额敏县上户镇库二布拉克村牧区滴灌系统沉砂池设计

周 雯

（额敏县水利局 新疆 额敏 834600）

1 项目概况

额敏县麦海因灌区位于上户乡境内，上户乡位于额敏县城以东18km处，是一个以农业为主，农牧业相结合的大乡，额敏县上户镇库二布拉克村牧区节水灌溉示范项目位于上户镇库尔布拉克二村辖区内，将以地表水为水源，采用自压滴灌形式，通过现有东支干桩号7+300闸门引水。项目区总规划面积2882亩，其中道路面积67亩，林带面积135亩，项目实施后滴灌灌溉面积为2680亩。本次工程将2680亩耕地分为三个系统，三个系统共用一个沉淀池。

2 水源泥沙分析

项目区工程水源为地表水和地下水，地表水水源为麦海因河水，考虑灌溉季节通常为河流汛期，挟带的泥沙多、粒径大。先将渠道水先引入沉淀池，经沉淀后，再将表层水引入滴灌系统。现渠系已成形，本次不对渠道工程另做设计，只对沉淀池进行设计。经对项目区区地表水取样结果为：悬浮泥沙含量1984mg/L；

粒径小于0.01mm的占31.2%（细泥土，粘土）；

粒径小于0.05mm的占78.7%（粗细泥土，粘土）；

粒径小于0.1mm的占91.5%（极细沙，粗细泥土，粘土）；

粒径小于0.5mm的占100%（中、细沙，粗细泥土，粘土）；

沉淀池分为进水区、沉淀区、出水区三部分，通过沉淀后可过滤粒径小于0.1mm、0.5mm的中、细沙，粗细泥土，粘土。

3 沉砂池设计

3.1 沉淀池供水流量的确定

本工程运行需要滴管系统3个，3个系统共用一个沉淀池，系统总流量为564.2m3/h；

3.2 沉淀池基本尺寸确定

3.2.1 池厢工作宽度计算

式中，Bp——池厢工作宽度，m；

Qp——通过池厢工作流量，m3/s。系统流量在0.5m3/s～1.2m3/s之间，平均为0.8m/s；

Hp——池厢工作水深，m，可取用池厢深度的70%～75%，取 1.8m；

V——池厢平均流速，m/s，池厢平均流速取值0.08m/s；

经过计算，池厢平均宽度为5.5m，口宽为13.5m的梯形断面。

3.2.2 池厢工作长度计算

式中，Lp——池厢工作长度，m；

Qp——通过池厢工作流量，m3/s，系统流量在0.5m3/s～1.2m3/s之间；

Hp——池厢工作水深，m，可取用池厢深度的70%～75%；取 1.8m；

V——池厢平均流速，m/s，池厢平均流速取值0.08m/s；

ξ——安全系数，可取1.2～1.5，连续冲砂的沉淀池取小值，定期冲砂的沉淀池取大值；

ω——泥沙沉降速度，需考虑泥沙粒径。根据《微灌工程技术规范》，要求当灌溉水中无机物含量小于10ppm，或粒径小于100um，宜选用砂石过滤器或100目筛网过滤器，沉淀池设计100目滤网，沉淀池粒径取0.083mm，由规范附录D查得，ω为4.19mm/s；

经过计算沉淀池长为65m。

3.2.3 沉淀池出口含沙量计算

沉淀池出口含沙量按式（3）和式（4）验算。

式中，S——沉淀池出口含沙量，kg/m3；

SO——沉淀池出口含沙量，kg/m3，根据实测值为0.34kg/m3；

e——常数，取值2.72，

a——与泥沙粒径、水力要素有关的系数，淤积a＜0.5，冲刷时取a=1；

z——泥沙悬浮指数；

L——沉淀池长度，m；

H——沉淀池平均水深，m；

经计算泥沙悬浮指数为1.82，沉淀池出口泥沙含量为0.137kg/m3。

3.2.4 沉淀池清砂时间计算

式中，T——沉淀池冲砂时间间隔，t；

SO——沉淀池出口含沙量，kg/m3，根据实测值为0.34kg/m3；

V沉——设计沉砂容积，m3，按沉淀池30%工作水深时的体积计算，V沉=148m3；

S——沉淀池出口含沙量，kg/m3，经计算为0.137kg/m3；

r——砂容重，kg/m3，取值为1760kg/m3；

QP——工作时流量，取值为0.8m3/s；

经计算，沉淀池冲砂时间间隔为18天。

3.3 沉淀池结构设计

3.3.1 进水区

进水区与现状斗渠用引水渠道相连，进水区前设分水闸一座，与引水渠道用扭面相连，扭面长3m，采用细粒砼材料浇筑。闸室为分离式C20F200砼结构，闸室前设拦污栅，拦污栅采用φ6钢筋焊接，钢筋间距50mm×50mm。闸底板长1.0m、厚0.3；闸墩采用重力挡土墙式，挡土墙上顶宽0.3m，下底宽0.58m，高0.9m，背坡1∶0.30。闸门采用铸铁闸门，尺寸为0.5m×0.5m。闸室后接一为长6m，纵坡为i=0.23的扭面段与沉淀池相连。

3.3.2 沉淀区

本次采用梯形沉淀池，沉淀池长50m,底宽5.5m，池深2.0m，边坡1∶1.5，底板、边板、封顶板采用8cm厚现浇砼结构，每3m一条纵横缝。沉淀池进口、出口处设50cm厚齿墙。为了使水中杂质在沉淀区更好沉淀，结合其它滴灌系统己施工沉淀池的运行情况，吸取良好经验，本次考虑采取延长水流通道的方式，达到沉淀水中泥沙的作用。决定在沉淀池内每隔3m设一道砖墙，砖墙高1.7m,砖墙直接砌入沉淀池边板和底板内，相邻两道砖墙分于左、右两侧留有缺口以便水流平缓通过，砼强度等级均为C20。

3.3.3 出水区

出水区段长5m，也采用梯形型式，底宽3m，池深2.38m，边坡1∶1.5，底板、边板、封顶板采用8cm厚现浇砼结构。出水区首端、末端均采用挡土墙型式，挡土墙上顶宽0.5m，下底宽1.61m，高2.88m，背坡1∶0.30。首端挡土墙高出底板40cm处并排留有两个100cm×80cm方孔，将水引入出水区，方孔前设滤网，滤网规格200目。末端挡土墙低于池顶20cm处设溢流孔,砼强度等级均为C20。

考虑沉淀池在运行期水深将达到1.75m，因此在沉淀池周边设1.2m栏杆，栏杆采用φ50钢管焊接而成。

3.3.4 沉砂池的防渗处理

根据灌区所在区域的地质条件，采用土工膜防渗技术。采用梯形沉淀池，沉淀池深2.0m，边坡1∶1.5，防渗采用两布一膜复合土工布（膜400g/m2，膜0.3mm），膜下设20cm厚细砂保护层，膜上为3cm厚M10水泥砂浆垫层及6cm厚C20混凝土预制块保护层。保护层沿长度方向每隔5m设置一道伸缩缝，基础平面夯实。

4 结语

泥沙是滴灌系统良性运行的主要制约因素，上户镇库二布拉克村牧区滴灌系统沉砂池设计将能沉淀灌溉用水中的泥沙颗粒，有效缓解管网堵塞，取得较好的运行效果。此外，为保障系统的长效运行，还建议适当开展沉砂池的泥沙沉降观测，从而进一步优化沉砂池的设计和运行。※