辛安泉供水工程取水方案設(shè)計比選

朱茂宏

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

1 概述

辛安泉供水改擴建工程以長治市辛安泉泉域泉水為取水水源，部分解決長治相關(guān)縣市工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水的問題，工程設(shè)計取水流量5.0m3/s。工程水源地王曲泉群、實會泉群屬于集中排泄帶，具有水質(zhì)優(yōu)良、出水流量大、開采便利等優(yōu)勢，但由于在工程取水水源附近地下水的逐年大量開采，辛安泉泉域出流量呈減少趨勢。

為滿足工程取水需要，避免由于工程的實施造成地下水位下降、泉眼出流量減少甚至斷流等現(xiàn)象，同時為滿足用戶對水量、水質(zhì)的要求，減少河水中挾帶的泥沙對提水水泵的磨蝕，保證取水安全可靠，確定在泉域下游采用集潛流的取水方式。

2 集潛流取水簡介

集潛流取水是在工程區(qū)相對富水層中采用不同形式的集滲設(shè)施，通過水的滲透作用收集地下水和潛流水，達到取水目的。

根據(jù)有關(guān)資料，集潛流取水工程砂礫石層中單位產(chǎn)水量可達15～170m3/m/d，砂層中單位產(chǎn)水量可達5～20m3/m/d，由于砂礫石層顆粒相對粗，孔隙率大、滲透性相對好，因此，相比砂層取水效果較好。國內(nèi)已建的蘭新、天蘭、成渝、寶成等鐵路工程及烏魯木齊燕兒窩水源工程、拜城種羊場工程等，均采用埋設(shè)集滲管取水方式，取得了較好效果。

3 辛安泉工程取水方案

參考國內(nèi)外類似工程實例，根據(jù)辛安泉工程具體情況，初擬了三種集潛流取水方案。

3.1 集滲管取水方案

集滲管一般可選用無砂混凝土管、鋼筋混凝土帶孔管、陶土管、鑄鐵管等不同的管材。陶土管及鑄鐵管一般用于取水量較小的工程，本工程取水量偏大，不適合采用。鋼筋混凝土帶孔管（圓孔或條孔），孔凈距需考慮結(jié)構(gòu)的強度，由于開孔面積受限，相同管徑下比無砂混凝土管滲水面積小。無砂混凝土管可通過調(diào)整混凝土配合比達到滲透率，滲水效果較好，滲水水質(zhì)好，但需設(shè)鋼筋混凝土骨架增加管身強度。因此，本集潛流取水工程選用滲水效果較好的無砂混凝土管。

無砂混凝土集滲管壁厚0.2m，順?biāo)鞣较蛩讲贾?組，埋設(shè)在攔河閘前335m×156.4m的區(qū)域內(nèi)，中間間隔6.0m寬的施工和檢修道路。集滲管管中心間距1.8m，兩側(cè)與中間布置略有不同，兩側(cè)底孔閘上游單層布置2組，管中心高程低于底孔閘底板高程2m；中間表孔閘上游側(cè)兩層交錯布置5組，上層管中心高程低于表孔閘底板高程2m，下層管中心高程同底孔閘處管中心高程。集滲管管頂以上分別回填砂礫過濾料（厚0.3m）、20～50 mm粒徑的砂礫反濾料（厚0.3m）、5～20 mm 粒徑的砂礫反濾料（厚 0.3m）、干砌塊石表層防沖層（厚0.3m）。

3.2 集水池取水方案

集水池為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，沿河道縱向共布置10排，總計30個，埋設(shè)在攔河閘前353m×108.2m的區(qū)域內(nèi)。單個集水池尺寸為30m×29.4m×4.4m，排距5m，集水區(qū)底部通過內(nèi)徑1.0m的管道將相鄰各排互相接通，池頂板及底板上梅花形布置200 mm的入滲孔，間排距1.5m。集水池之間用格賓石籠填滿，池底板下設(shè)反濾土工布，頂板以上依次為：反濾層（厚1.0m）、無砂混凝土（厚 0.4m）、5～20 mm 粒徑的砂礫反濾料（厚0.3m）、1～5 mm粒徑的砂礫反濾料（厚0.3m）、格賓石籠表面防沖層（厚0.3m）。

3.3 集水井取水方案

參考大口井群集水原理，本工程集水井采用無砂混凝土結(jié)構(gòu)，通過周邊及底部富水層入滲達到集取潛水和地表滲水的目的。集水井沿河道縱向布置6排，總計84眼，布置在攔河閘前380m×132m的區(qū)域內(nèi)。單個集水井井深6.0m，內(nèi)徑10.0m，凈間距8.0m，各集水井及最終匯集水流的匯水池底部均采用內(nèi)徑1.0m的混凝土管相互連通。

4 方案比選

4.1 取水量

雙層布置的無砂混凝土集滲管取水方案，管周邊均可入滲，滲水量較多，滲水效果好；集水池取水方案為池底板、頂板開孔，水可通過開孔滲入集水池，兩側(cè)邊墻未開孔不滲水，滲透面積較小，滲水量相對較少；集水井取水方案的水井周圍與底部可同時入滲，入滲水量大，滲水效果好。三個方案雖有差別，但計算取水流量均可滿足設(shè)計取水要求。

4.2 工程布置

根據(jù)工程總體布置，攔河閘工程設(shè)5個表孔和2個底孔（左右各1個），表孔底高程高，底孔底高程相對低，三個方案只能布置在攔河閘前有限的區(qū)域內(nèi)。集滲管取水方案在整個區(qū)域內(nèi)均有布置，為中間高兩頭低的形式，而集水池與集水井取水方案僅布置在攔河閘的表孔段，在底孔段因投資大未布置，因此集滲管取水方案的集水區(qū)域較其他取水方案大。

4.3 施工條件

集滲管取水方案的無砂混凝土管可提前在工廠定貨或在其他場地預(yù)制，運到施工現(xiàn)場即可組裝，施工工序干擾小，施工進度快；集水池取水方案的鋼筋混凝土需現(xiàn)場澆筑，方量大，基坑開挖深，基底排水量大，造成施工強度大，工期較長；集水井取水方案的無砂混凝土井管采用沉井施工，井與井之間的混凝土連接管開挖深度大，排水量大，工期較長。

4.4 工程量及估算投資

三個取水方案主要工程量及估算投資見表1。

表1 主要工程量及估算投資對比表

集水池取水方案砂卵石開挖及鋼筋混凝土工程量大，集滲管取水方案反濾料回填工程量大，集水井取水方案砂卵石回填及無砂混凝土工程量大。集滲管取水方案的估算投資最小，集水井與集水池取水方案估算投資相對大。

5 結(jié)論

三個方案計算取水量均滿足設(shè)計取水要求，工程布置條件相當(dāng)，集滲管取水方案施工條件優(yōu)于集水池與集水井取水方案，且投資最小，因此辛安泉供水改擴建工程選用無砂混凝土集滲管取水方案。