宁夏中部干旱带调蓄水池设计与应用 3页

第32卷第10期人民黄河Vol_32．No．102010年lO月YELL0WRIVER0ct．．2010【灌溉·供水】宁夏中部干旱带调蓄水池设计与应用薛塞光，刘佳(1．宁夏水利厅，宁夏银川750001；2．宁夏大学数学计算机学院，宁夏银川750021)摘要：宁夏中部干旱带水资源十分匮乏，群众生活和生产用水非常困难。近年来，中卫市、同心县等缺水地区已建成5万～18O万m调蓄水池24座、0．1万～3万nl调蓄水池50座，每年调蓄水量约为3000万ITI。以宁夏中部干旱带蓄水池为研究对象，通过分析蓄水池设计规模、防护结构等，提出了宁夏中部干旱带蓄水池布置与结构设计方案，并介绍了其运行情况。关键词：干旱带；蓄水池；设计；宁夏中部中图分类号：TV222文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1000—1379．2010．i0．040宁夏中部干旱带水资源十分匮乏，天上降水少、地下好水1．4已建蓄水池少，群众生活和生产用水非常困难。特殊的自然条件和水资源近年来，中卫市、心县等缺水地区已建成5万～180万特点决定丫当地必须打破常规用水方式，从根本上解决缺水难m调蓄水池24座、0．1万～3万rn测蔷水池5O座，每年捌蓄题。笔者以宁夏中部干旱带蓄水池为研究对象，通过分析蓄水水量约为3000万ITI。容积为5万～180万[I1的大型调蓄水池设计规模、防护结构等，提出了宁夏中部干旱带蓄水池布置池是宁夏中部干旱带保障用水的骨干工程。与结构设计方案。1．5关键问题①结合已建提水工程的节水潜力和下带适合的作物，合1概况理确定蓄水池规模；②结合净水厂和微灌系统对水质管理要求，合理确定蓄水池布段；③结合当地自然环境和经济条件，合1．1自然条件理确定蓄水池结构。宁夏中部干旱带同心县和中卫市年降水量为239～313film．其巾7一l0月占75％、4__6月占20％；水面蒸发能力为2蓄水池规模设计1280～1350toni；年平均气温为7．4～8．4℃，7月份最高气温为20．7～22．8℃，极端最高气温为35．7oC，1月份最低气温为2．1用水标准一10．2～一6．8℃，极端最低气温一30．7℃。区域地貌单元有2．1．1人畜用水标准中低【lJ陵、Ij1前洪积尉、山问洼地等，海拔为1340～1780Ill，项U区农村居民生活饮用水为集中式入户供水，居民用水地面坡度为1．O％一2．5％。地层岩性主要有第四系全新统和定额为4OL／(人·d)，规模饲养大型牲畜的用水定额为4O上更新统的黄土状壤土、沙壤土、砾石、粉细沙，及第三系泥岩、L／(头·d)，饲养羊的用水定额为5c／(只·d)。管网漏失、净砾岩等，其Lf1壤土层具有I级非自重至Ⅳ级自重湿陷土的特水厂自用和未预见等水量取15％。征，湿陷土层厚度为10～30mI。。。2．1．2作物补灌用水标准1．2水源条件特色农作物在利用7—10月降水基础}：，通过“坐水种”、近30a来，宁夏中部干旱带建设了具有可靠供水77．2微灌和管灌等方式，重点补充了4_H6月需水敏感期的用水]。m／s能力的提黄河水工程，解决了70多万人的饮水问题，形成①枣树与马铃薯问作。定植枣树675棵，补灌水量为150m；灌10．67万hm。为了继续解决灌区周边50多万人饮水和定植马铃薯36000株，补灌水量为450m。②枣树与压砂瓜问6．67万hm早耕地供水的问翘，?2)O6年以米宁夏又兴建r多处作。定植枣树540棵，补澎水量为120FII；定植压砂瓜2700小提水泵站、输水管道和调蓄水池，向周边地区提供黄河水。株，补灌水量为330nl。⑧马铃薯。定植马铃薯45000株，补1．3经济社会灌水量为570ITI。④压砂瓜。定植砂瓜3300株，补灌水量研究区以早作农业为主，广种薄收，作物包括小麦、马铃收稿日期：2010一O3矗o5薯、糜等，每公顷粮食产量约为600kg。农民年人均纯收人作者简介：薛塞光(1957-)，男，陕西定边人，高级I程师(教授级)，主要从事为l900元，外出务工是收入的主要来源。受长期缺水制约，水利工程规划设计与研究工作地基础设施条件薄弱，经济社会发展缓慢。E—mail·xuesaiguang@163cr，【Il·93·n人民黄河2010年第lO期为390m。另外，设施农业大棚灌水3900m、小棚灌水18003．2防渗结构m。特色农业生长期每公顷补灌净水量为720m、毛水量为池内坡防渗主要有混凝土板结构、卵砾石结构、防渗膜结825m。构等，池底防渗主要有土料结构、混凝土板结构等。2．2调节方式3．3防冻措施2．2．1供水条件①适当放缓池内坡比；②池内坡表面铺有抗冻胀性能的卵宁夏捉水工程全年供水180d，其中第一时段为4月1砾石层；③提高坡研混凝：￡板抗冻标板间设宽5—10cm变形日一8月底、第二时段(冬灌)为l0月下旬～l1月下旬每处提水缝，填充无砂细石混凝土，问时混凝土板下铺砾石土排水垫层。工程可能提供的流量(蓄水池进水流量)为0．2～1．0m／s。4蓄水池运行状况调查]2．2．2用水情况在特色作物用水的4—-6月，每天白天灌溉12h。项目区4．1工程状况用水流量(蓄水池放水流量)为0．4～1．8nl／s。4．1．1蓄水池布置2．2．3调节计算①大型沉沙池和清水池等多个池联运时，与沉沙池水质相通过调节供、用水时间和供、J}j水丰枯状况不协调的用水比，清水池浊度下降明娃；②沉沙和清水调蓄一体的大型蓄水配置，确定蓄水池的调节容积。池在远离进水口处水质较好。2．3规模设计4．1．2池内坡比2．3．1蓄水池规模①卵砾石结构。池内坡比为1：5、卯砾石粒径为3～20cm蓄水池蓄水容积由调节容积、淤积容积、蒸发蛀、渗漏量组的坡面比较稳定；池内坡比为1：3、卵砾石粒径为1～5cm(或成，计入超高容积后则为蓄水池总规模。①淤积容积。在蓄水沙壤土)的坡面普遍发生滑塌变形。②混凝土板结构。池内坡期，黄河水平均泥沙含量为3．2～4．0kg／m，中值粒径为0．025比1：3～1：2．5的坡面比较稳定，没有明显变形的情况发生。mm，按淤积年限l0—25a计算，淤积量约占蓄水容秋的10％；③其他结构。征池内坡比1：3—1：2的情况下，防渗膜或红②蒸发量。水面蒸发量按蔷水池J平均水而研积当月平均砖坡面都比较稳定、月蒸发能力计算确定，一般蒸发量约占莆水容积的7％；③渗漏4。1．3防渗效果量。虽然蓄水池均采用了防渗膜，但是没计中渗漏垣还是按蓄防渗膜大面积施：[质较好。无论采用单膜，还是一布一水容积的2％计。④超高容积。容积为5万～l80万in的蓄膜、二布一膜，调奁的蔷水池防渗效都较好。从小西沟蓄水水池超高为1．0～1．7m¨4，相应容积占蓄水池总规模的20％～池内坡面修复过程巾发现，土上膜热粘缝合仅有2处开裂，占26％。调查总量的0．5％；土工膜受施工损伤有3处，占调查总量的2．3．2进、出水规模0．001％。①容积为1O万m以上蓄水池的进水流为0．5～1．04．2蓄水状况m／s，出水平均流量为1．0m／s，敲大}“水流精为1．8m／s。4．2．1调蓄状况②容积为3万～7万m蓄水池的进水流量为0．2～0．5m／s，调查中发现，进入大蔷水池的水量与设计值有较大差出水平均流量为0．4m／s。异，一些蓄水池实际来水量比设计水量少10％～25％。个别蓄水池放水口在泥沙淤积面高程以上，使蓄水池运行初期有3蓄水池布置与结构设计10％一30％水量难以利用。4．2．2淤积状况3．1蓄水池布置目前干旱带蓄水池布置有两种形式，一是沉沙与清水分设①蓄水池每年平均淤积泥沙厚度为13～17cm；②泥沙淤成两个或两个以上的池子，二是集沉沙与渊蓄于一体的单池。积在蓄水池进水口附近较厚，距进水口中小池70m、大池150m以外的淤积较小；③多数运行2～5a的蓄水池没有清淤。蓄水池的布置还应考虑进水口、放水口、测量装置、管护路、防护栏等设施。蓄水池平面多接近于矩形，池底长103—630m、4．2．3冰冻、风浪状况宽90—400m，池深3．0～15．2m。大中型蓄水池水深宜取5～在冬季蓄水的蓄水池，水面结冰厚20—30cm，没有发现池10m，小型蓄水池水深宜取3m以上。若沉沙池容积超过10内坡面的冻坏现象。池风浪顺坡面爬高一般为0．5m，最大万m，则沉沙与清水宦分开设置。约1．2m。在建筑材料满足要求的条件下，池内坡面宜首选卵砾石结4．3水质状况构防护，其内坡比取1：5～l：4．5，表层铺25Cnl、粒径3—4．3．1沉沙池和清水池分设15cm的卯砾石；对重要的大中型蓄水池，卵砾T?增加厚在连续运行条件下，容积小于1万m的沉沙池的预沉沙15～20cm、粒径l～5cm的砾石土。荇采用混凝土板结构，则效果不明显，容积大于l0万m的沉沙池沉沙效果明显。经过其内坡比取1：3，C20混凝土板厚取7cm；中小型蓄水池内坡第一级清水池，浊度为30NTU，达到一级沉淀处理出水浊度水比1：2．5～1：2，C20混凝土板厚取6(：n】；扳下铺厚25em、粒平和微滴灌水质怀准。；经过第二级清水池，浊度小于15径1～10rm的砾石土。NTU，达到二级淀处理出水浊度水平。(下转第97页)·94·n人民黄河2010年第l0期表3南水北调中线受水区主要大型灌区干旱评估模型灌区名称农业干早评估模型灌区名称农业=f=估1葜型人民眭烈粱psDIl=0．837z+0．190PSDl—l鸭溺uPSD|：0．792zT+0．197PSDI一l或嘉PsDft=0．797z|十0．246eso~．一漳滏河PsD，，=0．774z，+0．I91PsD，韩董庄PsD，J：o．813z，十o．196PSD~．一l石{PsD|：0．791z+0．188psDl南，h堤PSD||=0．782zt十0．215PsDi1沙讽PSDll=0．752zt+0．185PsI)|H桨梢PsDIl=0．848zl+0．189PsDll。寇涌PSDIj=一0783z+0．186PSD~．1潍南PsDl|=0．801zl+0．208PsDft_、岛∈誊孓PsDl=0741zi+0183Psn|、卑牟杨梅PsD|t=0．902z}+0．208PsD|H永PsDl=0．762z+0．178PsDl—l乜沙PsDll=0．821z|+0．223PsD1．沿PSDll=0．702z1+0．181Psbl|一醍tpsDl：0．823z1+0．209PSDfl-、褥t'SD~=0．663z+0．174Psf)l亡l龟lPsDl|=0．826z|+0．199PsDI|-1海子PsD1=0．683z|+0．167psDl|。昭平台PSDl；=0．831zl+0．214PSDl_I{}jPSD!=0．657z|+0．170PS1)Ijl孤=(=i滩PSDl1=0．842zl+0．202PsDI．I肇包漪iPSD|l=0．639z+0．169Ps|)l_l表4受水区主要大型灌区干旱模拟结果不能够满足农业灌溉需求，丰水期年份降水年内分布不均匀又灌区干旱情况灌区干旱情况导致了部分灌区出现l『非涝即早的现象。河北省灌区的作物名称年数／a频率／％名称年数／a频膏《／％主要为小麦、玉米等，需水量相刈‘较小，但河北省灌区的年均降人民胜利渠3066．7鸭河口2453．3水量要小于河南省，绝对旱度较高，此受水区干旱的频率都武嘉3168．9漳滏河3373．3比较高。韩董庄3O66．7石津3271．1南水北调中线可供给农业用水十分有限，为了使宝贵的水南小堤2964．4沙河3168．9资源得到充分利用，根据模拟卜评估结果分析，应当优先补渠村2964．4唐河3O66．7水给河北省的漳河、行津、沙河和唐河，以及河南省的漳南、漳南3271．1房来涿2555．6武嘉、韩董庄、南小堤、渠村和人民胜利渠等l0个重点灌区。中牟杨桥2657．8易水2964．4白沙2862．2治河2964．4然后，再按照各灌区干早的频率以及作物需水的程度等依次补颖汝2862．2新河2862．2水。这样，重点对干早农业灌区实施农业和生态相机补水，可白龟山2760．0海子2862．2以更有效地缓解中线受水区闼水资源缺乏而导致的干二旱情况。昭平台2760．0团泊2760．0孤石滩2760．0里自沽2555．6参考文献：(3)整个受水区的灌区全年干旱历时一般为90～150d，[1]王志兴，岳平，李春红，等．农业下。早及干旱指数计算方法的探讨[J]．黑龙冬旱、秋旱主要影响冬小麦的产量，可依据气象预报与干预江水利科技，I995(2)：78—79．测结果确定相关抗旱减灾措施。[2]袁文平，周广胜．干旱指数的理论分析与研究展望[J]．地球科学进展，2004，19(6)：892—991．3结语[3]AlleyWM．ThePahnerdroughtseverityindexasameasureofhydmlo~cdrought[J]wnterResoHrc~sBulletin，198521(1、：105—1l4．依据上述分析结果，可以有针对性地制定南水北调中线受[4]余晓珍．美国帕尔默早度模式的修正和应用[J]．水文，1996(6)：3O一33．水区调水措施。河南、河北两省都是我国农业大省，河南省灌[5]徐向阳．农业干旱评估指标体系[J]．河海大学学报，2001，29(4)：57一印．区主要以种植水稻为主，水稻需水量比较大，造成当地降水量【责任编辑赵宏伟】(上接第94页)水利水电勘测设计研究院有限公司，2009．4．3．2沉沙和清水调蓄于一体[2]薛塞光，陈炀．宁夏中卫综合供水工程可行性研究[R]．银川：宁夏水利水电勘测设计研究院有限公司，2009每年黄河汛期，蓄水池进水口附近水浊度为200～5100[3]薛塞光，鲍子云．宁夏同心县下马关以色列合作项日灌溉技术示范区实施NTU。据测量，黄河水入池停留20h，静态水浊度为2O～4O方案[R]．乌鲁术齐：新疆瑞祥农牧设计院有限公司，2010NTU；人池水停留超过72h，静态水浊度为1O～20NTU，达到二[4]中1：f{j人民共和国水利部．S~74-2001碾压式土石坝设计规范[S]．北京：级沉淀处理出水浊度水平，10d后，静态水浊度小于5NTU。中l=目水利水电出版社，2001．连续进水与供水情况下，距进水口150m以外的水浊度～一般小[5]薛塞光．宁夏干旱带蓄水池与水质渊奁[Rj．银川：宁夏水利厅，2010．[6]中华人民共和国建设部CJJ40一O1高浊度水给水设汁规范[S]．北京：中于100NTU，达到微滴灌水质标准。国建筑工业出版社，1991．[7]中华人民共和国水利部．sLl03—95微灌]：程技术规范[S]．北京：中国水参考文献：利水电出版社，1995．[1]薛塞光，陈玉贵．宁夏同心东部综合供水工程可行性研究[1tj银川：宁夏【责任编辑刘祺】·97·