集渗廊道取水试验研究与分析

第37卷第2期2015年2月人民黄河YELL0WRIVERVn1．37．No．2Feb．，2015【工程勘测设计】集渗廊道取水试验研究与分析郑文慧，李永业，孙西欢，阎庆绂(1．太原理工大学水利科学与工程学院，山西太原030024；2．山西水利职业技术学院，山西运城044000)摘要：结合实际工程，对敷设在水库集水区内集渗廊道的一部分进行1：1的模型试验测试，得到了该工程条件下，廊道内渗滤体在不同工作水头时单位面积的渗流量和廊道的总集水流量，并计算出不同工作水头下渗滤体的渗透系数。在此基础上，对滤体垂直放置及水平放置的渗流能力进行了对比。结果表明：集水廊道的集水流量与廊道内滤体的特性和尺寸有关，在建造廊道前应先行选择；廊道的集水流量在不同工作水头下是不一样的，设计时应与水库运行和防洪要求相协调；在渗滤体的渗透系数一定时，廊道内渗滤体的面积越大廊道的集水流量越大，工作水头越高廊道的集水流量也越大；在水流条件相同时，同一渗滤体水平放置和垂直放置的集水流量是有差别的，渗透系数不相同，设计不同体形的廊道时应加以注意。关键词：集渗廊道；渗滤体；集水流量；渗透系数中图分类号：TV640．35文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．1000—1379．2015．02．027集渗廊道是渗流集水和取水的方式之一，常常敷设在水库或河道集水区内，通过廊道内的渗滤体，将流过廊道的水流汇集至汇水或贮水设施内，再与泵站前池或其他取水设施连接，以便向外供水。集渗廊道体形和尺寸针对水源的差异会有较大变化I2，但其基本构成应包括廊道、渗滤体、集汇水设施、排气设施等。而决定集渗廊道集水能力的关键部件应是廊道内的渗滤体，其性能、体形和尺寸决定了集渗廊道的集水流量。因此，对集渗廊道的研究和实践，一直是渗滤取水的课题之一J。笔者对敷设在某水库集水区集渗廊道的集水能力进行试验测试研究，同时对滤体垂直放置及水平放置的渗流能力进行了对比。1工程概况该工程的集渗廊道共有两条，位于水库集水区的两侧，左边廊道长285．07m，右边廊道长367．00m。廊道过流部分下部高程为591．00m，上部高程为593．50m，中线高程为592．25m，其对应工程设计洪水位(598。85m)时工作水头为6．60m，校核洪水位(603．35m)时工作水头为11．10m，正常蓄水位(603．00m)时工作水头为10．75m。廊道集水渗滤体为0．2m厚的无砂混凝土板，其单块平面尺寸为2．0m×2．5m。集渗廊道的集水统一汇集到汇水池，再送至泵站前池，供泵站取水使用。·104·集渗廊道剖面见图1。(b)渗滤体水平放置图1集渗廊道剖面(尺寸单位：mm)收稿日期：2014—01—16基金项目：国家自然科学基金资助项目(51109155)。作者简介：郑文慧(199O一)，女，山西晋中人，硕士研究生，研究方向为水力学及河流动力学。通信作者：李永业(198O一)，男，山西运城人，副教授，博士，研究方向为水力学及河流动力学。E—mail：zhengwenhuizwh@163．tom人民黄河2015年第2期2试验测试系统试验测试时，截取集渗廊道的一部分，采用1：1的比例进行模拟试验。试验测试系统见图2。试验测试时，潜水泵将水从地下水库抽至供水箱，再通过离心泵把水送至试验测试装置，经廊道滤体渗流至集水通道，经直角三角堰测量流量后，从退水渠流回地下水库。进水压力采用精密压力表测量。渗滤体垂直放置试验测试装置的俯视示意图见图3，渗滤体水平放置的主视图与其相似。1一地下水库；2一潜水泵，3一水箱进水管退水、滥流、排水渠；5一供水箱；6-供水管7一试验供水水泵，8一调节控制阀；9_试验测试装置；10-流量测试装置；l1琳库退水口图2试验测试系统1一进水管；2一阀门；3一渗滤体；4一支撑；5一三角堰图3渗滤体垂直放置试验测试装置示意3集渗廊道内渗滤体试验研究3．1渗滤体垂直放置的渗流量与渗透系数根据实测的渗流量与工作水头的关系可以得到立置渗滤体的渗流量g，见图4，对图4中各点进行拟合可得q与日的关系式：q=1．046×10／40·(1)式中：q为立置渗滤体单位面积的渗流量，m／(s·m)；日为工作水头，m。导删{蜮璐试验求头图4立置渗滤体渗流量与工作水头关系由式(1)可算得集渗廊道渗滤体在不同工况下的渗流量，廊道内实际的渗滤体集水过流面积左边集渗廊道为950m、右边集渗廊道为1225m，则可以计算得到廊道每日实际集水流量，见表1。表1集渗廊道立置渗滤体集水流量TtE可见，在渗滤体渗透系数一定的情况下，集渗廊道内渗滤体的面积越大，廊道的渗流集水流量就越大，同样工作水头越高，廊道的集水流量也越大，在工程设计和运行时可供参考。根据工程渗流力学理论6j，水在廊道中运动，其渗滤体渗流的单宽流量可用杜比公式计算：玎2q=K×(2