淺析吳起縣薛岔水源地建設方案

齊文舉，李占東

（陜西省吳起縣水務局，陜西 吳起 717600）

吳起縣位于黃土高原的腹地，屬陜北黃土高原丘陵溝壑區，區域降水量偏少，地下水中Cr6＋不斷檢測出且含量逐年遞增，加之近年來，隨著能源經濟的迅猛發展，因此資源性缺水和水質型缺水問題已成為當地經濟社會進一步發展的“瓶頸”。為解決縣城居民生活用水問題，吳起縣在努力挖潛的同時積極開展水資源普查工作，選定薛岔地下水為縣城供水的主要水源地，設計日可供水量為7000 m3/d，基本可滿足縣城居民生活用水需求。

該供水工程主要由水源地集水工程(20眼水井)，輸配水管道工程、以及縣城水廠等單項工程組成。鑒于工程水源為地下水，水源地建設方案的合理性就成為本工程的難點和重點，關系到工程后期運行管理的成本問題。

1 水源地井群建設方案

1.1 水源地概況

吳起薛岔水源地范圍位于吳起縣縣界范圍內的薛岔鄉薛岔林場～大路溝隧洞東端張家洼段，東西長7 km，南北寬3 km，開采區面積21 km2。區內溝壑林立，地形破碎，橫跨洛河和周河流域分水嶺，地形地質復雜，海拔在1300 m～1790 m之間，垂直落差較較大。開采范圍內洛河組含水層厚度為300 m～350 m，水位埋深 85 m～260 m，單井涌水量 500 m3/d～3000 m3/d，礦化度一般為1.1 g/L～1.3 g/L，水量豐富，水質較為穩定。

本工程設計以管井采取白堊系洛河組地下水為主，環河組次之。本工程共布設20眼管井（其中水源井17眼、監測井3眼）。其中位于山上的15眼水源井深度750 m～850 m，位于川道的5眼水源井深度650 m～850 m。

1.2 地下水開采方案

根據水源地水文地質條件分析，區內主要開采層位為白堊系洛河組砂巖，次開采層位為白堊系環河組砂巖。采用平均布井方式開采區內地下水。從水源地水化學資料和地質資料分析，為確保單井出水能力，同時考慮到生活飲用水的安全，布井區選擇在含水層厚度大，補給條件較好、地下水水質較好，六價鉻含量較低的薛岔到宋莊溝谷地段。

據抽水試驗資料，確定各方案開采井抽水量為250m3/d～1157m3/d，井間距1 km。考慮到臨縣水資源的相關問題，共設計三種開采方案，見表1。

表1 開采方案下水位降預測統計表

考慮地下水開采引起的地下水位下降、河川基流量衰減、現狀地下水開采量等因素，開采方案中第一種方案對水源地地下水流暢影響較小，但開采方案三隨著開采時間的增加，對水源地地下水流場影響越大，開采井孔內降深也接近開采層含水層厚度的1/2，使得降落漏斗面積會不斷增大，綜合兩者建議選擇方案二作為水源地開采設計方案，能使得開采量得到保證的同時，不會加大降落漏斗影響范圍，由于開采量大部分來源于地下水存儲量，隨著地下水的開采時間的增加，降落漏斗面積會愈來愈大，但考慮到飲用水安全和生活用水的緊缺，可考慮動用地下水儲存量，同時建議適當關閉部分現有開采井，以保證水源地開采井的正常運行。因此，推薦方案Ⅱ設計的7000 m3/d開采量作為薛岔水源地的可采資源量。

2 水源地集水系統方案

2.1 井群集水方案

鑒于水源地面積大，抽水井點多，區內地形地質復雜多變，本次設計采用分區集水系統，擬在水源地規劃建設一座蓄水池，作為水源地井群的集水設施，其高程上滿足工程后續輸配水管道重力自流的要求的基礎上，將抽水管井按照井口高程劃分為高、低兩個集水管網。高區系統主要解決位于梁峁上的11眼水井集水問題，井口以后輸水為重力流；低區系統主要解決位于川道的6眼水井集水問題，井口以后輸水為壓力流。

水源地集水系統總體方案具體如下:在區域分水嶺以西——大路溝隧洞出口設置1座集水池（1500 m3調蓄水池），水池設計平均水位1560 m，各管井通過2條枝狀集水管網、7條支管匯入集水池，其中分水嶺以東布設2條集水管網（1條重力、1條壓力），分水嶺以西布設1條集水管網（重力）；分水嶺以東的2條集水管道以隧洞的型式穿越分水領，并最終匯入集水池。集水池以后的2口井（XK8，WS12）直接匯入輸水主干管。

圖1 水源地井群集水系統平面布置圖

2.2 集水系統水力計算

考慮到水源地井群的各個水源井的位置、高程、靜水位、動水位以及集水池位置，本次水源地的集水系統按照管井抽水和集水管網兩部分獨立計算。

2.2.1 計算原則

首先確定各個水源井與集水池的高程相對位置，分重力輸水和壓力輸水兩條集水系統。考慮將位于梁峁且高于集水池的水源井采用重力自流的方式輸水至水源地蓄水池（1500 m3），將位于川道且低于集水池的水源井考慮采用水泵直接抽水至自流水源地蓄水池（1500 m3），這樣水源地集水管網形成兩條集水干管（一條重力集水干管、1條壓力集水干管）。

2.2.2 計算方法

針對不同的集水方式，重力集水和壓力集水采用不同的計算方法。壓力集水系統按照多泵并聯方案進行壓力集水管網計算。重力集水系統采用單泵抽水至管路最高點，之后為重力自流至重力集水管網。管井抽水及集水管網的水力計算按照《室外給水設計規范》和《泵站設計規范》推薦的要求進行計算，根據各個管井的位置、井深、特征水位，集水管網、集水池位置及高程，確定各個水源井水泵和集水管網的裝機容量、干支管管徑。具體計算方法如下：

2.2.3 井泵設計

水源地20眼管井，分布于薛岔溝兩岸。管井井泵抽水至輸水干管，管井取水水位按最低動水位確定，根據水文地質資料，井泵總揚程計算式為：

式中，H為水泵設計揚程（m）；△t為各井口經水力計算需要的水頭（m）；△d為井動水位變化值（m），由西安地質礦產研究所《水文地質勘查報告》查得；hs為深井出水管路損失，（m）；Hc為地下水埋深（m）。

經計算，水源管井20臺井泵總揚程為219 m～417 m，水泵的揚程相差相對較大，水源管井布置分散，為充分發揮水泵的效率，降低能耗，根據不同抽水揚程選配裝置功率為55 kW和75 kW的兩種潛水井泵。

2.2.4 集水管網管徑

本次集水系統管網水力計算的基本理論仍采用《室外給水設計規范》推薦采用的海森威廉公式。經計算，支線管道選用為dn110～DN160的1.6MPaPE管，干管采用選用為dn200～DN250的1.6MPaPE管，

3 結語

本工程水源地為地下水源，該水源地面積為21 km2內布置了20眼水源井，加之水源地為黃土梁峁溝壑區，地勢北高南低，四周高中間低，地形支離破碎，川道縱橫交錯。為解決黃土丘陵溝壑區的井群集水問題，在建設過程采用等壓線法，合適選取的虛擬水平面，充分利用水源井潛水泵的抽水揚程，實現集水管網采用分區分壓的設計思路，使水源集水系統的工程方案實現技術安全可靠，經濟合理可行，管理運行便捷，使整個吳起縣城供水工程實現重力流供水到戶。