達坂城區(qū)綠化配套供水工程設(shè)計分析

范海東

(中工武大設(shè)計研究有限公司新疆分公司，新疆 烏魯木齊 830000)

1 工程概況

達坂城區(qū)下轄 1個管理委員會、3鄉(xiāng) 1 鎮(zhèn) 1 牧場和3個街道辦事處，總?cè)丝?.16萬人，主要民族有維吾爾族、漢族、回族等七個民族，其中農(nóng)業(yè)人口1.71萬人。為整治達坂城區(qū)環(huán)境，達坂城區(qū)政府對達坂城區(qū)沿線道路兩側(cè)，規(guī)劃綠地，進行全面綠化造林工程，通過每年綠化造林工程已將各鄉(xiāng)鎮(zhèn)貫穿綠色通道，從而使達坂城區(qū)環(huán)境得到改善，形成良好的自然環(huán)境，促進社會經(jīng)濟發(fā)展。本工程的建設(shè)，可達到達坂城鎮(zhèn)達東路片區(qū)740 hm2綠化生態(tài)林供水的目的。工程建設(shè)后，可充分利用水資源對項目區(qū)的綠化生態(tài)林進行灌溉，提高了水資源的利用率，節(jié)約了水量，對達坂城區(qū)的生態(tài)環(huán)境起到了積極有益的作用[1-4]。主要工程內(nèi)容為：新建輸水管道長度為6.110 km，其中：無壓輸水主管道長度為5.367 km，管材為DN1000預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管，有壓輸水支管道長度0.743 km，管材為DN300球墨鑄鐵管；新建引水首部1處，采用底欄柵式引水廊道的引水方式；新建建筑物共3座，其中：沉沙池1座、渡槽1座和過水箱涵1座；新建管道構(gòu)筑物共85座，其中：檢查井22座、跌水井55座、閘閥井4座、集水井1座、排氣井2座和排水井1座。

2 工程建設(shè)必要性

2.1 節(jié)水型社會建設(shè)的需要

為貫徹落實中共中央、國務(wù)院《關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定》(中發(fā)[2011]1號)和《國務(wù)院關(guān)于實行最嚴格水資源管理制度的意見》(國發(fā)[2012]3號)精神，以及《自治區(qū)黨委自治區(qū)人民政府關(guān)于加快水利改革發(fā)展的意見》(新黨發(fā)[2011]21號)、《關(guān)于抓緊編制上報“三條紅線”實施方案的函》(烏水函發(fā)[2014]373號)的要求，達坂城區(qū)編制了《達坂城區(qū)三條紅線實施方案》，開始實施最嚴格的水資源管理制度，積極推進節(jié)水型社會建設(shè)。本工程主要為供水管道工程，通過本工程的建設(shè)，可提高供水保證率，提高水利用系數(shù)，節(jié)約水資源，有利于達坂城區(qū)“三條紅線”指標落實。

2.2 提高引水保證率的需求

目前，項目區(qū)原土渠起點為1座簡單的單孔引水閘，位于河道西岸，每年采用臨時堆壩壅水的方式引水，引水沒有保障，通過本工程的引水首部的建設(shè)，使得引水有了保障，提高了引水保證率，并且節(jié)省了每年堆壩壅水的費用。

2.3 提高水資源利用效率的需要

項目區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀輸水渠道為土渠斷面，滲漏嚴重，渠系水利用系數(shù)低，嚴重影響渠道輸水，灌溉水利用率較低。通過輸水管道的建設(shè)，可大大減少水的滲漏量，提高了灌溉水的利用率。

2.4 改善景觀和生態(tài)環(huán)境的需要

項目區(qū)位于博格達峰南側(cè)山前沖洪積扇上，生長有荒漠性植被，植被稀疏，主要生長有鈴鐺刺、芨芨草、苦豆子等野生植被，覆蓋度10%。本工程建設(shè)完成后，為周邊綠化提供了可靠的灌溉水源，為改善周邊景觀和生態(tài)環(huán)境提供了有力保障。

2.5 促進邊疆少數(shù)民族地區(qū)穩(wěn)定發(fā)展的需求

達坂城區(qū)東溝鄉(xiāng)是漢族和少數(shù)民族雜居地，該地區(qū)的團結(jié)、穩(wěn)定，關(guān)系到地區(qū)安定團結(jié)的大局。該項目的實施，將徹底解決當?shù)卮迕裨诠喔绕跒闋幩l(fā)生矛盾的問題，改善環(huán)境，為當?shù)貏?chuàng)造一個新的景觀環(huán)境，加快東溝鄉(xiāng)農(nóng)牧民脫貧致富的步伐，對該地區(qū)的精神文明建設(shè)和物質(zhì)文明建設(shè)將起到積極的推動作用。綜上所述，達坂城區(qū)東溝鄉(xiāng)段綠化配套供水工程，對充分利用水資源、節(jié)約水量、提高水資源的利用效率、帶動整個東溝鄉(xiāng)的經(jīng)濟發(fā)展具有重要的意義，因此本工程的建設(shè)是十分必要的。

3 工程設(shè)計

3.1 引水首部設(shè)計

引水首部采用底欄柵式引水廊道設(shè)計。在喇叭口河道的收口處垂直水流方向布置一道底欄柵式引水廊道，由于在徑流較小時，流水線路在河床內(nèi)經(jīng)常發(fā)生變化，本次考慮到在提高引水保證率的情況下，將底欄柵式引水廊道從河道左岸一直布置到河道右岸，全長240.00 m。引水廊道斷面為矩形斷面，深1.00 m，寬1.50 m，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底欄柵式引水廊道的頂部欄柵與河床底齊平，在底欄柵式引水廊道的背水面設(shè)置重力式混凝土防沖齒墻。

底欄柵式引水廊道水力計算，有部分流量沿欄柵頂下泄到下游時，按公式(1)進行水力計算。

(1)

式中：Q為欄柵進水流量,m3/s；μ為流量系數(shù)；p為欄柵孔隙系數(shù),p=s/(s+t)；s為柵條間隙寬度,m；t為柵條寬度,m；b為欄柵水平投影的寬度,m；l為欄柵長度，m;h為欄柵上平均水深,m。

經(jīng)計算:引水流量為0.83 m3/s時，底欄柵引水廊道需要長度為4.92 m，本次考慮到河道主流的擺動性，將底欄柵式引水廊道從河道左岸一直布置到河道右岸，全長240.00 m。

3.2 輸水管道設(shè)計

3.2.1 無壓輸水管道管徑(主管道)

由于輸水管道設(shè)計流量為0.83 m3/s，本次采取主管道無壓管道輸水方案供水。根據(jù)管道的計算流量，參考管材的允許流速范圍，優(yōu)化選擇合理的管徑。本供水工程為無壓輸水工程，管道從三方面考慮，一是按照經(jīng)濟管徑，二是滿足流量要求，三是不超過管材最大允許流速5.00 m/s的要求。采用式(2)計算比選確定管徑。

(2)

式中：v為流速，m/s；Q為流量，m3/s；R為水力半徑，m；i為管底縱坡；A為過水斷面面積，m2；C為謝才系數(shù)。

通過上式計算并結(jié)合管道水力計算，本次確定管道采用DN1000的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管，管道設(shè)計流速1.42～2.63 m/s。

3.2.2 有壓輸水管道管徑(支管道)

為后期建設(shè)小水面預(yù)先鋪設(shè)的支管道為有壓管道輸水。根據(jù)管道的計算流量，參考管材的經(jīng)濟流速范圍，優(yōu)化選擇合理的管徑。管道從三方面考慮，一是按照經(jīng)濟管徑，二是滿足流量要求，三是不超過管材經(jīng)濟流速2.00 m/s的要求。采用式(3)計算比選確定管徑。

(3)

式中：d為管道內(nèi)徑，m；Q為流量，m3/s；V為流速，m/s。

通過上式計算并結(jié)合管道水力計算，本次確定管道采用DN300的球墨鑄鐵管，管道設(shè)計流速1.42 m/s。

3.3 建筑物設(shè)計

3.3.1 沉沙池設(shè)計

根據(jù)新疆地區(qū)供水工程常用沉沙池有矩形沉沙池、梯形沉沙池和漏斗圓形排沙池，同等容積梯形沉沙池相對于矩形沉沙池有更大的表面積，沉沙效果較好；漏斗圓形排沙池排沙效果較好，但施工較復雜，技術(shù)要求較高，管理較復雜。結(jié)合本地已建工程運行情況，本次設(shè)計采取結(jié)構(gòu)較為簡單的現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)矩形沉沙池。沉沙池本次選在引水首部后的河岸上，此處地形空曠，不存在占地協(xié)調(diào)問題。若把沉沙池布置在管線上，一是存在沉沙池上游管道檢查井會有泥沙淤積，不便清理，二是管線基本與老渠線平行布置，沉沙池會占用旁邊的伴行道路。故本次沉沙池位置布置在引水首部后。

本次設(shè)計水源為河道，以細顆粒懸移質(zhì)沙為主，平均含沙量0.21 kg/m3。本次沉沙池設(shè)計處理泥沙標準粒徑為0.2 mm，根據(jù)《水利水電工程沉沙池設(shè)計規(guī)范》SL 269—2001和《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》GB 50288—2018中沉沙池相關(guān)計算公式，根據(jù)計算成果及結(jié)合項目區(qū)周邊已實施沉沙池運行情況，本次設(shè)計池廂深度取3.50 m，寬度取5.00 m，長度取60.00 m。

本次沉沙池主要按機械清淤設(shè)計，沉沙池沖沙閘為輔助沖沙，清除泥沙直接拉運至棄料場，清淤周期為一個灌溉期(1年)清理一次，沉沙池淤積容積按一個灌溉期(1年)淤積量計算。一個灌溉期(1年)沉沙池使用天數(shù)按90天計算，每天工作小時數(shù)為20 h，則沉沙池清淤周期為1800 h，經(jīng)計算沉沙池的淤積體積為56.50 m3。

根據(jù)淤積體積計算成果、沉沙池存泥所需要的寬度為0.94 m。根據(jù)已建沉沙池運行情況，沉沙池長度不宜過小，最終確定本次沉沙池設(shè)計尺寸，池長60.00 m，池寬5.00 m，池深3.50 m。

3.3.2 渡槽設(shè)計

為了便于項目運行管理，結(jié)合項目區(qū)地形條件，在樁號2+640～2+750與河道支流平交處設(shè)置鋼管渡槽。鋼管渡槽兩端直接與預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管連接，按明渠(無壓管道)均勻流公式計算(式2)。經(jīng)計算，渡槽鋼管管徑采用DN1000是滿足要求的。渡槽共1座，槽身為DN1000鋼管，設(shè)計跨度110.00 m。進出口段采用直接與預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管連接，渡槽支墩采用C25F200鋼筋混凝土澆筑。

4 結(jié) 語

本工程主要通過管道輸水，工程建成后，可提高供水保證率和水利用系數(shù)，節(jié)約水資源，使有限的水資源得到充分的利用；提高引水保證率和水資源的利用效率，生態(tài)林得到充分灌溉，有益于生態(tài)環(huán)境改善，為地區(qū)旅游事業(yè)奠定基礎(chǔ)。可為類似工程提供借鑒。