額敏縣上戶鎮庫二布拉克村牧區滴灌系統沉砂池設計

周 雯

（額敏縣水利局 新疆 額敏 834600）

1 項目概況

額敏縣麥海因灌區位于上戶鄉境內，上戶鄉位于額敏縣城以東18km處，是一個以農業為主，農牧業相結合的大鄉，額敏縣上戶鎮庫二布拉克村牧區節水灌溉示范項目位于上戶鎮庫爾布拉克二村轄區內，將以地表水為水源，采用自壓滴灌形式，通過現有東支干樁號7+300閘門引水。項目區總規劃面積2882畝，其中道路面積67畝，林帶面積135畝，項目實施后滴灌灌溉面積為2680畝。本次工程將2680畝耕地分為三個系統，三個系統共用一個沉淀池。

2 水源泥沙分析

項目區工程水源為地表水和地下水，地表水水源為麥海因河水，考慮灌溉季節通常為河流汛期，挾帶的泥沙多、粒徑大。先將渠道水先引入沉淀池，經沉淀后，再將表層水引入滴灌系統。現渠系已成形，本次不對渠道工程另做設計，只對沉淀池進行設計。經對項目區區地表水取樣結果為：懸浮泥沙含量1984mg/L；

粒徑小于0.01mm的占31.2%（細泥土，粘土）；

粒徑小于0.05mm的占78.7%（粗細泥土，粘土）；

粒徑小于0.1mm的占91.5%（極細沙，粗細泥土，粘土）；

粒徑小于0.5mm的占100%（中、細沙，粗細泥土，粘土）；

沉淀池分為進水區、沉淀區、出水區三部分，通過沉淀后可過濾粒徑小于0.1mm、0.5mm的中、細沙，粗細泥土，粘土。

3 沉砂池設計

3.1 沉淀池供水流量的確定

本工程運行需要滴管系統3個，3個系統共用一個沉淀池，系統總流量為564.2m3/h；

3.2 沉淀池基本尺寸確定

3.2.1 池廂工作寬度計算

式中，Bp——池廂工作寬度，m；

Qp——通過池廂工作流量，m3/s。系統流量在0.5m3/s～1.2m3/s之間，平均為0.8m/s；

Hp——池廂工作水深，m，可取用池廂深度的70%～75%，取 1.8m；

V——池廂平均流速，m/s，池廂平均流速取值0.08m/s；

經過計算，池廂平均寬度為5.5m，口寬為13.5m的梯形斷面。

3.2.2 池廂工作長度計算

式中，Lp——池廂工作長度，m；

Qp——通過池廂工作流量，m3/s，系統流量在0.5m3/s～1.2m3/s之間；

Hp——池廂工作水深，m，可取用池廂深度的70%～75%；取 1.8m；

V——池廂平均流速，m/s，池廂平均流速取值0.08m/s；

ξ——安全系數，可取1.2～1.5，連續沖砂的沉淀池取小值，定期沖砂的沉淀池取大值；

ω——泥沙沉降速度，需考慮泥沙粒徑。根據《微灌工程技術規范》，要求當灌溉水中無機物含量小于10ppm，或粒徑小于100um，宜選用砂石過濾器或100目篩網過濾器，沉淀池設計100目濾網，沉淀池粒徑取0.083mm，由規范附錄D查得，ω為4.19mm/s；

經過計算沉淀池長為65m。

3.2.3 沉淀池出口含沙量計算

沉淀池出口含沙量按式（3）和式（4）驗算。

式中，S——沉淀池出口含沙量，kg/m3；

SO——沉淀池出口含沙量，kg/m3，根據實測值為0.34kg/m3；

e——常數，取值2.72，

a——與泥沙粒徑、水力要素有關的系數，淤積a＜0.5，沖刷時取a=1；

z——泥沙懸浮指數；

L——沉淀池長度，m；

H——沉淀池平均水深，m；

經計算泥沙懸浮指數為1.82，沉淀池出口泥沙含量為0.137kg/m3。

3.2.4 沉淀池清砂時間計算

式中，T——沉淀池沖砂時間間隔，t；

SO——沉淀池出口含沙量，kg/m3，根據實測值為0.34kg/m3；

V沉——設計沉砂容積，m3，按沉淀池30%工作水深時的體積計算，V沉=148m3；

S——沉淀池出口含沙量，kg/m3，經計算為0.137kg/m3；

r——砂容重，kg/m3，取值為1760kg/m3；

QP——工作時流量，取值為0.8m3/s；

經計算，沉淀池沖砂時間間隔為18天。

3.3 沉淀池結構設計

3.3.1 進水區

進水區與現狀斗渠用引水渠道相連，進水區前設分水閘一座，與引水渠道用扭面相連，扭面長3m，采用細粒砼材料澆筑。閘室為分離式C20F200砼結構，閘室前設攔污柵，攔污柵采用φ6鋼筋焊接，鋼筋間距50mm×50mm。閘底板長1.0m、厚0.3；閘墩采用重力擋土墻式，擋土墻上頂寬0.3m，下底寬0.58m，高0.9m，背坡1∶0.30。閘門采用鑄鐵閘門，尺寸為0.5m×0.5m。閘室后接一為長6m，縱坡為i=0.23的扭面段與沉淀池相連。

3.3.2 沉淀區

本次采用梯形沉淀池，沉淀池長50m,底寬5.5m，池深2.0m，邊坡1∶1.5，底板、邊板、封頂板采用8cm厚現澆砼結構，每3m一條縱橫縫。沉淀池進口、出口處設50cm厚齒墻。為了使水中雜質在沉淀區更好沉淀，結合其它滴灌系統己施工沉淀池的運行情況，吸取良好經驗，本次考慮采取延長水流通道的方式，達到沉淀水中泥沙的作用。決定在沉淀池內每隔3m設一道磚墻，磚墻高1.7m,磚墻直接砌入沉淀池邊板和底板內，相鄰兩道磚墻分于左、右兩側留有缺口以便水流平緩通過，砼強度等級均為C20。

3.3.3 出水區

出水區段長5m，也采用梯形型式，底寬3m，池深2.38m，邊坡1∶1.5，底板、邊板、封頂板采用8cm厚現澆砼結構。出水區首端、末端均采用擋土墻型式，擋土墻上頂寬0.5m，下底寬1.61m，高2.88m，背坡1∶0.30。首端擋土墻高出底板40cm處并排留有兩個100cm×80cm方孔，將水引入出水區，方孔前設濾網，濾網規格200目。末端擋土墻低于池頂20cm處設溢流孔,砼強度等級均為C20。

考慮沉淀池在運行期水深將達到1.75m，因此在沉淀池周邊設1.2m欄桿，欄桿采用φ50鋼管焊接而成。

3.3.4 沉砂池的防滲處理

根據灌區所在區域的地質條件，采用土工膜防滲技術。采用梯形沉淀池，沉淀池深2.0m，邊坡1∶1.5，防滲采用兩布一膜復合土工布（膜400g/m2，膜0.3mm），膜下設20cm厚細砂保護層，膜上為3cm厚M10水泥砂漿墊層及6cm厚C20混凝土預制塊保護層。保護層沿長度方向每隔5m設置一道伸縮縫，基礎平面夯實。

4 結語

泥沙是滴灌系統良性運行的主要制約因素，上戶鎮庫二布拉克村牧區滴灌系統沉砂池設計將能沉淀灌溉用水中的泥沙顆粒，有效緩解管網堵塞，取得較好的運行效果。此外，為保障系統的長效運行，還建議適當開展沉砂池的泥沙沉降觀測，從而進一步優化沉砂池的設計和運行。※