吳起縣薛岔水源地供水工程水源集水方案探討

薛長青

(陜西水環(huán)境工程勘測設(shè)計研究院，陜西西安710018)

吳起縣位于延安市西北部，地處黃土高原黃河中游無定河和北洛河源頭地區(qū)、毛烏素沙漠南緣，距延安市173 km。

薛岔水源地供水工程是在城區(qū)水資源缺乏、地下水嚴重超采及周邊地表水、地下水嚴重污染，縣城居民生活飲水安全受到極大威脅情況下，將薛岔水源地的地下水通過供水管道輸送至縣城。根據(jù)《吳起縣薛岔供水水源地水文地質(zhì)勘查報告》，薛岔水源地東起吳起～志丹縣界張家洼，西至薛岔村，東西長約 7.0 km，南北寬約 3.0 km，面積約 21 km2，共規(guī)劃建設(shè)20眼管井，井群沿宜定公路(S303)兩側(cè)呈枝狀分布，水源井位置離S303省道遠近不一，最遠距離1.5～1.8 km，最近距離約10 m左右，水源地井群出水量穩(wěn)定，水質(zhì)良好，僅需稍加處理，可達到居民生活飲用水標準;因此吳起縣城供水工程水源地采用薛岔地下水源，日可開采水量7 000 m3/d，年可供水量 255.5 萬 m3。

薛岔水源地井群位于薛岔鄉(xiāng)以東寧賽川與周河分水嶺兩側(cè)，東部15口井分布于周河駙馬溝支溝至柳樹溝，西側(cè)5口井分布于洛河寧賽川支溝至薛岔溝，新、老宜定公路(S303)均從水源地穿越，新公路分別以大路溝隧洞和盤山公路穿(跨)越分水嶺，從地形上看，只要穿過該分水嶺，則位于分水嶺兩側(cè)薛岔溝內(nèi)的各管井和另一側(cè)柳樹溝內(nèi)分布的管井即可串聯(lián)起來。各水源井是通過支管直接加壓進入輸水干管還是分別匯集到集水池后進入輸水干管需進行集水方式和集水管線方案比選。

1 水源井集水方式

吳起縣薛岔水源地20眼管井集水方式有井泵直接加壓和集水池兩個方案進行比較。

1.1 方案一:井泵直接加壓方案

井泵直接加壓方案即充分利用了井用潛水泵小流量、高揚程的運行特點，由井泵抽水直接加壓匯入輸水干管。該方案減少了線路構(gòu)筑物的工程量，降低了投資，減少了運行管理成本，針對多井水源管網(wǎng)，輸水保證率也可滿足要求，但由于干管與各支管聯(lián)成一個有機整體，系統(tǒng)中各井泵的工作狀態(tài)相互關(guān)聯(lián)、相互影響，不利于電氣設(shè)備的布置及運行，運行安全性相對較差。

1.2 方案二:集水池方案

該方案取水頭部不變，考慮水源井泵與輸水干管聯(lián)成一體后相互間的不利影響，本次設(shè)計在水源各支管匯入干管前，在S303宜定線路邊修建一座集水池。將水源井按照地面高度分為兩種，需要加壓至集水池和提升至現(xiàn)狀地面線后自流進入集水池兩條線路。方案比較詳見表1。

表1 集水池方案與井泵直接加壓方案比較

井泵直接加壓方案由水源地各井泵加壓后，通過支管直接進入輸水干管，該方案優(yōu)點是省去了集水池，既減少了占地面積，又節(jié)約了投資，降低了后期運行成本，最大限度利用了井泵抽水的特點;缺點是20臺井泵多泵并聯(lián)，通過輸水干管聯(lián)成一個整體，每個管道匯流節(jié)點間壓力的瞬間不平衡，影響管道水流流態(tài)及系統(tǒng)中其他井泵的工作狀態(tài)，降低井泵機組的效率，且對井泵水源區(qū)的運行管理要求較高。集水池方案即在井泵與輸水干管之間適當(dāng)位置設(shè)置一座集水池，將水源井泵與輸水干管分成兩個系統(tǒng)，互不干擾，且集水池具有穩(wěn)流、調(diào)壓等優(yōu)點。通過綜合比較，薛岔水源地20眼管井集水方式選擇集水池方案。

2 水源地集水管線方案

結(jié)合水源地地形地貌和水源地井群集水方案，在分水嶺以西老宜定公路(S303)稍溝峁段左側(cè)臺塬，地面高程1 560～1 563 m，地勢平坦，交通便利，新建1座1 500 m3集水池，該集水池以平壓匯流為主，兼有調(diào)蓄供水(高位水池)的作用，使薛岔水源地20眼管井通過集水管網(wǎng)匯集到集水池后重力輸水至吳起縣凈水廠。初步擬定集水管網(wǎng)布設(shè)方案是各管井通過2條枝狀集水干管、7條支管匯入集水池，其中分水嶺以東布設(shè)的2條集水干管(1條重力、1條壓力)如何進入分水嶺以西的集水池，集水管線有隧洞和埋管兩種方案。

2.1 方案一:隧洞方案

分水嶺以東的各管井通過2條集水干管以隧洞的型式穿越分水嶺，并最終匯入集水池。隧洞方案優(yōu)點是通過隧洞穿越分水嶺，管線短且直，縱向管線平順，井泵揚程低，整個管線管壓低，水損小，能源損耗少。缺點是需建一條約1.0 km長的隧洞，建設(shè)投資大，施工工期長，尤其是隧洞工程施工成為本工程線路的關(guān)鍵點。

2.2 方案二:埋管方案

利用原S303省道翻越大路溝分水嶺的老盤山公路，各管井輸水管線沿老公路，經(jīng)埋墳咀、小蒜地臺至大崾崄道班、翻越分水嶺，管線再沿大崾崄坡面脊梁小路敷設(shè)至稍溝峁，最終匯入集水池。埋管方案優(yōu)點:井水從張家洼水源收集至集水干管后，直接抽水至老公路沿線的高地(小蒜地臺1 655 m)，以后重力流與薛岔水源地干管銜接。其優(yōu)點是管線沿公路邊鋪設(shè)，施工簡單、交通及檢修維護方便;缺點是線路平面彎道多，縱向起伏大，尤其是管線沿大崾崄坡面脊梁小路敷設(shè)段，坡面陡峻，小路蜿蜒曲折，坡面多見溝頭跌水，切溝沖蝕劇烈，溝頭溯源沖刷及溝岸向兩邊擴張甚為劇烈，崩塌及小范圍滑坡不斷，對管道的安全威脅大，有邊坡穩(wěn)定問題，且難于處理，同時由于高地位置高程過高，導(dǎo)致抽水井泵揚程過高，加壓段管道壓力過大。重力流段水頭富裕過大，管道壓力亦高，必須安裝減壓閥消減多余水頭，造成能源浪費大。具體方案比較詳見表2。

由比較表可以看出，兩方案均可滿足輸水要求，各有優(yōu)缺點，隧洞方案井泵揚程低、線路段，水力銜接條件較好，但管線須穿越一段隧洞;埋管方案井泵揚程高，能耗大，管道管壓大，管線長、平面彎道多，水力銜接條件不好，大崾崄段管線處理難度大，綜合該處的工程地質(zhì)、運行、施工等條件，推薦隧洞方案。

表2 水源集水工程線路比較表

3 結(jié)語

吳起縣薛岔水源地供水工程水源集水方案通過對20眼管井集水方式和集水管線方案綜合比較，薛岔水源地地下水源工程集水方案為:薛岔水源地以大路溝梁為分水嶺，東、西兩側(cè)地形漸低，在分水嶺以西的老宜定公路(S303)稍溝峁段左側(cè)臺塬新建1座1 500 m3集水池，水源地20眼管井通過2條枝狀集水干管和7條支管匯入集水池，其中分水嶺以東布設(shè)的2條集水管道以隧洞的型式穿越分水嶺，并最終匯入集水池。該集水池以平壓匯流為主，兼有調(diào)蓄供水(高位水池)的作用，使薛岔水源地20眼管井通過集水管網(wǎng)匯集到集水池后重力輸水至吳起縣凈水廠。該水源工程集水方案有效地解決了多水源管井泵供水穩(wěn)流調(diào)壓及能耗大，水力銜接條件不好等問題，保障了吳起縣城供水安全。