河水自壓滴灌平流式沉沙池工程設(shè)計要點

戴榮富

（博樂農(nóng)五師全新勘測設(shè)計有限公司 新疆博樂 833400）

河水自壓滴灌系統(tǒng)在洪水期河道來沙量太多，大量懸移質(zhì)泥沙對滴灌系統(tǒng)造成嚴(yán)重堵塞破壞，如何處理泥沙堵塞問題,是河水自壓滴灌面臨的重要問題。從2003年到2007年，在新疆兵團(tuán)第五師八十七團(tuán)修建圓形漏斗沉沙池進(jìn)行沉沙試驗，并在全師推廣修建圓形漏斗沉沙池 10余座；從2007年在新疆兵團(tuán)第五師八十八團(tuán)北三支渠河水自壓滴灌工程上利用渠道旁側(cè)自然凹地修建了第一座平流式沉沙池工程以來，到2012年分別在新疆兵團(tuán)第五師八十四團(tuán)、八十七團(tuán)、八十八團(tuán)、九十一團(tuán)共修建10座平流式沉沙池。

通過模型試驗和實踐工程應(yīng)用效果表明：平流式沉沙池的沉沙效果要優(yōu)于圓形漏斗沉沙池。平流式沉沙池是解決洪水期懸移質(zhì)泥沙造成滴灌系統(tǒng)堵塞問題的理想建筑物，只要設(shè)計合理，施工質(zhì)量控制和運(yùn)行管理工作到位，平流式沉沙池的沉沙效果完全能夠滿足滴灌工程運(yùn)行對水質(zhì)的處理要求。

1 沉沙池設(shè)計原則、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及工程位置選擇

1.1 設(shè)計原則

應(yīng)堅持噴滴灌共用的設(shè)計原則，以滿足不同土壤和不同作物對灌水的要求。具體要求是：（1）對河水自壓噴滴灌共用系統(tǒng)而言，沉沙池位置在高程上應(yīng)滿足河水自壓噴灌運(yùn)行時對設(shè)計壓力的要求；（2）沉沙池設(shè)計流量應(yīng)按照噴灌用水量來計算；（3）水質(zhì)沉淀標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足滴灌運(yùn)行要求。

1.2 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《節(jié)水灌溉技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，沉沙池的主要功能是將洪水期大于 500μ m即大于0.05mm粒徑的泥沙進(jìn)行沉淀處理，使沉淀處理后的水質(zhì)能夠滿足滴灌工程首部過濾器對泥沙處理能力的要求，為河水自壓滴灌正常運(yùn)行創(chuàng)造條件。因此，沉沙池的泥沙沉淀設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)粒徑應(yīng)該是大于等于0.05mm。

1.3 工程位置選擇要點

工程位置要緊靠現(xiàn)有輸水渠道，以方便沉沙池工程的引水和布置；地形高程選擇要合適。經(jīng)沉淀處理后的自壓噴滴灌共用輸水干管進(jìn)口工作池的設(shè)計水位必須滿足河水自壓噴灌運(yùn)行時對設(shè)計壓力的要求；工程地基要穩(wěn)定干燥。沉沙池工程應(yīng)避免建在大孔隙土和重鹽堿土地基上，防止地基不均勻下沉破壞和鹽堿浸蝕破壞；應(yīng)盡量避免地下水和地表水對工程地基的補(bǔ)給而引發(fā)凍脹性破壞；沉沙池應(yīng)能自流排沙排水。盡量避免機(jī)械進(jìn)入沉沙池清除泥沙導(dǎo)致底板防滲層碾壓或鏟挖破壞。

2 沉沙池設(shè)計水力要素及泥沙參數(shù)

平流式沉沙池工程的主要設(shè)計參數(shù)是流量、表面負(fù)荷率、水平流速、沉淀時間、池的長寬比和長深比等。應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)睾拥滥嗌钞a(chǎn)流特征、本工程設(shè)計灌溉面積和河道來水的混濁程度綜合分析確定。

2.1 設(shè)計流量Q

2.2 表面負(fù)荷率V0

表面負(fù)荷率是沉沙池單位面積的產(chǎn)水量，數(shù)值上應(yīng)等于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)粒徑泥沙的沉降速度。根據(jù)《微灌工程技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，沉沙池的表面負(fù)荷率不宜大于3mm/s即10.8m/h。

2.3 水平流速V

根據(jù)已建工程運(yùn)行經(jīng)驗，沉沙池設(shè)計水平流速一般在10～25mm/s即36～90m/h為宜。若受地形條件限制，在干渠上直接拓寬拓深的沉沙池水平流速可放寬到 30～50mm/s即 108m/h～180m/h，只要進(jìn)出水流均勻，池內(nèi)水流順直，流態(tài)良好也能達(dá)到理想的沉沙效果。

2.4 沉淀時間T

沉淀時間根據(jù)河道來水含沙量大小確定，當(dāng)含沙量小水質(zhì)較好時沉淀時間可短些，當(dāng)含沙量大水質(zhì)較混濁時沉淀時間可長些。一般取 T＝1～3h。

2.5 沉沙池深H、長寬比、長深比的確定

池深 H＝設(shè)計泥沙沉淀厚度 H1+有效水深H2+安全超高 H3；一般情況下，H1＝0.3～0.5m，有效水深 H2＝2.5～3.0m，安全超高 H3＝0.3～0.5m，池深 H＝3.0～4.0m；沉沙池的長寬比應(yīng)大于4；沉沙池的長深比應(yīng)大于10。

在具體工程設(shè)計時，沉沙池的設(shè)計尺寸應(yīng)在理論計算的基礎(chǔ)上，根據(jù)以上要求進(jìn)行復(fù)核調(diào)整，使其滿足設(shè)計要求，以保證沉沙效果。

3 沉沙池的水力學(xué)計算

在已確定表面負(fù)荷率V0和設(shè)計流量Q兩個參數(shù)后，就可以對平流式沉沙池進(jìn)行水力學(xué)計算。沉沙池設(shè)計水面面積A2，計算公式為：A2＝Q/V0，其中Q為設(shè)計流量，V0為表面負(fù)荷率；沉沙池設(shè)計水面長度 L，計算公式為：L＝VT，其中V為沉沙池設(shè)計水平流速，T為設(shè)計沉淀時間；沉沙池設(shè)計水面平均寬度B計算公式為：B=A2/L，沉沙池有效設(shè)計水深H2計算公式為：H2＝QT/A2。

4 平流式沉沙池工程平面布置及設(shè)計高程控制

4.1 平面布置要點

沉沙池要按窄長形布置，出口溢流堰盡量遠(yuǎn)離進(jìn)口溢流堰，使泥沙的沉淀路徑和沉淀時間滿足設(shè)計要求，確保沉沙效果；進(jìn)出口溢流堰的布置應(yīng)充分考慮滿足進(jìn)出口水流均勻和池內(nèi)流態(tài)穩(wěn)定的要求，宜對稱均衡布置；為節(jié)約工程投資，沉沙池的橫斷面以梯形為宜，邊坡系數(shù) m值取2～2.5較合適，邊坡太陡不方便施工；要取表層清水。出口溢流堰寬度應(yīng)比進(jìn)口溢流堰略寬一些，溢流堰頂水深應(yīng)控制在0.1m左右；排沙閘應(yīng)布置在沉沙池底板前三分之一左右的位置上，以利于提高自流排沙效果。

4.2 四個設(shè)計高程控制要點

（1）要控制好沉沙池進(jìn)出口溢流堰的堰頂高程。使沉沙池的水力坡降控制在沉沙池設(shè)計水平流速范圍內(nèi)，確保沉沙效果；（2）要控制好溢流堰出口后自壓噴滴灌共用輸水干管進(jìn)口工作池的設(shè)計水位，以滿足自壓噴灌運(yùn)行時的壓力要求；（3）要控制好沉沙池排水閘底板的設(shè)計高程。建議排水閘設(shè)在下距沉沙池底板0.7m左右的位置上，排水道出口要與下游引水干渠或自壓輸水干管連接，盡量利用沉淀后的最后一池清水，避免水量浪費；（4）要控制好沉沙池排沙閘底板的設(shè)計高程。為方便自流排沙，建議沉沙池底板按大于 20‰的漏斗形縱坡來設(shè)計，漏斗底部高程就是排沙閘底板高程，當(dāng)排沙閘開啟后通過人工進(jìn)池攪動淤沙在水流作用下實現(xiàn)自流排沙。閘后排沙道要盡量裁彎取直，縱坡應(yīng)大于沉沙池底坡，設(shè)計流速應(yīng)大于2.5m/s，以提高排沙效果。

5 沉沙池防滲結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

沉沙池開挖后的基槽尺寸要規(guī)矩，地基要碾壓或浸泡預(yù)沉密實，表面要十分平整并沒有大于4cm的卵石裸露，防止地基因不密實或不平整造成防滲土工膜撕裂或水壓擊穿破壞；在基槽表面鋪一層15cm厚的粘壤土或細(xì)沙土墊層，墊層中應(yīng)不含石塊、樹根、草根等尖銳雜物。對邊坡要求灑水拍打密實整平，對底板要求壓實整平。鋪設(shè)防滲土工膜之前，必須撿掉墊層表面的一切穿刺物，確保鋪設(shè)的防滲土工膜不被穿刺漏水；在粘壤土或細(xì)沙土墊層上鋪設(shè)一層厚度為 0.5mm的黑色 PE復(fù)合土工膜，一布一膜，無紡布的單位面積重量要在 300g/m2以上。按膜在下布在上鋪設(shè)，使沉沙池底板和邊坡形成完整封閉的防滲體。

施工時要嚴(yán)格按照《聚乙烯（PE）土工膜防滲工程技術(shù)規(guī)范》（SL/T231-98）控制土工膜鋪設(shè)和焊接質(zhì)量，確保防滲土工膜的完整和接頭的嚴(yán)密，確保防滲效果；沉沙池襯砌護(hù)面應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)亟ㄖ牧蟻碓辞闆r確定，沉沙池襯砌護(hù)面可采用混凝土現(xiàn)澆和漿砌卵石兩種結(jié)構(gòu)。如果采用混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，若不需要機(jī)械進(jìn)入沉沙池清除泥沙時，根據(jù)《水利水電工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（SL/T225-98）5.2.2（2）規(guī)定，底板和邊坡可不設(shè)細(xì)沙土墊層直接在復(fù)合土工膜上澆筑混凝土板；若需要機(jī)械進(jìn)入沉沙池清除泥沙時，為防止機(jī)械對防滲土工膜的碾壓破壞，底板在澆筑混凝土前，必須先鋪一層厚20cm細(xì)沙土墊層予以保護(hù)。混凝土護(hù)面最小襯砌厚度底板不得小于12cm，邊坡不得小于10cm。混凝土板伸縮縫應(yīng)按“┷”形縫做好止水設(shè)計，在伸縮縫底部鋪設(shè)一層寬50cm的SBS水平止水壓板，每側(cè)混凝土板下搭壓寬度約25cm,以截斷伸縮縫下滲的水流，伸縮縫下部用高密度苯板嵌填，上部3cm灌塑料膠泥止水。如果采用漿砌卵石襯砌護(hù)面，為防止防滲膜破壞，必須先在復(fù)合土工膜上鋪一層厚 20cm的細(xì)沙土保護(hù)層，灑水拍打密實整平后，再鋪水泥砂漿砌筑卵石。

在沉沙池護(hù)面施工過程中，為嚴(yán)防施工操作對下部防滲土工膜造成破壞，要求所有施工人員必須穿平底膠鞋，運(yùn)輸車道和堆放砂石料等重物下部必須鋪放木板，所有材料只能用手推車運(yùn)輸。

6 結(jié)束語

新疆兵團(tuán)第五師嚴(yán)格按照上述設(shè)計要點建設(shè)河流滴灌平流式沉沙池，有效解決了洪水期懸移質(zhì)泥沙造成滴灌系統(tǒng)堵塞問題，為農(nóng)作物、經(jīng)濟(jì)果木林灌溉提供重要水源保障，使土地資源得到合理開發(fā)利用，農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)得到匹配調(diào)整，對促進(jìn)全師農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、增收發(fā)揮非常積極的作用。

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