西山提水工程取水方式及建筑物設(shè)計導(dǎo)則

1DB14/XXXXX—XXXX西山提水工程取水方式及建筑物設(shè)計導(dǎo)則本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了西山提水工程取水建筑物設(shè)計的術(shù)語和定義、水源選擇、河床滲透水取水構(gòu)筑物、地表水取水構(gòu)筑物、凈水工藝及構(gòu)筑物。本標(biāo)準(zhǔn)適用于黃河大北干流河段山西沿黃取水工程，其他類似多泥砂河流（段）可參考執(zhí)行。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB50013室外給水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)GB50027供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范GB50296供水管井技術(shù)規(guī)范GB/T50625機井技術(shù)規(guī)范SL269水利水電工程沉砂池設(shè)計規(guī)范SL310村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范SL454地下水資源勘察規(guī)范3術(shù)語和定義3.1西山地區(qū)我省西部忻州市、呂梁市和臨汾市黃河沿線山丘區(qū)。3.2黃河大北干流黃河從偏關(guān)老牛灣至禹門口河段，是黃河干流中最長的連續(xù)峽谷河段。3.3管井垂直安置在地下，井徑較小，井深較大，汲取河床滲透水的取水管狀構(gòu)筑物。3.4大口井井深一般不超過15m、井徑在2m以上的水井，具體根據(jù)水量、抽水設(shè)備布置和施工條件等因素確定。3.52DB14/XXXXX—XXXX滲渠為攔截并收集重力流動的河床滲透水而水平埋設(shè)在含水層中的集水管（涵）。3.6沉砂池（渠）沉淀水中大于規(guī)定粒徑的泥砂，使水的含砂量符合下游水泵設(shè)備和壓力管道系統(tǒng)允許挾砂要求的水池（渠）。3.7反濾層在大口井或滲渠進水處鋪設(shè)，粒徑沿水流方向由細到粗的級配砂礫層。3.8黃河原水未經(jīng)水處理的黃河河道水流。4總則4.1沿黃取水系統(tǒng)建設(shè)根據(jù)當(dāng)?shù)睾哟驳匦蔚孛?、河勢變化情況，堅持工程安全、供水可靠、低能耗藥耗的原則，實現(xiàn)分區(qū)段（庫區(qū)或河道）、分時段（高、低含砂期）高效取水目標(biāo)。4.2設(shè)計階段開展多方案技術(shù)經(jīng)濟評價。評價內(nèi)容應(yīng)包括經(jīng)濟指標(biāo)、土地占用、動力資源、施工條件和建設(shè)周期、水源的環(huán)境保護和泥砂處置、主材消耗等。4.3水源、取水地點和取水量的確定，應(yīng)取得有關(guān)部門同意。4.4黃河大北干流河段設(shè)計特征水位參考值見附錄1。4.5黃河大北干流河段泥砂特性參考值見附錄2。5河床滲透水取水構(gòu)筑物5.1一般規(guī)定5.1.1取水構(gòu)筑物場地選擇應(yīng)避開滑坡、泥石流、崩塌堆積和邊坡不穩(wěn)定體等不良地質(zhì)現(xiàn)象分布地段。5.1.2大、中型河床滲透水取水構(gòu)筑物，應(yīng)對擬選水源地進行水文地質(zhì)勘察，方法及內(nèi)容符合GB50027、SL454的要求。對于小型取水構(gòu)筑物，可在水文地質(zhì)測繪基礎(chǔ)上，通過布置勘探生產(chǎn)井，取得相當(dāng)于詳勘階段的勘察報告，作為設(shè)計依據(jù)。5.1.3沿黃河床滲透水取水構(gòu)筑物型式的選擇，應(yīng)根據(jù)取水類型、水位埋深、含水層總厚度及底板埋深、水文地質(zhì)特征、設(shè)計取水量等條件，通過技術(shù)經(jīng)濟性比較確定，河床滲透水不同取水構(gòu)筑物適用范5.2管井5.2.1規(guī)模較小的取水工程由單井供水，出水量按照穩(wěn)定流完整井公式計算。規(guī)模較大取水井群，出水量計算按照穩(wěn)定流干擾井群公式計算，其最大降深應(yīng)滿足使用要求。5.2.2管井的結(jié)構(gòu)、過濾器的設(shè)計應(yīng)符合GB50296有關(guān)規(guī)定。5.2.3采用管井取水應(yīng)設(shè)備用井，備用井的數(shù)量宜按25%～30%的設(shè)計水量所需井?dāng)?shù)確定。3DB14/XXXXX—XXXX表1河床滲透水不同取水構(gòu)筑物適用范圍規(guī)格尺寸含水層總厚度及底板埋深水文地質(zhì)特征設(shè)計取水量井徑200~800mm潛水、承壓水、裂隙水各種埋深含水層總厚度大于5m、底板埋深大于15m適用于各種透水性良好的含水層一般500~2000m3/d大口井井徑2~潛水、承壓水一般≤10m含水層總厚度為5?10m、底板埋深小于20m砂、礫石、卵石、裂隙發(fā)育的硬質(zhì)巖一般500~5000m3/d滲渠450~1500mm或矩形地表水、潛水一般在2m以內(nèi)，最大不超8m含水層厚度小于5m中、粗砂、礫石、卵石一般5~30m3/(d·m)輻射井井徑2～6m潛水、承壓水一般≤10m含水層有可靠補給水源、底板埋深小于30m砂、礫石、卵石，裂隙發(fā)育的硬質(zhì)巖等一般1000~5000m3/d5.3大口井5.3.1大口井取水宜選用圓筒形井底進水的非完整井型式，應(yīng)將井底設(shè)在富水帶下部。5.3.2井底反濾層的濾料級配根據(jù)井底含水層情況區(qū)別設(shè)置。當(dāng)含水層為卵石時，可不設(shè)。當(dāng)含水層礫石、中粗砂時，可設(shè)兩層，總厚0.4～0.6m。含水層為細、粉砂時，可設(shè)4～5層，總厚0.7～1.2m。5.3.3與含水層接觸的第一層濾料直徑d按下式確定：d<(7~8)di……（1）式中：di——當(dāng)含水層為細砂或粉砂時，di=d40；當(dāng)含水層為中砂時，di=d30；當(dāng)含水層為粗砂時，di=d20；當(dāng)含水層為粗砂時，di=d1015；d40、d30、d20、d15、d10系指小于這一粒徑的含水層顆粒占總重量的百分數(shù)。兩相鄰反濾層的粒徑比宜為3～5倍。5.3.4大口井出水量計算應(yīng)根據(jù)黃河原水濁度考慮淤塞系數(shù)，建議選用值0.6～0.75。5.4滲渠5.4.1滲渠人工濾層的層數(shù)、厚度和級配，根據(jù)含水層顆粒分析確定，符合本規(guī)范第5.3.2、5.3.3規(guī)定。5.4.2滲渠中管（渠）的斷面尺寸，應(yīng)按下列要求計算確定：——黃河原水濁度較高，濾速不宜大于0.01m/s；——管內(nèi)流速建議值0.2～0.3m/s；——管（渠）充滿度一般采用0.4～0.8；4DB14/XXXXX—XXXX——管底最小坡度大于0.3%。5.4.3考慮枯水期水位變幅、黃河原水濁度高引發(fā)淤塞等不利影響，滲渠設(shè)計出水量計算應(yīng)設(shè)置調(diào)整系數(shù)，建議選用值0.6～0.75。5.5輻射井5.5.1根據(jù)集水類型、含水層水文地質(zhì)條件、設(shè)計取水量等確定輻射井布置型式，設(shè)計應(yīng)符合GB/T50265有關(guān)規(guī)定。5.5.2黃河灘地設(shè)置輻射井以水平集水為主，應(yīng)通過反沖洗等措施實現(xiàn)濾體重復(fù)利用。6地表水取水構(gòu)筑物6.1一般規(guī)定6.1.1地表水取水構(gòu)筑物的位置選擇應(yīng)根據(jù)取水河段的水質(zhì)、水文、地形、工程地質(zhì)、河流綜合利用和施工條件等綜合考慮，重點從流量、水位、流速等方面進行系統(tǒng)分析。6.1.2取水口應(yīng)設(shè)在不受冰凌直接沖擊的河段，附近不應(yīng)有易被流冰堵塞的淺灘、回流區(qū)。6.2固定式河道取水構(gòu)筑物6.2.1當(dāng)河床岸坡較陡，工程地質(zhì)條件良好，且主流近岸時，應(yīng)選用集水井和泵房分建的岸邊式取水構(gòu)筑物。6.2.2當(dāng)河床較穩(wěn)定，河岸平坦，枯水期水深不足，應(yīng)選用河床式取水構(gòu)筑物。6.2.3當(dāng)岸邊式、河床式取水構(gòu)筑物方案比選時，優(yōu)選岸邊式取水構(gòu)筑物。6.3移動式河道取水構(gòu)筑物6.3.1水位變幅大時，應(yīng)選用移動式取水構(gòu)筑物。6.3.2當(dāng)移動取水構(gòu)筑物浮船（桶）型式、纜車型式方案比選時，優(yōu)選浮船（桶）式取水構(gòu)筑物。6.3.3浮船（桶）式取水可作為固定式取水方式的補充方案。7凈水工藝及構(gòu)筑物7.1一般規(guī)定7.1.1采取經(jīng)濟、便于管理的凈水工藝，使高含砂期黃河原水水質(zhì)達到要求。7.1.2沿黃凈水工藝選擇以自然沉淀為主，汛期增加混凝沉淀工藝。具體凈水工藝為原水→調(diào)蓄預(yù)沉或自然預(yù)沉→混凝沉淀，相應(yīng)的構(gòu)筑物選取天然預(yù)沉池、沉砂池（渠）等。7.1.3汛期取水混凝系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)符合GB50013有關(guān)規(guī)定。7.2構(gòu)筑物7.2.1當(dāng)黃河灘洼地具有天然預(yù)沉條件，應(yīng)首先采用天然預(yù)沉。7.2.2通常采用直線形沉砂池，應(yīng)符合SL269有關(guān)規(guī)定。當(dāng)?shù)匦螚l件受限時，可采用曲線形沉砂池。當(dāng)取水規(guī)模較小時，采用旋流除砂器。7.2.3工程條件受限時，沉淀池排泥可采用水力和人工相結(jié)合的機械沖砂方法。5DB14/XXXXX—XXXX（資料性附錄）黃河大北干流河段設(shè)計特征水位參考值分析黃河大北干流河段豐枯水位變化規(guī)律，合理確定西山提水工程設(shè)計水位，有利于提高西山沿黃提水工程設(shè)計的科學(xué)性。A.1計算河道分段A.1.1府谷~龍門水文站河道長517km，區(qū)間控制面積9.3×105km2，該河段洪峰量級、徑流量級和河床情況（斷面形狀、糙率、落差等）差別很大，合理分段后進行水面線分析。A.1.2分段遵循以下原則：——根據(jù)天然水面計算方法，以下游龍門水文站為分段起算點；——大支流匯入處為分段點；——較大落差或斷面形狀變化較大處為分段點（如磧口跌水、壺口瀑布）?！谏鲜鲈瓌t，將計算河道分為9段，黃河干流府谷-龍門區(qū)間計算河道分段情況表見表A.1。表A.1黃河干流府谷-龍門區(qū)間計算河道分段情況表序號河段名稱長度（km）考慮因素1府谷-神山36主要匯入河流有孤山川和朱家川河，區(qū)間面積5080km22神山-黑峪口35主要匯入河流有嵐漪河和蔚汾河,區(qū)間面積4500km23黑峪口-窟野河25主要匯入河流有窟野河,區(qū)間面積10660km24窟野河-棗樹墕31主要匯入河流有佳蘆河、西清涼寺溝，區(qū)間面積3941km25棗樹墕-磧口磧口落差，區(qū)間面積2898km26磧口-吳堡25磧口落差，水文站控制。主要匯入河流為湫水河，區(qū)間面積2396km27吳堡-無定河69水文站控制，主要匯入河流有三川河、屈產(chǎn)河、無定河，區(qū)間面積33710km28無定河-壺口壺口落差，主要匯入河流有清澗河、延河、昕水河等，區(qū)間面積21150km29壺口-龍門65壺口落差，主要匯入河流有仕望河、白水川、猴兒川河、鄂河等，區(qū)間面積8816km2A.2設(shè)計水位計算A.2.1對歷史調(diào)查洪水進行重現(xiàn)期分析考證的基礎(chǔ)上，以黃河干流府谷、吳堡和龍門3處水文站實測洪水資料（建站—2016年）進行頻率分析計算，得到各頻率（p=1%、p=2%、p=3.33%、p=5%）相應(yīng)的設(shè)計洪峰流量。根據(jù)相應(yīng)流量面積關(guān)系、各控制斷面匯水面積求得各控制斷面不同頻率設(shè)計流量，作為其下游段設(shè)計流量采用值。6DB14/XXXXX—XXXXA.2.2本次水面線計算選用武漢水院編制的天然河道水面線計算軟件，得到表1分段斷面的設(shè)計水位成果，按樁號直線內(nèi)插可得到黃河沿線地區(qū)設(shè)計水位。部分計算成果如表A.2。表A.2西山沿黃提水工程設(shè)計特征水位參考值序號地理位置不同頻率設(shè)計洪水位(m)設(shè)計枯水位（m)p=2%p=3.33%p=5%1石圪垯813.15812.39811.91811.31801.662金盆灣790.2789.21788.54787.6777.483黑峪口773.21772.47772.01771.43764.554黃家洼757.13756.16755.67755.045大峪口733.49732.49731.86731.06723.226蔡家洼722.42721.22720.42719.36707.677郭家里705.99705.13704.58703.87696.518郭塔家691.51690.43689.76688.89679.749陳家圪垛670.31669.42668.86668.13656.06港村659.13658657.25656.26645.19上莊638.72637.59636.88635.97曹家垣625.48623.33622.29608.47賀家洼598.16596.8595.96594.8583.64下莊621.63620.33619.54618.55606.74后山里537.22535.87535.04533.89521.74康里504.63503.49502.77501.77488.88棗嶺407.68406.16405.22403.93391.037DB14/XXXXX—XXXX（資料性附錄）黃河大北干流河段泥砂特性參考值上世紀(jì)90年代以來，受自然因素（如降雨量減少）和人類活動（如人類建壩、水土保持）共同作用，黃河從近天然狀態(tài)變?yōu)橐欢ǔ潭壬鲜苋祟愑绊懞涂刂频暮恿?，其水砂情態(tài)發(fā)生較大變化。通過分析2006-2015年黃河大北干流含砂量變化規(guī)律，為沿黃取水系統(tǒng)設(shè)計提供參考。B.1黃河河龍區(qū)間含砂量變化B.1.1河龍區(qū)間年均含砂量變化2006-2015年府谷站、吳堡站和龍門站年均含砂量、汛期多年平均含砂量如表B.1。表B.1多年月平均含砂量表多年平均含砂量汛期（6-9月）多年平均含砂量府谷站0.7820.741吳堡站2.8864.648龍門站4.8228.425B.1.2河龍區(qū)間多年月均含砂量變化2006-2015年府谷站、吳堡站和龍門站多年月平均含砂量年內(nèi)分布如表B.2。表B.2多年月平均含砂量表2月4月府谷站002.8210.26900.0920.8260.8940.04600吳堡站0.3020.5503.5830.5656.7406.8523.8410.5350.761龍門站0.7760.9333.4190.68512.30212.8417.1882.177B.1.3河龍區(qū)間多年平均顆粒級配情況黃河吳堡、龍門水文站懸