山區(qū)水庫(kù)滲流取水效能影響因素分析

山區(qū)水庫(kù)滲流取水效能影響因素分析

水庫(kù)建設(shè)的目的是儲(chǔ)存防洪、農(nóng)業(yè)灌溉供水，或向工業(yè)和家庭提供水。此外，它還可以發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖和旅游。無(wú)論哪種供水，都必須先提取。取水方式有很多種,滲流取水就是其中之一1測(cè)試系統(tǒng)和測(cè)試方案1.1試驗(yàn)系統(tǒng)1.1.1無(wú)砂混凝土管安裝本文是結(jié)合實(shí)際工程進(jìn)行1:1的模擬試驗(yàn),其工程布置示意圖如圖1所示。實(shí)際工程中,無(wú)砂混凝土管的內(nèi)徑d=0.8m,壁厚0.2m;濾料厚h1.1.2測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)見(jiàn)圖2。1.2泥沙及試驗(yàn)設(shè)備試驗(yàn)測(cè)試用泥沙濃度取工程集水區(qū)漳河水庫(kù)多年平均濃度7.8kg/m試驗(yàn)用泥沙按相關(guān)規(guī)程試驗(yàn)滲流流量用電磁流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量。工作壓頭用壓力傳感器測(cè)量。1.3濾料及其防沖層為了研究泥沙對(duì)水庫(kù)滲流取水效能的影響,本試驗(yàn)選定濾料、無(wú)砂混凝土管為控制因子,參照工程實(shí)際,濾料分為兩類:(Ⅰ)濾料層為D5~D20厚30cm,D20~D50厚30cm,D50~D70厚30cm,防沖層為50cm干砌石。(Ⅱ)厚度為75cm的D50~D70單一濾料,防沖層為65cm干砌石。無(wú)砂混凝土管也分為兩類:平均滲透系數(shù)為K2試驗(yàn)結(jié)果及分析2.1僅含沙量的流量時(shí)間對(duì)集水流量的影響圖3中集水流量q2.2疊加效應(yīng)與單純含沙水流集水流量對(duì)比含沙水流在通過(guò)滲流取水系統(tǒng)過(guò)程中,不但要淤堵濾料層和無(wú)砂混凝土管的孔隙,還要在防沖層表面沉積,并且隨著過(guò)流時(shí)間的增長(zhǎng),泥沙淤堵和沉積會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重。對(duì)于取水系統(tǒng)的集水流量來(lái)講,這實(shí)際上是一種疊加效應(yīng)。此種情況下,集水流量的減小,是由于長(zhǎng)時(shí)間過(guò)流引起的泥沙淤堵效應(yīng)和表面泥沙沉積效應(yīng)的共同作用的結(jié)果。因此,與圖3對(duì)比可以看出:疊加效應(yīng)引起的集水流量的減少會(huì)比單純含沙水流過(guò)流時(shí)間增長(zhǎng)引起的減少更明顯,并且沉積層增厚,會(huì)增大減少的幅度,具體見(jiàn)圖4(a)。圖4(b)與圖4(a)對(duì)比可以看出:由于取水系統(tǒng)構(gòu)成的改變,雖然表層積沙對(duì)集水流量的影響與無(wú)積沙時(shí)相比較也有較大幅度的下降,但幅度沒(méi)有條件圖4(a)情況下的那么大。這是因?yàn)槿∷到y(tǒng)的綜合滲透系數(shù)增大,滲流能力加強(qiáng),但滲流能力增長(zhǎng)的幅度仍然比單純含沙水流滲流能力要低。3泥沙對(duì)過(guò)流系統(tǒng)的影響如前文所述,由于不同工程條件下所設(shè)計(jì)的取水系統(tǒng)的構(gòu)成不盡相同,含沙水流的濃度,流量,工作水頭及過(guò)流時(shí)間也會(huì)因具體的工程條件而異。所以本文只對(duì)前文論述過(guò)的幾種情況給出比較分析。3.1管的平均滲透系數(shù)此種工況為管上無(wú)濾料和防沖層,且為不含沙水流經(jīng)單純無(wú)砂混凝土管時(shí)的集水流量,此時(shí)集水流量為最大,其集水流量取決于無(wú)砂混凝土管的幾何尺寸,材料和滲透系數(shù),也是工程設(shè)計(jì)時(shí)的主要依據(jù)和主要設(shè)計(jì)內(nèi)容。從圖5可以看出:(1)對(duì)于同一工作水頭,不含沙水流通過(guò)單純無(wú)砂混凝土管的集水流量,隨著管的平均滲透系數(shù)的增大而增大,這是因?yàn)楣艿钠骄鶟B透系數(shù)越大,孔隙率也越大,管的滲流集水能力就會(huì)越大。(2)對(duì)于同一種無(wú)砂混凝土管(即管的平均滲透系數(shù)一定),不含沙水流通過(guò)單純無(wú)砂混凝土管的集水流量,隨著工作水頭的增加而增加,這是因?yàn)樗^越高,水流過(guò)流速度越大,使得單位時(shí)間內(nèi)管的滲流集水能力越大。3.2砂流中砂流對(duì)集水流量的影響針對(duì)含沙水流過(guò)流時(shí)間(疊加效應(yīng),系統(tǒng)構(gòu)成變化)引起的泥沙對(duì)集水流量的影響,以n3.2.1含沙水流中集滲系統(tǒng)的構(gòu)成從圖6可以看出:含沙水流過(guò)流時(shí)間一定,對(duì)于不同的工作水頭,集水流量變化保持基本不變;對(duì)于同一工作水頭,含沙水流過(guò)流時(shí)間愈長(zhǎng),集水流量變化愈小。這是因?yàn)楹乘鬟^(guò)流時(shí)間一定時(shí),集水流量的變化主要取決于集滲系統(tǒng)的構(gòu)成,包括無(wú)砂混凝土管的幾何尺寸,材料和滲透系數(shù)以及濾料級(jí)配等。而對(duì)于同一工作水頭,隨著含沙水流過(guò)流時(shí)間的加長(zhǎng),滲濾系統(tǒng)的孔隙率減小,導(dǎo)致集水流量變化減小。3.2.2積沙厚度從圖7可以看出:積沙厚度一定,隨著工作水頭的變化,疊加效應(yīng)引起的集水流量變化也有所改變,但改變的幅度不大;對(duì)于同一工作水頭,積沙厚度愈大,集水流量變化愈小。這是因?yàn)榉e沙厚度一定時(shí),集水流量的變化主要取決于集滲系統(tǒng)的構(gòu)成,包括無(wú)砂混凝土管的幾何尺寸,材料和滲透系數(shù)以及濾料級(jí)配等。但由于含沙水流過(guò)流時(shí)間足夠長(zhǎng),泥沙的淤堵導(dǎo)致系統(tǒng)本身孔隙率減小,使得疊加效應(yīng)在不同工作水頭條件下引起的集水流量變化也有所改變,但改變的幅度不大。而對(duì)于同一工作水頭,積沙厚度越厚,泥沙淤堵越明顯,滲濾系統(tǒng)的孔隙率越小,導(dǎo)致集水流量變化越小。3.2.3泥沙對(duì)集水流量的影響從圖8可以看出:當(dāng)集滲系統(tǒng)改變后,積沙厚度對(duì)集水流量變化的影響幅度較大,積沙越厚,集水流量變化越小;對(duì)于同一積沙厚度,集水流量變化隨著工作水頭的改變有所變化,但幅度較小。這是因?yàn)榧瘽B系統(tǒng)改變,導(dǎo)致其孔隙率變化,孔隙率越大,受泥沙淤堵的影響越大,所以積沙厚度對(duì)集水流量變化影響越大,積沙越厚,集水流量變化越小;對(duì)于同一積沙厚度,集水流量的變化主要取決于集滲系統(tǒng)的構(gòu)成,包括無(wú)砂混凝土管的幾何尺寸,材料和滲透系數(shù)以及濾料級(jí)配等,但由于含沙水流過(guò)流時(shí)間足夠長(zhǎng),泥沙的淤堵導(dǎo)致系統(tǒng)本身孔隙率減小,使得系統(tǒng)構(gòu)成變化在不同工作水頭條件下引起的集水流量變化也有所改變,但改變的幅度不大。3.3集水效能的下降從前文論述可知,水庫(kù)來(lái)流中的泥沙,總是要使?jié)B濾取水系統(tǒng)的集水效能下降,過(guò)流時(shí)間越長(zhǎng),其對(duì)系統(tǒng)各部分的淤堵越厲害,同時(shí)也會(huì)在系統(tǒng)表層沉積越來(lái)越厚的積沙層,結(jié)果是系統(tǒng)在運(yùn)行一段時(shí)間后,其集水效能會(huì)顯著下降。特別對(duì)含沙濃度高的水流和在洪水期間,這種效能下降的幅度可能會(huì)非常大,這在前文中已有論述。此外,因河流和水庫(kù)的自然條件的差異,所設(shè)計(jì)的滲流取水系統(tǒng)的構(gòu)成也會(huì)不同,水流含沙濃度及過(guò)流時(shí)間也有差別,這些變化也會(huì)引起泥沙在滲流取水中影響和作用的改變。所以泥沙對(duì)滲流取水效能的影響是多方面和綜合性的,應(yīng)在本文的基礎(chǔ)上進(jìn)一步深入研究。4沙水流通過(guò)取水系統(tǒng)的時(shí)間和系統(tǒng)構(gòu)成對(duì)集水流量的影響(1)泥沙會(huì)使?jié)B流取水系統(tǒng)的集水效能下降,下降的幅度和快慢不但取決于水庫(kù)和河流的自然條件,也與具體設(shè)計(jì)的取水系統(tǒng)有關(guān),所以泥沙對(duì)滲流取水效能的影響是多方面和綜合性的。(2)在本文研究的條件下,含沙水流通過(guò)取水系統(tǒng)的時(shí)間越長(zhǎng),集水流量下降的幅度越大,系統(tǒng)表面積沙越厚,集水流量下降幅度也越大。當(dāng)改變系統(tǒng)構(gòu)成時(shí),