西山提水工程取水方式及建筑物设计导则

1DB14/XXXXX—XXXX西山提水工程取水方式及建筑物设计导则本标准规定了西山提水工程取水建筑物设计的术语和定义、水源选择、河床渗透水取水构筑物、地表水取水构筑物、净水工艺及构筑物。本标准适用于黄河大北干流河段山西沿黄取水工程，其他类似多泥砂河流（段）可参考执行。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB50013室外给水设计标准GB50027供水水文地质勘察规范GB50296供水管井技术规范GB/T50625机井技术规范SL269水利水电工程沉砂池设计规范SL310村镇供水工程技术规范SL454地下水资源勘察规范3术语和定义3.1西山地区我省西部忻州市、吕梁市和临汾市黄河沿线山丘区。3.2黄河大北干流黄河从偏关老牛湾至禹门口河段，是黄河干流中最长的连续峡谷河段。3.3管井垂直安置在地下，井径较小，井深较大，汲取河床渗透水的取水管状构筑物。3.4大口井井深一般不超过15m、井径在2m以上的水井，具体根据水量、抽水设备布置和施工条件等因素确定。3.52DB14/XXXXX—XXXX渗渠为拦截并收集重力流动的河床渗透水而水平埋设在含水层中的集水管（涵）。3.6沉砂池（渠）沉淀水中大于规定粒径的泥砂，使水的含砂量符合下游水泵设备和压力管道系统允许挟砂要求的水池（渠）。3.7反滤层在大口井或渗渠进水处铺设，粒径沿水流方向由细到粗的级配砂砾层。3.8黄河原水未经水处理的黄河河道水流。4总则4.1沿黄取水系统建设根据当地河床地形地貌、河势变化情况，坚持工程安全、供水可靠、低能耗药耗的原则，实现分区段（库区或河道）、分时段（高、低含砂期）高效取水目标。4.2设计阶段开展多方案技术经济评价。评价内容应包括经济指标、土地占用、动力资源、施工条件和建设周期、水源的环境保护和泥砂处置、主材消耗等。4.3水源、取水地点和取水量的确定，应取得有关部门同意。4.4黄河大北干流河段设计特征水位参考值见附录1。4.5黄河大北干流河段泥砂特性参考值见附录2。5河床渗透水取水构筑物5.1一般规定5.1.1取水构筑物场地选择应避开滑坡、泥石流、崩塌堆积和边坡不稳定体等不良地质现象分布地段。5.1.2大、中型河床渗透水取水构筑物，应对拟选水源地进行水文地质勘察，方法及内容符合GB50027、SL454的要求。对于小型取水构筑物，可在水文地质测绘基础上，通过布置勘探生产井，取得相当于详勘阶段的勘察报告，作为设计依据。5.1.3沿黄河床渗透水取水构筑物型式的选择，应根据取水类型、水位埋深、含水层总厚度及底板埋深、水文地质特征、设计取水量等条件，通过技术经济性比较确定，河床渗透水不同取水构筑物适用范5.2管井5.2.1规模较小的取水工程由单井供水，出水量按照稳定流完整井公式计算。规模较大取水井群，出水量计算按照稳定流干扰井群公式计算，其最大降深应满足使用要求。5.2.2管井的结构、过滤器的设计应符合GB50296有关规定。5.2.3采用管井取水应设备用井，备用井的数量宜按25%～30%的设计水量所需井数确定。3DB14/XXXXX—XXXX表1河床渗透水不同取水构筑物适用范围规格尺寸含水层总厚度及底板埋深水文地质特征设计取水量井径200~800mm潜水、承压水、裂隙水各种埋深含水层总厚度大于5m、底板埋深大于15m适用于各种透水性良好的含水层一般500~2000m3/d大口井井径2~潜水、承压水一般≤10m含水层总厚度为5〜10m、底板埋深小于20m砂、砾石、卵石、裂隙发育的硬质岩一般500~5000m3/d渗渠450~1500mm或矩形地表水、潜水一般在2m以内，最大不超8m含水层厚度小于5m中、粗砂、砾石、卵石一般5~30m3/(d·m)辐射井井径2～6m潜水、承压水一般≤10m含水层有可靠补给水源、底板埋深小于30m砂、砾石、卵石，裂隙发育的硬质岩等一般1000~5000m3/d5.3大口井5.3.1大口井取水宜选用圆筒形井底进水的非完整井型式，应将井底设在富水带下部。5.3.2井底反滤层的滤料级配根据井底含水层情况区别设置。当含水层为卵石时，可不设。当含水层砾石、中粗砂时，可设两层，总厚0.4～0.6m。含水层为细、粉砂时，可设4～5层，总厚0.7～1.2m。5.3.3与含水层接触的第一层滤料直径d按下式确定：d<(7~8)di……（1）式中：di——当含水层为细砂或粉砂时，di=d40；当含水层为中砂时，di=d30；当含水层为粗砂时，di=d20；当含水层为粗砂时，di=d1015；d40、d30、d20、d15、d10系指小于这一粒径的含水层颗粒占总重量的百分数。两相邻反滤层的粒径比宜为3～5倍。5.3.4大口井出水量计算应根据黄河原水浊度考虑淤塞系数，建议选用值0.6～0.75。5.4渗渠5.4.1渗渠人工滤层的层数、厚度和级配，根据含水层颗粒分析确定，符合本规范第5.3.2、5.3.3规定。5.4.2渗渠中管（渠）的断面尺寸，应按下列要求计算确定：——黄河原水浊度较高，滤速不宜大于0.01m/s；——管内流速建议值0.2～0.3m/s；——管（渠）充满度一般采用0.4～0.8；4DB14/XXXXX—XXXX——管底最小坡度大于0.3%。5.4.3考虑枯水期水位变幅、黄河原水浊度高引发淤塞等不利影响，渗渠设计出水量计算应设置调整系数，建议选用值0.6～0.75。5.5辐射井5.5.1根据集水类型、含水层水文地质条件、设计取水量等确定辐射井布置型式，设计应符合GB/T50265有关规定。5.5.2黄河滩地设置辐射井以水平集水为主，应通过反冲洗等措施实现滤体重复利用。6地表水取水构筑物6.1一般规定6.1.1地表水取水构筑物的位置选择应根据取水河段的水质、水文、地形、工程地质、河流综合利用和施工条件等综合考虑，重点从流量、水位、流速等方面进行系统分析。6.1.2取水口应设在不受冰凌直接冲击的河段，附近不应有易被流冰堵塞的浅滩、回流区。6.2固定式河道取水构筑物6.2.1当河床岸坡较陡，工程地质条件良好，且主流近岸时，应选用集水井和泵房分建的岸边式取水构筑物。6.2.2当河床较稳定，河岸平坦，枯水期水深不足，应选用河床式取水构筑物。6.2.3当岸边式、河床式取水构筑物方案比选时，优选岸边式取水构筑物。6.3移动式河道取水构筑物6.3.1水位变幅大时，应选用移动式取水构筑物。6.3.2当移动取水构筑物浮船（桶）型式、缆车型式方案比选时，优选浮船（桶）式取水构筑物。6.3.3浮船（桶）式取水可作为固定式取水方式的补充方案。7净水工艺及构筑物7.1一般规定7.1.1采取经济、便于管理的净水工艺，使高含砂期黄河原水水质达到要求。7.1.2沿黄净水工艺选择以自然沉淀为主，汛期增加混凝沉淀工艺。具体净水工艺为原水→调蓄预沉或自然预沉→混凝沉淀，相应的构筑物选取天然预沉池、沉砂池（渠）等。7.1.3汛期取水混凝系统设计应符合GB50013有关规定。7.2构筑物7.2.1当黄河滩洼地具有天然预沉条件，应首先采用天然预沉。7.2.2通常采用直线形沉砂池，应符合SL269有关规定。当地形条件受限时，可采用曲线形沉砂池。当取水规模较小时，采用旋流除砂器。7.2.3工程条件受限时，沉淀池排泥可采用水力和人工相结合的机械冲砂方法。5DB14/XXXXX—XXXX（资料性附录）黄河大北干流河段设计特征水位参考值分析黄河大北干流河段丰枯水位变化规律，合理确定西山提水工程设计水位，有利于提高西山沿黄提水工程设计的科学性。A.1计算河道分段A.1.1府谷~龙门水文站河道长517km，区间控制面积9.3×105km2，该河段洪峰量级、径流量级和河床情况（断面形状、糙率、落差等）差别很大，合理分段后进行水面线分析。A.1.2分段遵循以下原则：——根据天然水面计算方法，以下游龙门水文站为分段起算点；——大支流汇入处为分段点；——较大落差或断面形状变化较大处为分段点（如碛口跌水、壶口瀑布）。——基于上述原则，将计算河道分为9段，黄河干流府谷-龙门区间计算河道分段情况表见表A.1。表A.1黄河干流府谷-龙门区间计算河道分段情况表序号河段名称长度（km）考虑因素1府谷-神山36主要汇入河流有孤山川和朱家川河，区间面积5080km22神山-黑峪口35主要汇入河流有岚漪河和蔚汾河,区间面积4500km23黑峪口-窟野河25主要汇入河流有窟野河,区间面积10660km24窟野河-枣树墕31主要汇入河流有佳芦河、西清凉寺沟，区间面积3941km25枣树墕-碛口碛口落差，区间面积2898km26碛口-吴堡25碛口落差，水文站控制。主要汇入河流为湫水河，区间面积2396km27吴堡-无定河69水文站控制，主要汇入河流有三川河、屈产河、无定河，区间面积33710km28无定河-壶口壶口落差，主要汇入河流有清涧河、延河、昕水河等，区间面积21150km29壶口-龙门65壶口落差，主要汇入河流有仕望河、白水川、猴儿川河、鄂河等，区间面积8816km2A.2设计水位计算A.2.1对历史调查洪水进行重现期分析考证的基础上，以黄河干流府谷、吴堡和龙门3处水文站实测洪水资料（建站—2016年）进行频率分析计算，得到各频率（p=1%、p=2%、p=3.33%、p=5%）相应的设计洪峰流量。根据相应流量面积关系、各控制断面汇水面积求得各控制断面不同频率设计流量，作为其下游段设计流量采用值。6DB14/XXXXX—XXXXA.2.2本次水面线计算选用武汉水院编制的天然河道水面线计算软件，得到表1分段断面的设计水位成果，按桩号直线内插可得到黄河沿线地区设计水位。部分计算成果如表A.2。表A.2西山沿黄提水工程设计特征水位参考值序号地理位置不同频率设计洪水位(m)设计枯水位（m)p=2%p=3.33%p=5%1石圪垯813.15812.39811.91811.31801.662金盆湾790.2789.21788.54787.6777.483黑峪口773.21772.47772.01771.43764.554黄家洼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陈家圪垛670.31669.42668.86668.13656.06港村659.13658657.25656.26645.19上庄638.72637.59636.88635.97曹家垣625.48623.33622.29608.47贺家洼598.16596.8595.96594.8583.64下庄621.63620.33619.54618.55606.74后山里537.22535.87535.04533.89521.74康里504.63503.49502.77501.77488.88枣岭407.68406.16405.22403.93391.037DB14/XXXXX—XXXX（资料性附录）黄河大北干流河段泥砂特性参考值上世纪90年代以来，受自然因素（如降雨量减少）和人类活动（如人类建坝、水土保持）共同作用，黄河从近天然状态变为一定程度上受人类影响和控制的河流，其水砂情态发生较大变化。通过分析2006-2015年黄河大北干流含砂量变化规律，为沿黄取水系统设计提供参考。B.1黄河河龙区间含砂量变化B.1.1河龙区间年均含砂量变化2006-2015年府谷站、吴堡站和龙门站年均含砂量、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吴堡站2.8864.648龙门站4.8228.425B.1.2河龙区间多年月均含砂量变化2006-2015年府谷站、吴堡站和龙门站多年月平均含砂量年内分布如表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吴堡站0.3020.5503.5830.5656.7406.8523.8410.5350.761龙门站0.7760.9333.4190.68512.30212.8417.1882.177B.1.3河龙区间多年平均颗粒级配情况黄河吴堡、龙门水文站悬