興縣工業(yè)基地一期工程取供水方案比選

冀永強(qiáng)

（山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 工程布置

興縣工業(yè)基地水資源綜合開發(fā)利用一期工程主要是解決氧化鋁項(xiàng)目的工業(yè)生產(chǎn)用水、生活用水及沿線居民的人畜飲水問題，本工程供水水源為黃河漫灘水源和魏家灘巖溶水水源。兩水源供水管線的布置原則為：一是充分利用地形水頭差，采用有壓重力流輸水，以節(jié)省能耗，降低工程運(yùn)行成本。二是輸水管線布置盡量取直，以減少水頭損失及控制性工程的規(guī)模，降低工程造價，且盡量靠近現(xiàn)有道路或規(guī)劃道路敷設(shè)，以方便施工和運(yùn)行維護(hù)管理。三是盡量避免輸水管線穿越公路及河道（溝渠），避開不良土質(zhì)地帶及避免穿越村莊和大片林地，以保護(hù)環(huán)境，方便群眾生產(chǎn)生活，避免造成水土流失。

1.1 黃河漫灘水源供水工程

黃河漫灘水源供水工程從黃河灘地后彰河墕水源地開鑿大口井取水，為位于龍耳會村東、沙溝廟村西的氧化鋁項(xiàng)目提供生產(chǎn)生活用水，年供水規(guī)模930.2萬m3。黃河漫灘水源供水體系包括后彰河墕水源地、一座加壓泵站和13.61 km的供水管線。

1.1.1 取水方式比選

取水方式有兩種方案：方案一是在后彰河墕的黃河漫灘上設(shè)大口井，利用黃河漫灘松散巖類孔隙水作為水源；方案二是根據(jù)黃河河道的自然走勢，在后南會村附近設(shè)泵站直接從黃河內(nèi)取用地表水作為水源。

方案一的優(yōu)點(diǎn)是工程布置簡單，建筑物較少，在河漫灘直接取水，取水條件較好，取水可靠性不受黃河主流擺動的影響；水質(zhì)條件好，不需處理泥沙問題；工程投資較小。缺點(diǎn)是供水線路條件差，受嵐漪河影響較大，供水線路較長；工程布置大口井的數(shù)量受黃河漫灘范圍、地質(zhì)條件及井間距的限制，從而影響了取水量。

方案二的優(yōu)點(diǎn)是供水線路條件較好，受嵐漪河影響較小，供水線路較短；工程取水量不受限制。缺點(diǎn)是工程布置復(fù)雜，建筑物較多；取水條件較差，取水可靠性受黃河主流擺動的影響；水質(zhì)條件較差，須設(shè)泥沙處理設(shè)施；須設(shè)供水隧洞將黃河水調(diào)至嵐漪河道前石門村附近；工程投資較大。

通過對兩方案的工程布置、取水條件、水質(zhì)條件、供水線路、取水量及工程投資等方面進(jìn)行分析，并考慮到黃河水量充沛，水源地可開采量除受河水流量動態(tài)和含水層地質(zhì)條件限制外，主要取決于取水建筑物結(jié)構(gòu)形式和水源地布井方案。后彰河墕的黃河漫灘水源地采集河漫灘松散巖類孔隙水，松散層顆粒較粗，地層巖性為砂礫卵石層，厚度10～22 m，下部基巖為砂巖、頁巖互層。黃河漫灘水位埋藏淺，含水層平均厚度10 m，水位埋深4～5 m，適宜采用大口井傍河集取淺層地下水。所以，確定方案一為推薦方案。

1.1.2 供水工程布置

為滿足供水量需要，在黃河灘地后彰河墕水源地開大口井21眼，沿黃河岸邊南北向布置，井距150 m，井深20～30 m，直徑5 m，大口井上部封閉并設(shè)直徑5.0 m的井泵房，井內(nèi)配套井泵，上部井泵房內(nèi)配套相關(guān)機(jī)電設(shè)備。

根據(jù)黃河灘地后彰河墕水源地地下動水位和氧化鋁項(xiàng)目蓄水池設(shè)計(jì)水位，確定地形揚(yáng)程為94.15 m，考慮到水頭損失后的設(shè)計(jì)揚(yáng)程太高，且每眼大口井內(nèi)都需配套一臺井泵，數(shù)量較多，故在嵐漪河入黃河口裴家川口村南、嵐漪河右岸的灘地上設(shè)置一座加壓泵站，將大口井提上來的水匯入加壓泵站前池，經(jīng)加壓泵站加壓后送至氧化鋁項(xiàng)目蓄水池。

1.2魏家灘巖溶水水源供水工程

魏家灘巖溶水水源供水工程從魏家灘巖溶水水源地開鑿深井，取用深層巖溶水作為氧化鋁廠區(qū)、沿河居民、生活園區(qū)供水，供水水量239.2 m3，包括魏家灘巖溶水水源地、一座蓄水池和13.92 km的供水管線。

1.2.1 取水方式

魏家灘巖溶水水源地位于魏家灘鎮(zhèn)，地處天橋泉域巖溶水徑流區(qū)。天然狀態(tài)下，水源地巖溶水由東南向西北徑流；開采狀態(tài)下，地下水向水源地匯集。含水層主要為上馬家溝組灰?guī)r，巖溶裂隙較發(fā)育，富水性較強(qiáng)，單井涌水量較大，是集中供水的理想水源地。

1.2.2 供水工程布置

在魏家灘鎮(zhèn)西側(cè)共布置3眼深井，井距200 m，井深600 m，井徑550 mm，井上部封閉并設(shè)4.8 m×7.2 m的井泵房，配套有深井泵及相關(guān)機(jī)電設(shè)備。

魏家灘巖溶水水源經(jīng)深井泵提水匯集進(jìn)地面蓄水池，經(jīng)蓄水池調(diào)蓄后供水。供水管線自蓄水池沿嵐河向下游經(jīng)魏家灘鎮(zhèn)西側(cè)的斜溝煤礦項(xiàng)目、馬蒲灘、高家崖、九元坪、鄭家塔、瓦塘鎮(zhèn)、沙溝廟至沙溝廟村西的氧化鋁項(xiàng)目蓄水池。

2 管道選擇

2.1 管徑確定

壓力管道采用單管供水至氧化鋁項(xiàng)目蓄水池，長13.61 km，管道選用鋼管。根據(jù)泵站壓力管道所要求的經(jīng)濟(jì)流速，管徑確定為700 mm。

2.2 輸水方案選擇

根據(jù)工程對供水保證率和水質(zhì)要求較高的實(shí)際情況，且輸水線路沿線沖溝較多，采用埋地管道輸水可克服沿線建筑物過多、工程可靠性差的缺點(diǎn)。另外，本工程地處北方寒冷地區(qū)，埋地管道具有保證冬季安全輸水的特點(diǎn)，所以采用埋地管道、有壓輸水的方式。

2.3 單、雙管輸水方案比較

雙管方案較單管方案開挖的溝槽較寬，在局部地段布置較難，必須增加穿河道次數(shù)，這樣不僅增加了安全防護(hù)難度，而且加大了施工難度，使穿河段施工成為工期的控制性部分，而單管方案開挖的溝槽較窄，管道穿河段的次數(shù)減少，從而降低了施工難度，保證了工期，提高了輸水線路的整體安全性。

單管方案鋪設(shè)管道占地面積少，可減少工程占地投資。在過流能力相同的前提下，單管方案在管道安裝方面所需時間少，可加快施工進(jìn)度，保證工期。同時該方案工程投資較雙管輸水方案低。

根據(jù)規(guī)范要求，事故供水量應(yīng)為設(shè)計(jì)供水量的70%。雙管方案在一根管道發(fā)生故障時，可利用管線上設(shè)置的連通管保證向供水區(qū)供水70%的設(shè)計(jì)流量，提高供水保證率；單管方案可在供水末端設(shè)置調(diào)節(jié)蓄水池，且應(yīng)在規(guī)定時間內(nèi)修復(fù)。在運(yùn)行管理上，單管方案要求較高。

通過比較，結(jié)合工程供水管線較長等情況，對壓力管道和輸水管道均采用單管供水方案。

2.4 管材選擇

本工程供水對象為工業(yè)及生活用水。作為距離長、保證率高的輸水工程，對輸水管道可靠性能、抗外界不利因數(shù)性能、耐久性能等方面的要求較高。從目前國內(nèi)管材生產(chǎn)來看，鋼管、球墨鑄鐵管、玻璃纖維增強(qiáng)塑料加砂管均可滿足以上要求，而預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管雖然其單位長度造價明顯低于上述管材，但由于在接頭處理、抗沉陷變形、使用壽命等方面的缺陷，使得該管材的運(yùn)行成本、二次投入成本均高于其他管材。因此，結(jié)合國內(nèi)管材生產(chǎn)和工程實(shí)際，重點(diǎn)對鋼管、球墨鑄鐵管和玻璃纖維增強(qiáng)塑料加砂管進(jìn)行綜合比較，以確定推薦管材。

球墨鑄鐵管較鋼管重，安裝運(yùn)輸復(fù)雜；管道輸水中會產(chǎn)生腐蝕瘤；管道柔性接口有滑脫現(xiàn)象；接口膠圈有老化現(xiàn)象，且國內(nèi)目前沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，膠圈壽命很難達(dá)到球墨鑄鐵管同樣的壽命。其優(yōu)點(diǎn)是管道價格略低于鋼管，但管道配件價格比鋼管明顯偏高。鋼管重量輕，便于安裝，廠家多，抵抗地基變形能力強(qiáng)，但價格略高于球墨鑄鐵管。

玻璃纖維增強(qiáng)塑料加砂管具有耐腐蝕性能好、重量輕、安裝方便、水力性能好等優(yōu)點(diǎn)，其導(dǎo)熱系數(shù)低、熱應(yīng)力小、絕緣性能好、抗熱耐寒，與鋼管、球墨鑄鐵管相比，重量輕、運(yùn)輸方便，但耐外壓性能和適應(yīng)內(nèi)壓波動性能較差。

通過以上各管材的綜合比較，結(jié)合本工程實(shí)際情況，黃河漫灘水源供水管線為泵站壓力管道，推薦采用鋼管；魏家灘巖溶水水源供水管線為重力式自壓輸水，工作水頭均勻，管道產(chǎn)生負(fù)壓的幾率很小，因此，該段管線推薦采用玻璃纖維增強(qiáng)塑料加砂管。