戴榮富

（博樂農(nóng)五師全新勘測設計有限公司 新疆博樂 833400）

河水自壓滴灌系統(tǒng)在洪水期河道來沙量太多，大量懸移質(zhì)泥沙對滴灌系統(tǒng)造成嚴重堵塞破壞，如何處理泥沙堵塞問題,是河水自壓滴灌面臨的重要問題。從2003年到2007年，在新疆兵團第五師八十七團修建圓形漏斗沉沙池進行沉沙試驗，并在全師推廣修建圓形漏斗沉沙池 10余座；從2007年在新疆兵團第五師八十八團北三支渠河水自壓滴灌工程上利用渠道旁側(cè)自然凹地修建了第一座平流式沉沙池工程以來，到2012年分別在新疆兵團第五師八十四團、八十七團、八十八團、九十一團共修建10座平流式沉沙池。

通過模型試驗和實踐工程應用效果表明：平流式沉沙池的沉沙效果要優(yōu)于圓形漏斗沉沙池。平流式沉沙池是解決洪水期懸移質(zhì)泥沙造成滴灌系統(tǒng)堵塞問題的理想建筑物，只要設計合理，施工質(zhì)量控制和運行管理工作到位，平流式沉沙池的沉沙效果完全能夠滿足滴灌工程運行對水質(zhì)的處理要求。

1 沉沙池設計原則、設計標準及工程位置選擇

1.1 設計原則

應堅持噴滴灌共用的設計原則，以滿足不同土壤和不同作物對灌水的要求。具體要求是：（1）對河水自壓噴滴灌共用系統(tǒng)而言，沉沙池位置在高程上應滿足河水自壓噴灌運行時對設計壓力的要求；（2）沉沙池設計流量應按照噴灌用水量來計算；（3）水質(zhì)沉淀標準應滿足滴灌運行要求。

1.2 設計標準

根據(jù)《節(jié)水灌溉技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，沉沙池的主要功能是將洪水期大于 500μ m即大于0.05mm粒徑的泥沙進行沉淀處理，使沉淀處理后的水質(zhì)能夠滿足滴灌工程首部過濾器對泥沙處理能力的要求，為河水自壓滴灌正常運行創(chuàng)造條件。因此，沉沙池的泥沙沉淀設計標準粒徑應該是大于等于0.05mm。

1.3 工程位置選擇要點

工程位置要緊靠現(xiàn)有輸水渠道，以方便沉沙池工程的引水和布置；地形高程選擇要合適。經(jīng)沉淀處理后的自壓噴滴灌共用輸水干管進口工作池的設計水位必須滿足河水自壓噴灌運行時對設計壓力的要求；工程地基要穩(wěn)定干燥。沉沙池工程應避免建在大孔隙土和重鹽堿土地基上，防止地基不均勻下沉破壞和鹽堿浸蝕破壞；應盡量避免地下水和地表水對工程地基的補給而引發(fā)凍脹性破壞；沉沙池應能自流排沙排水。盡量避免機械進入沉沙池清除泥沙導致底板防滲層碾壓或鏟挖破壞。

2 沉沙池設計水力要素及泥沙參數(shù)

平流式沉沙池工程的主要設計參數(shù)是流量、表面負荷率、水平流速、沉淀時間、池的長寬比和長深比等。應根據(jù)當?shù)睾拥滥嗌钞a(chǎn)流特征、本工程設計灌溉面積和河道來水的混濁程度綜合分析確定。

2.1 設計流量Q

2.2 表面負荷率V0

表面負荷率是沉沙池單位面積的產(chǎn)水量，數(shù)值上應等于設計標準粒徑泥沙的沉降速度。根據(jù)《微灌工程技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，沉沙池的表面負荷率不宜大于3mm/s即10.8m/h。

2.3 水平流速V

根據(jù)已建工程運行經(jīng)驗，沉沙池設計水平流速一般在10～25mm/s即36～90m/h為宜。若受地形條件限制，在干渠上直接拓寬拓深的沉沙池水平流速可放寬到 30～50mm/s即 108m/h～180m/h，只要進出水流均勻，池內(nèi)水流順直，流態(tài)良好也能達到理想的沉沙效果。

2.4 沉淀時間T

沉淀時間根據(jù)河道來水含沙量大小確定，當含沙量小水質(zhì)較好時沉淀時間可短些，當含沙量大水質(zhì)較混濁時沉淀時間可長些。一般取 T＝1～3h。

2.5 沉沙池深H、長寬比、長深比的確定

池深 H＝設計泥沙沉淀厚度 H1+有效水深H2+安全超高 H3；一般情況下，H1＝0.3～0.5m，有效水深 H2＝2.5～3.0m，安全超高 H3＝0.3～0.5m，池深 H＝3.0～4.0m；沉沙池的長寬比應大于4；沉沙池的長深比應大于10。

在具體工程設計時，沉沙池的設計尺寸應在理論計算的基礎上，根據(jù)以上要求進行復核調(diào)整，使其滿足設計要求，以保證沉沙效果。

3 沉沙池的水力學計算

在已確定表面負荷率V0和設計流量Q兩個參數(shù)后，就可以對平流式沉沙池進行水力學計算。沉沙池設計水面面積A2，計算公式為：A2＝Q/V0，其中Q為設計流量，V0為表面負荷率；沉沙池設計水面長度 L，計算公式為：L＝VT，其中V為沉沙池設計水平流速，T為設計沉淀時間；沉沙池設計水面平均寬度B計算公式為：B=A2/L，沉沙池有效設計水深H2計算公式為：H2＝QT/A2。

4 平流式沉沙池工程平面布置及設計高程控制

4.1 平面布置要點

沉沙池要按窄長形布置，出口溢流堰盡量遠離進口溢流堰，使泥沙的沉淀路徑和沉淀時間滿足設計要求，確保沉沙效果；進出口溢流堰的布置應充分考慮滿足進出口水流均勻和池內(nèi)流態(tài)穩(wěn)定的要求，宜對稱均衡布置；為節(jié)約工程投資，沉沙池的橫斷面以梯形為宜，邊坡系數(shù) m值取2～2.5較合適，邊坡太陡不方便施工；要取表層清水。出口溢流堰寬度應比進口溢流堰略寬一些，溢流堰頂水深應控制在0.1m左右；排沙閘應布置在沉沙池底板前三分之一左右的位置上，以利于提高自流排沙效果。

4.2 四個設計高程控制要點

（1）要控制好沉沙池進出口溢流堰的堰頂高程。使沉沙池的水力坡降控制在沉沙池設計水平流速范圍內(nèi)，確保沉沙效果；（2）要控制好溢流堰出口后自壓噴滴灌共用輸水干管進口工作池的設計水位，以滿足自壓噴灌運行時的壓力要求；（3）要控制好沉沙池排水閘底板的設計高程。建議排水閘設在下距沉沙池底板0.7m左右的位置上，排水道出口要與下游引水干渠或自壓輸水干管連接，盡量利用沉淀后的最后一池清水，避免水量浪費；（4）要控制好沉沙池排沙閘底板的設計高程。為方便自流排沙，建議沉沙池底板按大于 20‰的漏斗形縱坡來設計，漏斗底部高程就是排沙閘底板高程，當排沙閘開啟后通過人工進池攪動淤沙在水流作用下實現(xiàn)自流排沙。閘后排沙道要盡量裁彎取直，縱坡應大于沉沙池底坡，設計流速應大于2.5m/s，以提高排沙效果。

5 沉沙池防滲結(jié)構(gòu)設計要點

沉沙池開挖后的基槽尺寸要規(guī)矩，地基要碾壓或浸泡預沉密實，表面要十分平整并沒有大于4cm的卵石裸露，防止地基因不密實或不平整造成防滲土工膜撕裂或水壓擊穿破壞；在基槽表面鋪一層15cm厚的粘壤土或細沙土墊層，墊層中應不含石塊、樹根、草根等尖銳雜物。對邊坡要求灑水拍打密實整平，對底板要求壓實整平。鋪設防滲土工膜之前，必須撿掉墊層表面的一切穿刺物，確保鋪設的防滲土工膜不被穿刺漏水；在粘壤土或細沙土墊層上鋪設一層厚度為 0.5mm的黑色 PE復合土工膜，一布一膜，無紡布的單位面積重量要在 300g/m2以上。按膜在下布在上鋪設，使沉沙池底板和邊坡形成完整封閉的防滲體。

施工時要嚴格按照《聚乙烯（PE）土工膜防滲工程技術(shù)規(guī)范》（SL/T231-98）控制土工膜鋪設和焊接質(zhì)量，確保防滲土工膜的完整和接頭的嚴密，確保防滲效果；沉沙池襯砌護面應根據(jù)當?shù)亟ㄖ牧蟻碓辞闆r確定，沉沙池襯砌護面可采用混凝土現(xiàn)澆和漿砌卵石兩種結(jié)構(gòu)。如果采用混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，若不需要機械進入沉沙池清除泥沙時，根據(jù)《水利水電工程土工合成材料應用技術(shù)規(guī)范》（SL/T225-98）5.2.2（2）規(guī)定，底板和邊坡可不設細沙土墊層直接在復合土工膜上澆筑混凝土板；若需要機械進入沉沙池清除泥沙時，為防止機械對防滲土工膜的碾壓破壞，底板在澆筑混凝土前，必須先鋪一層厚20cm細沙土墊層予以保護?；炷磷o面最小襯砌厚度底板不得小于12cm，邊坡不得小于10cm。混凝土板伸縮縫應按“┷”形縫做好止水設計，在伸縮縫底部鋪設一層寬50cm的SBS水平止水壓板，每側(cè)混凝土板下搭壓寬度約25cm,以截斷伸縮縫下滲的水流，伸縮縫下部用高密度苯板嵌填，上部3cm灌塑料膠泥止水。如果采用漿砌卵石襯砌護面，為防止防滲膜破壞，必須先在復合土工膜上鋪一層厚 20cm的細沙土保護層，灑水拍打密實整平后，再鋪水泥砂漿砌筑卵石。

在沉沙池護面施工過程中，為嚴防施工操作對下部防滲土工膜造成破壞，要求所有施工人員必須穿平底膠鞋，運輸車道和堆放砂石料等重物下部必須鋪放木板，所有材料只能用手推車運輸。

6 結(jié)束語

新疆兵團第五師嚴格按照上述設計要點建設河流滴灌平流式沉沙池，有效解決了洪水期懸移質(zhì)泥沙造成滴灌系統(tǒng)堵塞問題，為農(nóng)作物、經(jīng)濟果木林灌溉提供重要水源保障，使土地資源得到合理開發(fā)利用，農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)得到匹配調(diào)整，對促進全師農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、增收發(fā)揮非常積極的作用。

1 裴云, 楊晉營. 灌溉沉沙池泥沙設計標準研究[J]. 水利水電技術(shù), 2007, 38(5): 12-15.

2 黃蔚萍, 薛瑞, 陳東運. 某水電站沉沙池方案比選設計研究[J]. 西北水電, 2011(5): 17-19.

3 劉燕, 劉曉俠, 呂景秋. 沉沙池在謝寨引黃灌區(qū)的具體設計及運用[J]. 地下水, 2006, 28(2): 79-80.