大口井在山区引水工程的应用

梁雪坷

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072）



大口井在山区引水工程的应用

梁雪坷

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072）

［摘 要］大口井是一种较普遍的取水型式，主要适用于地下水埋藏较浅，含水层较薄且渗透性强的地层取水，与其他取水方式相比具有工程投资较低、运行成本低、水质有保证等优越性。而将大口井取水应用于地表沟溪水取水，其缺点主要是井壁进水孔容易堵塞，洪水季节容易被冲毁破坏，本文就白湾外部供水工程中大口井设计及大口井防护问题进行了深入研究。

［关键词］大口井；洪水；防护；引水工程；山区

近年来，在四川西北山区，随着水电站工程的建设，产生了大量的移民安置，通常安置点人口密度低，供水工程规模较小，水源点一般选择安置点附近的沟道或河流，取水枢纽一般采用底格栏栅坝。而在实际应用过程中，取水枢纽的型式需要综合考虑沟道或河流的水位和流量变幅、雨季含沙量以及冬季结冰等水文地质情况，有的取水位置地形陡峭，修筑底格栏栅坝布置沉砂池难度大，需要综合考虑实际地形分析。在双江口水电站移民安置点白湾集镇外部供水工程的水源为若达沟沟溪水，取水口两岸地形陡峭，修筑底格栏栅坝后布置沉砂池难度大，针对此情况特提出新的取水方案。

大口井是一种较普遍的取水型式，主要适用于地下水埋藏较浅、含水层较薄且渗透性强的地层取水，与其他取水方式相比具有较大的优越性：工程投资较低、运行成本低、水质有保证。而将大口井取水应用于地表沟溪水取水，其缺点主要是井壁进水孔容易堵塞，洪水季节容易被冲毁破坏，下面就白湾外部供水工程中大口井设计及大口井防护问题进行深入研究。

1　工程简介

白湾集镇为双江口水电站移民安置点，位于四川省阿坝自治州中部马尔康县，安置点配套设施外部供水工程的水源为集镇3 km外的若达沟沟溪水，取水流量13 m3/h，沟口两岸山体地形陡峻，基岩裸露。

根据村镇供水工程设计规范，通常地表水取水构筑物为底格栏栅坝，由于该处取水口两岸地形陡峭，修筑底格栏栅坝后布置沉砂池难度大，针对此情况特提出新的取水方案大口井取水。

根据若达沟地质情况，沟口左岸为覆盖层，右岸为基岩，纵坡为1∶3，河床宽度约4 m。在沟口程2 815.00 m处取水修筑一挡水坝，形成小库，再在库内筑一大口井取水。由于大口井直接坐于库水中，随时间大口井四周将为泥沙淤积，影响大口井进水能力，另洪水季节，上游的大块石头过来，亦容易直接冲击大口井，容易造成损坏。

2　大口井设计

根据《给水排水手册》中，大口井出水量计算公式如下：

式中：Q——大口井出水量，m3/d；K——含水层渗透系数，m/d；r0——大口井半径，m；S——水位下降，m；M——含水层厚度，m；N——井底至含水层底板距离，m。

根据GB/T50625-2010《机井技术规范》，大口井井筒壁厚：

δ=0.06D2+C4

式中：δ——井筒壁厚，m；D2——井筒外径，m；C4——经验系数，为0.08～0.10，取0.10。

此次设计大口井采用井壁进水，型式采用水平进水孔。进水孔在井壁上梅花型排列，设计为100 mm×150 mm的矩形孔，孔内填筑2层滤料，滤料级配按照井周围含水层颗粒组成确定。

根据GB/T50625-2010，与含水层接触的第一层滤料直径d1按下式确定：

d1≤7d1

进水孔中第二层滤料直径d2：

d2=3d1

式中：d1——含水层粒径。该工程含水层为砾砂，d1=d15=1～2 mm。

进水孔内填滤料2层，第一层为粒径7～14 mm砾砂，第二层为粒径21～42 mm砂砾。为防止滤料遗失，在孔的两侧装设镀锌铁丝网。

根据GB/T50625-2010中，井壁进水面积按下式确定：

式中：Q——井壁进水量，m3/s；v——允许进水流速，m/s，按下式确定：

v=αβK（1-ρ）（γ-1）

式中：α——安全系数，取0.5；β——进水孔倾斜度变化系数，按下式确定：

式中：φ——进水孔轴线与垂线的夹角，此工程设计为90°；K——上层滤料的渗透系数，按GB/ T50625-2010表 4.4.6-2中粒径 7～14 mm 取0.062；ρ——滤料孔隙率（%），按《给水排水设计手册》表3-75中滤料粒径大于1 mm时取25；γ——滤料相对密度，按《给水排水设计手册》砾砂取2.65。

经计算，大口井径为2 m，井深3 m，井壁进水孔面积F=0.43 m2。本工程设计为100 mm×150 mm的矩形孔，需要开孔个数为30个。

3　大口井防护设计

此次设计将大口井坐落于若达沟右岸，且修筑一导流墙来保护大口井，为防止洪水季节洪水冲毁大口井，导流墙的高度设计具体计算如下：

工程设计溢流坝坝顶高程和大口井井顶高程一致2 816.14 m，导流墙高度可根据SL319-2005《混凝土重力坝设计规范》中坝顶防浪墙顶高程计算公式计算。

3.1洪水位计算根据SL319-2005溢流坝泄流能力计算公式

式中：Q——流量，m3/s；B——溢流坝净宽，3.4 m；Hw——坝顶以上作用水头，m；g——重力加速度，m/s2；m——流量系数，见表C1，取0.5；C——上游坡面坡度影响修正系数，上游面为铅直面，取1.0；ε——侧收缩系数，取0.9；σS——淹没系数，取1。

经计算，设计洪水Q=8.6 m3/s，Hw=1.17 m，设计洪水位高程2 817.31m；校核洪水Q=12.2m3/s，Hw=1.48 m，校核洪水位高程2 817.62 m。

3.2导流墙墙顶高程计算

导流墙墙顶至校核洪水位的高差根据SL319-2005中坝顶防浪墙顶高程计算公式：

△h=h1%+hz+hc

式中：△h——导流墙墙顶至校核洪水位的高差，m；h1%——波高，m；hz——波浪中心线至校核洪水位的高差，m；hc——安全超高，按SL319-2005中表8.1.1取0.3 m。

1）波浪要素按鹤地水库公式计算

式中：h2%——累计频率为2%的波高，m；Lm——平均波长，m；v0——计算风俗，22 m/s；D——风区长度，5 m；Di—在风向两侧各45°范围内，每隔7.5°由计算点引到对岸的射线长度，m；ai—各射线与主风向上射线直接的夹角。

经计算，h2%=0.24 m，Lm=0.61 m。

根据累计频率为p（%）的波高hp与平均波高的关系按SL319-2005中表B.6.3-1进行换算可得：h1%=0.25 m。

2）波浪中心线至校核洪水位的高差按下式计算

式中：H——挡水建筑物迎水面前的水深，m。

经计算，hz=0.32 m。导流墙墙顶至校核洪水位的高差△h=h1%+hz+hc=0.87 m。最终确定导流墙墙顶高程为2 818.50 m。

导流墙上布置水平进水孔，其形式同大口井井壁进水，进水孔在井壁上梅花型排列，进水孔布置面积及尺寸同大口井进水孔，孔内无填充滤料。

4　结语

因为白湾集镇外部引水工程的水源点地形陡峭，修筑底格栏栅坝施工难度大，采用大口井取水形式有效地兼了沉砂作用，但是在其应用过程中，因为直接坐落于水中，容易被冲毁，通过修筑导流墙对沟溪水引流，且对大口井起到了保护作用，故可在山区工程进一步的推广应用。

［参考文献］

［1］王科新.无砂混凝土大口井在丘陵地区的应用［J］.济南水利学会论文专刊，2012（10）：54.

［2］彭攀.水库移民安置点小型供水工程取水枢纽选用探讨［J］.西北水电，2014（05）：43-45.

［中图分类号］TV67

［文献标识码］A

［文章编号］1002—0624（2016）07—0009—02

［收稿日期］2016-01-19