列规格选用：第一层粒径为5～10mm，厚度为300mm；第二层粒径为10～30mm，厚度200～300mm；第三层粒径为30～70mm，厚度为200mm；总厚度为700～800mm。
2．渗渠的施工
（1）集水管（渠）的施工
1）开槽施工法当潜水埋藏浅、含水层厚度不大时，埋设集水管可以实行明沟开挖施工方法，在开挖的基槽中敷设集水管和铺设人工反滤层。开挖断面要考虑管道的尺寸、含水层的岩性和便于施工安装。集水管（渠）最好坐落在隔水粘性土层或基岩上。如集水管必须坐落在松散地层上，基础必须穷实，管径较大时，需做混凝土基础；如以基岩为基础时，必须铺设20～30cm厚的粗砂；当砌筑集水渠时，必须作混凝土基础。管沟的边坡依含水层岩性而定，如含水层为河流松散堆积物时，一定要考虑边坡的稳定性，必要时要进行防护支撑和加固，以防坑壁坍塌。
L0——渗渠中心至河流水边线的水平距
离，m。
其余符号与前同。
3．铺设在河床下的渗渠铺设在河床下集
取河床潜流水的渗渠出水量计算公式为：
（7－57）
对于非完整式渗渠（图7－34），A值可由下式求得：
（7－58）
对于完整式渗渠（图7－35），A值为：
（7－59）
式中α——淤塞系数，河水浊度低时，采用0.8；中等浑浊取0.6；浊度很高时，采用0.3，也可根据经验选取；
7.5.2渗渠的出水量计算
渗渠产水量计算，应根据水文地质参数、开采储量评价、选用渗渠类型以及布置形式等资料和条件进行计算。因为所选用的渗渠类型和布置形式不同，所采用的水文地质计算公式也有不同。比如，选用集取地下水为主的渗渠，所用的水文地质计算公式，就不同于集取河水为主的渗渠所用的计算公式，选用完整式渗渠所用的水文地质计算公式，也不同于非完整式的水文计算公式。由于渗渠的埋设条件比较多，水文地质计算公式也比较多。但是，比较有实用价值的公式也不多，往住同生产实际出入较大。因此，在选择水文地质计算公式时，应当特别慎重。目前，我国在计算渗渠产水量时，多采用国外的水文地质计算公式。由于我国很少进行这方面的理论研究工作，又没有积累长期生产观测资料，所以多少年来，尚没有我国自己的一些符合我国各种水文地质特点、比较完整的理论计算公式。因此，在实际使用中，发现有些水文地质计算公式所算出的结果，同实际相差甚远，往往高达4~6倍之多。但是，也有些公式，还是比较接近于生产实际的。以下仅介绍几种常见的渗渠出水量计算公式。
渗渠的埋深一般在4～7m，很少超过10m。因此，渗渠通常只适用于开采埋藏深度小于2m，厚度小于6m的含水层。渗渠，按埋设位置和深度不同，又可分为完整式（图7－29）和非完整式（图7－30）两种。完整式渗渠是在薄含水层的条件下，埋设在基岩上；非完整式渗渠是在较厚的含水层条件下，埋设在含水层中。完整式渗渠所以埋设在基岩上，主要靠加大水位降落量，最大限度地开采地下水，从而增大渗渠产水量。但在较厚含水层中，为了减少施工困难，降低工程造价，多把渗渠设在施工技术和抽水设备允许条件下的含水层一定深度中，同样可以集取较多的地下水。从生产实践中看，采用完整式渗渠比较普遍，产水量较大；而采用非完整式渗渠却较少，因为在较厚含水层中，采用大口井或管井取水，工程造价要比渗渠造价低得多，不仅开采量大，而且施工容易，进度快。除非打井机具缺乏，而用水量又甚小的情况下，才采用非完整式渗渠。无论集取地表水为主的渗渠，还是集取地下水为主的渗渠，都可以接其所在的含水层厚度不同而选用完整式或非完整式渗渠。
3）检查井为便于检修、清通，集水管端部、转角、变径处以及每50～150m均应设检查井。检查井形式分为全埋式、半埋式和地面式三种。全埋式即检查井全部埋于地下，井盖略高于集水管，且上部填以反滤层。适用于河水冲刷程度较大，渗渠不需要经常检修与清扫的给水工程中。其缺点是井埋设较深，寻找或检修均很不方便。半埋式检查井是将井口埋在地面下0.5～1.0m，优点是除有利于人防保护外，还可防止被洪水冲毁井口；缺点是由于井盖埋在地下，一旦检修，不易找出井位。在集取地表水为主的渗渠中，多采用半埋式检查井。地面式检查井，即井口露出地面，多用于集取地下水为主的渗渠，便于检修，但必须注意采用封闭式井盖。井盖材料可用铸铁或钢筋混凝土。井盖底部周围用胶垫圈将井盖垫好止水，然后用螺栓将井盖固定在井座上，以防泥砂从井盖缝隙进入渗渠。
施工排水和降低地下水位是施工中重要而复杂的工作。通常含水层颗粒粗，地下水水量丰富，所以排水量大，开挖前要进行排水量校核计算，排水设备的排水能力必须满足排水要求，并且要有备用的排水设备。如工程量大，短期内难以完成，需跨越洪水期时，则必须要考虑防洪措施，确保施工安全。
施工时，应严格按设计的人工反滤层级配分层铺设；回填渗渠管沟时，可使用开槽时挖出的原土，以保持原含水层的渗透性能。
2）围堰施工法在河床下埋设集水管时，应在枯水季节施工，必须将河水导流或用粘土围堰后方能开槽施工。在河床地段施工，施工排水更为重要，地层渗透性强，排水量大，要求排水设备排水能力强，效率高。施工排水对施工进度影响很大，应予以特别注意。
施工完毕后，应将土围堰拆除干净，以免改变原河床的水流方向。
3）开挖地道施工法如潜水埋藏较深，开挖深度较大时，宜采用开挖地道法施工。施工中应特别注意开挖地层的稳定性，除特殊情况外，一般要进行防护支撑和加固，防止坑道坍塌。同时要进行施工排水，降低地下水位，应尽量避免水下施工。
7.5渗渠
7.5.1渗渠的型式与建造
7.5.1.1渗渠的型式
渗渠即水平铺设在含水层中的集水管（渠）。渗渠可用于集取浅层地下水，如图7－29、7－30所示。也可铺设在河流、水库等地表水体之下或旁边，集取河床地下水或地表渗透水。由于集水管是水平铺设的，也称水平式地下水取水构筑物。
渗渠，按其补给水源可分为集取地表水为主的渗渠和集取地下水为主的渗渠两种。前者是把渗渠埋设在河床下，集取河流垂直渗透水；后者是把渗渠埋设在河岸边滩地下，以集取部分河床潜流水和来自河岸上第四纪含水层中的地下水。集取地下水为主的渗渠，一般水质较好，水量比较稳定，效果较好，使用年限长，因而采用的也较多；至于集取地表水为主的渗渠，产水量虽然很大，但受河水水质的变化影响甚为明显，如当河水较浑浊时，渗渠出水水质往往很差，而且容易淤塞，检修管理麻烦，使用年限也较短；如果河水浊度常年较小，上述缺点可能减少。
集取地表水为主的渗渠人工反滤层的滤料级配，外层以上，一般回填河砂，但必须干净，不要混有杂草泥块，粒径一般0.25～l.0mm，厚约1m。下面三层反滤层分别采用粒径为1～4、4～8、8～32mm，各层厚度约150mm，也有的粒径略大些。但总的说来，要比集取地下水为主的渗渠反滤层滤料粒径小，尤其是外层滤料粒径要小些。反滤层总厚度要厚些为宜，但这要看河水水质情况而定，水质好的，可以薄些；水质差的，较浑浊的，反滤层要厚些。这主要因为河水浊度常年变化较大，如果反滤层厚度太薄，粒径略大，会影响渗渠的出水水质。