山区水库渗流取水效能影响因素分析

山区水库渗流取水效能影响因素分析

水库建设的目的是储存防洪、农业灌溉供水，或向工业和家庭提供水。此外，它还可以发展水产养殖和旅游。无论哪种供水，都必须先提取。取水方式有很多种,渗流取水就是其中之一1测试系统和测试方案1.1试验系统1.1.1无砂混凝土管安装本文是结合实际工程进行1:1的模拟试验,其工程布置示意图如图1所示。实际工程中,无砂混凝土管的内径d=0.8m,壁厚0.2m;滤料厚h1.1.2测试系统测试系统见图2。1.2泥沙及试验设备试验测试用泥沙浓度取工程集水区漳河水库多年平均浓度7.8kg/m试验用泥沙按相关规程试验渗流流量用电磁流量计进行测量。工作压头用压力传感器测量。1.3滤料及其防冲层为了研究泥沙对水库渗流取水效能的影响,本试验选定滤料、无砂混凝土管为控制因子,参照工程实际,滤料分为两类:(Ⅰ)滤料层为D5~D20厚30cm,D20~D50厚30cm,D50~D70厚30cm,防冲层为50cm干砌石。(Ⅱ)厚度为75cm的D50~D70单一滤料,防冲层为65cm干砌石。无砂混凝土管也分为两类:平均渗透系数为K2试验结果及分析2.1仅含沙量的流量时间对集水流量的影响图3中集水流量q2.2叠加效应与单纯含沙水流集水流量对比含沙水流在通过渗流取水系统过程中,不但要淤堵滤料层和无砂混凝土管的孔隙,还要在防冲层表面沉积,并且随着过流时间的增长,泥沙淤堵和沉积会越来越严重。对于取水系统的集水流量来讲,这实际上是一种叠加效应。此种情况下,集水流量的减小,是由于长时间过流引起的泥沙淤堵效应和表面泥沙沉积效应的共同作用的结果。因此,与图3对比可以看出:叠加效应引起的集水流量的减少会比单纯含沙水流过流时间增长引起的减少更明显,并且沉积层增厚,会增大减少的幅度,具体见图4(a)。图4(b)与图4(a)对比可以看出:由于取水系统构成的改变,虽然表层积沙对集水流量的影响与无积沙时相比较也有较大幅度的下降,但幅度没有条件图4(a)情况下的那么大。这是因为取水系统的综合渗透系数增大,渗流能力加强,但渗流能力增长的幅度仍然比单纯含沙水流渗流能力要低。3泥沙对过流系统的影响如前文所述,由于不同工程条件下所设计的取水系统的构成不尽相同,含沙水流的浓度,流量,工作水头及过流时间也会因具体的工程条件而异。所以本文只对前文论述过的几种情况给出比较分析。3.1管的平均渗透系数此种工况为管上无滤料和防冲层,且为不含沙水流经单纯无砂混凝土管时的集水流量,此时集水流量为最大,其集水流量取决于无砂混凝土管的几何尺寸,材料和渗透系数,也是工程设计时的主要依据和主要设计内容。从图5可以看出:(1)对于同一工作水头,不含沙水流通过单纯无砂混凝土管的集水流量,随着管的平均渗透系数的增大而增大,这是因为管的平均渗透系数越大,孔隙率也越大,管的渗流集水能力就会越大。(2)对于同一种无砂混凝土管(即管的平均渗透系数一定),不含沙水流通过单纯无砂混凝土管的集水流量,随着工作水头的增加而增加,这是因为水头越高,水流过流速度越大,使得单位时间内管的渗流集水能力越大。3.2砂流中砂流对集水流量的影响针对含沙水流过流时间(叠加效应,系统构成变化)引起的泥沙对集水流量的影响,以n3.2.1含沙水流中集渗系统的构成从图6可以看出:含沙水流过流时间一定,对于不同的工作水头,集水流量变化保持基本不变;对于同一工作水头,含沙水流过流时间愈长,集水流量变化愈小。这是因为含沙水流过流时间一定时,集水流量的变化主要取决于集渗系统的构成,包括无砂混凝土管的几何尺寸,材料和渗透系数以及滤料级配等。而对于同一工作水头,随着含沙水流过流时间的加长,渗滤系统的孔隙率减小,导致集水流量变化减小。3.2.2积沙厚度从图7可以看出:积沙厚度一定,随着工作水头的变化,叠加效应引起的集水流量变化也有所改变,但改变的幅度不大;对于同一工作水头,积沙厚度愈大,集水流量变化愈小。这是因为积沙厚度一定时,集水流量的变化主要取决于集渗系统的构成,包括无砂混凝土管的几何尺寸,材料和渗透系数以及滤料级配等。但由于含沙水流过流时间足够长,泥沙的淤堵导致系统本身孔隙率减小,使得叠加效应在不同工作水头条件下引起的集水流量变化也有所改变,但改变的幅度不大。而对于同一工作水头,积沙厚度越厚,泥沙淤堵越明显,渗滤系统的孔隙率越小,导致集水流量变化越小。3.2.3泥沙对集水流量的影响从图8可以看出:当集渗系统改变后,积沙厚度对集水流量变化的影响幅度较大,积沙越厚,集水流量变化越小;对于同一积沙厚度,集水流量变化随着工作水头的改变有所变化,但幅度较小。这是因为集渗系统改变,导致其孔隙率变化,孔隙率越大,受泥沙淤堵的影响越大,所以积沙厚度对集水流量变化影响越大,积沙越厚,集水流量变化越小;对于同一积沙厚度,集水流量的变化主要取决于集渗系统的构成,包括无砂混凝土管的几何尺寸,材料和渗透系数以及滤料级配等,但由于含沙水流过流时间足够长,泥沙的淤堵导致系统本身孔隙率减小,使得系统构成变化在不同工作水头条件下引起的集水流量变化也有所改变,但改变的幅度不大。3.3集水效能的下降从前文论述可知,水库来流中的泥沙,总是要使渗滤取水系统的集水效能下降,过流时间越长,其对系统各部分的淤堵越厉害,同时也会在系统表层沉积越来越厚的积沙层,结果是系统在运行一段时间后,其集水效能会显著下降。特别对含沙浓度高的水流和在洪水期间,这种效能下降的幅度可能会非常大,这在前文中已有论述。此外,因河流和水库的自然条件的差异,所设计的渗流取水系统的构成也会不同,水流含沙浓度及过流时间也有差别,这些变化也会引起泥沙在渗流取水中影响和作用的改变。所以泥沙对渗流取水效能的影响是多方面和综合性的,应在本文的基础上进一步深入研究。4沙水流通过取水系统的时间和系统构成对集水流量的影响(1)泥沙会使渗流取水系统的集水效能下降,下降的幅度和快慢不但取决于水库和河流的自然条件,也与具体设计的取水系统有关,所以泥沙对渗流取水效能的影响是多方面和综合性的。(2)在本文研究的条件下,含沙水流通过取水系统的时间越长,集水流量下降的幅度越大,系统表面积沙越厚,集水流量下降幅度也越大。当改变系统构成时,