浅析吴起县薛岔水源地建设方案

齐文举，李占东

（陕西省吴起县水务局，陕西 吴起 717600）

吴起县位于黄土高原的腹地，属陕北黄土高原丘陵沟壑区，区域降水量偏少，地下水中Cr6＋不断检测出且含量逐年递增，加之近年来，随着能源经济的迅猛发展，因此资源性缺水和水质型缺水问题已成为当地经济社会进一步发展的“瓶颈”。为解决县城居民生活用水问题，吴起县在努力挖潜的同时积极开展水资源普查工作，选定薛岔地下水为县城供水的主要水源地，设计日可供水量为7000 m3/d，基本可满足县城居民生活用水需求。

该供水工程主要由水源地集水工程(20眼水井)，输配水管道工程、以及县城水厂等单项工程组成。鉴于工程水源为地下水，水源地建设方案的合理性就成为本工程的难点和重点，关系到工程后期运行管理的成本问题。

1 水源地井群建设方案

1.1 水源地概况

吴起薛岔水源地范围位于吴起县县界范围内的薛岔乡薛岔林场～大路沟隧洞东端张家洼段，东西长7 km，南北宽3 km，开采区面积21 km2。区内沟壑林立，地形破碎，横跨洛河和周河流域分水岭，地形地质复杂，海拔在1300 m～1790 m之间，垂直落差较较大。开采范围内洛河组含水层厚度为300 m～350 m，水位埋深 85 m～260 m，单井涌水量 500 m3/d～3000 m3/d，矿化度一般为1.1 g/L～1.3 g/L，水量丰富，水质较为稳定。

本工程设计以管井采取白垩系洛河组地下水为主，环河组次之。本工程共布设20眼管井（其中水源井17眼、监测井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 地下水开采方案

根据水源地水文地质条件分析，区内主要开采层位为白垩系洛河组砂岩，次开采层位为白垩系环河组砂岩。采用平均布井方式开采区内地下水。从水源地水化学资料和地质资料分析，为确保单井出水能力，同时考虑到生活饮用水的安全，布井区选择在含水层厚度大，补给条件较好、地下水水质较好，六价铬含量较低的薛岔到宋庄沟谷地段。

据抽水试验资料，确定各方案开采井抽水量为250m3/d～1157m3/d，井间距1 km。考虑到临县水资源的相关问题，共设计三种开采方案，见表1。

表1 开采方案下水位降预测统计表

考虑地下水开采引起的地下水位下降、河川基流量衰减、现状地下水开采量等因素，开采方案中第一种方案对水源地地下水流畅影响较小，但开采方案三随着开采时间的增加，对水源地地下水流场影响越大，开采井孔内降深也接近开采层含水层厚度的1/2，使得降落漏斗面积会不断增大，综合两者建议选择方案二作为水源地开采设计方案，能使得开采量得到保证的同时，不会加大降落漏斗影响范围，由于开采量大部分来源于地下水存储量，随着地下水的开采时间的增加，降落漏斗面积会愈来愈大，但考虑到饮用水安全和生活用水的紧缺，可考虑动用地下水储存量，同时建议适当关闭部分现有开采井，以保证水源地开采井的正常运行。因此，推荐方案Ⅱ设计的7000 m3/d开采量作为薛岔水源地的可采资源量。

2 水源地集水系统方案

2.1 井群集水方案

鉴于水源地面积大，抽水井点多，区内地形地质复杂多变，本次设计采用分区集水系统，拟在水源地规划建设一座蓄水池，作为水源地井群的集水设施，其高程上满足工程后续输配水管道重力自流的要求的基础上，将抽水管井按照井口高程划分为高、低两个集水管网。高区系统主要解决位于梁峁上的11眼水井集水问题，井口以后输水为重力流；低区系统主要解决位于川道的6眼水井集水问题，井口以后输水为压力流。

水源地集水系统总体方案具体如下:在区域分水岭以西——大路沟隧洞出口设置1座集水池（1500 m3调蓄水池），水池设计平均水位1560 m，各管井通过2条枝状集水管网、7条支管汇入集水池，其中分水岭以东布设2条集水管网（1条重力、1条压力），分水岭以西布设1条集水管网（重力）；分水岭以东的2条集水管道以隧洞的型式穿越分水领，并最终汇入集水池。集水池以后的2口井（XK8，WS12）直接汇入输水主干管。

图1 水源地井群集水系统平面布置图

2.2 集水系统水力计算

考虑到水源地井群的各个水源井的位置、高程、静水位、动水位以及集水池位置，本次水源地的集水系统按照管井抽水和集水管网两部分独立计算。

2.2.1 计算原则

首先确定各个水源井与集水池的高程相对位置，分重力输水和压力输水两条集水系统。考虑将位于梁峁且高于集水池的水源井采用重力自流的方式输水至水源地蓄水池（1500 m3），将位于川道且低于集水池的水源井考虑采用水泵直接抽水至自流水源地蓄水池（1500 m3），这样水源地集水管网形成两条集水干管（一条重力集水干管、1条压力集水干管）。

2.2.2 计算方法

针对不同的集水方式，重力集水和压力集水采用不同的计算方法。压力集水系统按照多泵并联方案进行压力集水管网计算。重力集水系统采用单泵抽水至管路最高点，之后为重力自流至重力集水管网。管井抽水及集水管网的水力计算按照《室外给水设计规范》和《泵站设计规范》推荐的要求进行计算，根据各个管井的位置、井深、特征水位，集水管网、集水池位置及高程，确定各个水源井水泵和集水管网的装机容量、干支管管径。具体计算方法如下：

2.2.3 井泵设计

水源地20眼管井，分布于薛岔沟两岸。管井井泵抽水至输水干管，管井取水水位按最低动水位确定，根据水文地质资料，井泵总扬程计算式为：

式中，H为水泵设计扬程（m）；△t为各井口经水力计算需要的水头（m）；△d为井动水位变化值（m），由西安地质矿产研究所《水文地质勘查报告》查得；hs为深井出水管路损失，（m）；Hc为地下水埋深（m）。

经计算，水源管井20台井泵总扬程为219 m～417 m，水泵的扬程相差相对较大，水源管井布置分散，为充分发挥水泵的效率，降低能耗，根据不同抽水扬程选配装置功率为55 kW和75 kW的两种潜水井泵。

2.2.4 集水管网管径

本次集水系统管网水力计算的基本理论仍采用《室外给水设计规范》推荐采用的海森威廉公式。经计算，支线管道选用为dn110～DN160的1.6MPaPE管，干管采用选用为dn200～DN250的1.6MPaPE管，

3 结语

本工程水源地为地下水源，该水源地面积为21 km2内布置了20眼水源井，加之水源地为黄土梁峁沟壑区，地势北高南低，四周高中间低，地形支离破碎，川道纵横交错。为解决黄土丘陵沟壑区的井群集水问题，在建设过程采用等压线法，合适选取的虚拟水平面，充分利用水源井潜水泵的抽水扬程，实现集水管网采用分区分压的设计思路，使水源集水系统的工程方案实现技术安全可靠，经济合理可行，管理运行便捷，使整个吴起县城供水工程实现重力流供水到户。