辛安泉供水工程取水方案设计比选

朱茂宏

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 概述

辛安泉供水改扩建工程以长治市辛安泉泉域泉水为取水水源，部分解决长治相关县市工农业生产用水的问题，工程设计取水流量5.0m3/s。工程水源地王曲泉群、实会泉群属于集中排泄带，具有水质优良、出水流量大、开采便利等优势，但由于在工程取水水源附近地下水的逐年大量开采，辛安泉泉域出流量呈减少趋势。

为满足工程取水需要，避免由于工程的实施造成地下水位下降、泉眼出流量减少甚至断流等现象，同时为满足用户对水量、水质的要求，减少河水中挟带的泥沙对提水水泵的磨蚀，保证取水安全可靠，确定在泉域下游采用集潜流的取水方式。

2 集潜流取水简介

集潜流取水是在工程区相对富水层中采用不同形式的集渗设施，通过水的渗透作用收集地下水和潜流水，达到取水目的。

根据有关资料，集潜流取水工程砂砾石层中单位产水量可达15～170m3/m/d，砂层中单位产水量可达5～20m3/m/d，由于砂砾石层颗粒相对粗，孔隙率大、渗透性相对好，因此，相比砂层取水效果较好。国内已建的兰新、天兰、成渝、宝成等铁路工程及乌鲁木齐燕儿窝水源工程、拜城种羊场工程等，均采用埋设集渗管取水方式，取得了较好效果。

3 辛安泉工程取水方案

参考国内外类似工程实例，根据辛安泉工程具体情况，初拟了三种集潜流取水方案。

3.1 集渗管取水方案

集渗管一般可选用无砂混凝土管、钢筋混凝土带孔管、陶土管、铸铁管等不同的管材。陶土管及铸铁管一般用于取水量较小的工程，本工程取水量偏大，不适合采用。钢筋混凝土带孔管（圆孔或条孔），孔净距需考虑结构的强度，由于开孔面积受限，相同管径下比无砂混凝土管渗水面积小。无砂混凝土管可通过调整混凝土配合比达到渗透率，渗水效果较好，渗水水质好，但需设钢筋混凝土骨架增加管身强度。因此，本集潜流取水工程选用渗水效果较好的无砂混凝土管。

无砂混凝土集渗管壁厚0.2m，顺水流方向水平布置7组，埋设在拦河闸前335m×156.4m的区域内，中间间隔6.0m宽的施工和检修道路。集渗管管中心间距1.8m，两侧与中间布置略有不同，两侧底孔闸上游单层布置2组，管中心高程低于底孔闸底板高程2m；中间表孔闸上游侧两层交错布置5组，上层管中心高程低于表孔闸底板高程2m，下层管中心高程同底孔闸处管中心高程。集渗管管顶以上分别回填砂砾过滤料（厚0.3m）、20～50 mm粒径的砂砾反滤料（厚0.3m）、5～20 mm 粒径的砂砾反滤料（厚 0.3m）、干砌块石表层防冲层（厚0.3m）。

3.2 集水池取水方案

集水池为钢筋混凝土结构，沿河道纵向共布置10排，总计30个，埋设在拦河闸前353m×108.2m的区域内。单个集水池尺寸为30m×29.4m×4.4m，排距5m，集水区底部通过内径1.0m的管道将相邻各排互相接通，池顶板及底板上梅花形布置200 mm的入渗孔，间排距1.5m。集水池之间用格宾石笼填满，池底板下设反滤土工布，顶板以上依次为：反滤层（厚1.0m）、无砂混凝土（厚 0.4m）、5～20 mm 粒径的砂砾反滤料（厚0.3m）、1～5 mm粒径的砂砾反滤料（厚0.3m）、格宾石笼表面防冲层（厚0.3m）。

3.3 集水井取水方案

参考大口井群集水原理，本工程集水井采用无砂混凝土结构，通过周边及底部富水层入渗达到集取潜水和地表渗水的目的。集水井沿河道纵向布置6排，总计84眼，布置在拦河闸前380m×132m的区域内。单个集水井井深6.0m，内径10.0m，净间距8.0m，各集水井及最终汇集水流的汇水池底部均采用内径1.0m的混凝土管相互连通。

4 方案比选

4.1 取水量

双层布置的无砂混凝土集渗管取水方案，管周边均可入渗，渗水量较多，渗水效果好；集水池取水方案为池底板、顶板开孔，水可通过开孔渗入集水池，两侧边墙未开孔不渗水，渗透面积较小，渗水量相对较少；集水井取水方案的水井周围与底部可同时入渗，入渗水量大，渗水效果好。三个方案虽有差别，但计算取水流量均可满足设计取水要求。

4.2 工程布置

根据工程总体布置，拦河闸工程设5个表孔和2个底孔（左右各1个），表孔底高程高，底孔底高程相对低，三个方案只能布置在拦河闸前有限的区域内。集渗管取水方案在整个区域内均有布置，为中间高两头低的形式，而集水池与集水井取水方案仅布置在拦河闸的表孔段，在底孔段因投资大未布置，因此集渗管取水方案的集水区域较其他取水方案大。

4.3 施工条件

集渗管取水方案的无砂混凝土管可提前在工厂定货或在其他场地预制，运到施工现场即可组装，施工工序干扰小，施工进度快；集水池取水方案的钢筋混凝土需现场浇筑，方量大，基坑开挖深，基底排水量大，造成施工强度大，工期较长；集水井取水方案的无砂混凝土井管采用沉井施工，井与井之间的混凝土连接管开挖深度大，排水量大，工期较长。

4.4 工程量及估算投资

三个取水方案主要工程量及估算投资见表1。

表1 主要工程量及估算投资对比表

集水池取水方案砂卵石开挖及钢筋混凝土工程量大，集渗管取水方案反滤料回填工程量大，集水井取水方案砂卵石回填及无砂混凝土工程量大。集渗管取水方案的估算投资最小，集水井与集水池取水方案估算投资相对大。

5 结论

三个方案计算取水量均满足设计取水要求，工程布置条件相当，集渗管取水方案施工条件优于集水池与集水井取水方案，且投资最小，因此辛安泉供水改扩建工程选用无砂混凝土集渗管取水方案。