独石化引水工程取水首部河道潜水取水构筑物型式探讨

董 旭

(新疆金沟河流域管理局水利管理中心，新疆沙湾832100)

1 问题的提出

随着国家石油战略西移，独山子石化工业产业链的不断发展，独山子地区供水高峰调节矛盾日益突出，现有部分水源受周边地区影响取水条件恶化，取水能力下降，为解决水资源紧缺问题，在自治区人民政府的大力支持下，独石化从2005年起开始调研分析周边河流向独山子调水的可行性，通过前期论证，认为从金沟河向独石化调水是可行的。

独石化金沟河取水工程的任务是在金沟河P=50%和P=75%来水频率下，从金沟河流域分别灵活调水3000万m3/a和2000万m3/a至独山子石化总厂，向独石化生产、生活临时应急供水。独石化金沟河引水工程取水首部位于金沟河渠首上游7.2 km 河道处，主要由取水渗管、截渗墙、检查井、集水井等建筑物组成。行政区划隶属于沙湾县，地理坐标东经85°27′19″，北纬44°11′01″。属低山丘陵及河谷地貌。两岸基岩裸露，岸坡陡峻，风化剥蚀作用强烈，河谷呈“U”形，谷宽约400 m，谷深90 m～120 m，河流纵坡大于10‰。取水首部属于独石化金沟河引水工程的一部分，工程规模同独石化金沟河引水工程一致，为小(一)型，工程等别为Ⅳ等。主要建筑物级别为4级，次要建筑物级别为5级，临时性建筑物等级为5级。取水首部及附属建筑物均为4级建筑物。

2 河道潜水取水构筑物型式

独石化引水工程区适宜引取潜水的构筑物主要有管井、大口井、辐射井、渗管等地下取水构筑物形式[1]，以下对不同取水构筑物方案进行比较。

2.1 方案一：管井取水

该方案在河道左岸，每隔25 m布置一口机井，共布置2排，每排布置机井33眼，共布置机井66眼。井深40 m，机井直径500 mm。本工程配套变压器，2.78 km低压线路及66台水泵及泵房，工程直接投资3556万元。虽然该方案投资较小，但根据水资源管理的要求，严格限制新增机井抽取地下水，该方案从水资源管理的角度考虑，无法通过上级管理部门的批准。且该方案工程运行管理复杂，水泵抽水运行费用每年281.32万元。

2.2 方案二：大口井取水

该方案在河道内设344 m长的混凝土截渗墙，并在河道左岸布置50口大口井。每口井直径为6 m，深10 m，每口井配套2台水泵。井距100 m，工程配套变压器，2.2 km低压线路、及泵房，工程直接投资6646.38万元。该方案工程管理运行复杂，每年抽水运行费用345.6万元。该方案工程投资相对较大，工程运行管理费用较高。

2.3 方案三：辐射井取水

该方案在河道内设344 m长的混凝土截渗墙，辐射井井深15 m，井口直径4 m，在井周围设3层辐射管，每层布置6根直径为100 mm 的辐射管，每根辐射管长度25 m。该方案共布置30口井，井距250 m，配套变压器及低压输电线路等设施，工程直接投资6570.52万元。该方案工程运行管理较复杂，每年抽水运行费用311万元。该方案工程投资相对较大，工程运行管理费用高。

2.4 方案四：渗管取水

该方案在河道内设344 m长的混凝土截渗墙，并在河道左岸布置1.86 km的取水干管，在河道内布置9根取水支管，全长3665 m。取水首部在干、支管交汇处共布置9座检查井，并在干管1+860处设计集水井。该方案配套变压器、1.58 km的低压线路等设施。工程直接投资7274.69万元。该方案运行管理简单，没有抽水运行费用，虽然工程直接投资较大，但运行管理费用最低。

3 河道潜水取水构筑物型式的比选

从建设内容、施工难易程度、工程管理、施工导流费用、工程直接投资、年运行管理费用(电费+运行费)及15 a运行总费用等方面进行上述四种河道潜水取水构筑物型式的比较，结果见表1。

表1 河道潜水取水构筑物型式比较表

以上四个方案中，方案一虽然工程直接投资较小，抽水费用最低，但无法通过上级部门的批准，基本不可行。方案二和方案三工程直接投资相对较小，但工程运行费用较高，15 a运行期的总投资较大，方案四虽然工程直接投资较大，但运行费用最低，15 a运行期的总投资最小，因此，推荐方案四即渗管取水方案。

4 渗管取水地质问题分析及评价

4.1 截渗墙基础深度的确定

通过本次物探、钻探、动力触探试验、抽水试验等采集的数据整理分析，设计专业指定的截渗墙位置27 m深度范围内岩性均为卵石混合土和混合土卵石，随深度的加深地层密实度逐步增大，渗透系数减小；结合区域地质条件判断，深度6.5 m～8.0 m以上为全新统冲积层(Q4al)，岩性为卵石混合土，视电阻率ρs值在400 Ω·m～600 Ω·m之间，含土量少，重型动力触探试验N63.5=10～20击，稍密-中密，渗透系数平均为58.9 m/d=6.8×10-2cm/s，透水性强；深度6.5 m～8.0 m以下为上更新统冲洪积层(Q3alp)，岩性为混合土卵石，视电阻率ρs值在280 Ω·m～350 Ω·m之间，含土量较多，重型动力触探试验N63.5=20～50击，密实，渗透系数为7.2 m/d=8.4×10-3cm/s，透水性中等[2]。依据截渗墙地段的地层岩性、密实程度、透水性，建议截渗墙基础设置在上更新统冲洪积层(Q3alp)中，基础深度大于9 m。

4.2 边坡稳定问题

截渗墙基坑开挖深度预计9 m，渗水管基坑开挖深度预计7 m～8 m，边坡类型为临时边坡。工程施工开挖的地层主要为全新统冲积层(Q4al)，岩性为卵石混合土，稍密-中密，地下水水位埋深<1.5 m，透水性强。据本次探坑开挖时的观测，地下水水位以上边坡坡比为1∶0.75，地下水水位以下边坡坡比为1∶2。建议工程施工应采取导流排水和支护措施，基坑开挖边坡坡比为1∶1.75；开挖出砂卵砾石堆放的边坡坡比建议取1∶2，堆放高度大于5 m时应设置马道。现状取水首部范围河道右岸有两处小冲沟，沟底处有扇形淤积物，距离取水支管的首端约30 m。由于取水支管埋深在7 m左右且距离冲沟较远，即时冲沟在洪水左右下发生泥石流，也对工程取水支管无影响。

4.3 不良工程地质作用分析

金沟河河谷两岸近东西向(垂直河流方向)的冲沟发育，冲沟长度一般为200 m～500 m，最大切割深度约40 m～80 m，纵坡大于15%；冲沟呈“V”型，最大宽度约20 m～50 m，两岸谷坡大于50%；左岸冲沟切割地层为上更新统冲洪积层(Q3alp)，岩性为混合土卵石，最大颗粒直径约500 mm，粒径<2 mm的颗粒含量约为8%；右岸冲沟切割地层为中更新统冲洪积层(Q2alp)，岩性为砂卵砾石，最大颗粒直径为200 mm，砂泥质弱胶结—胶结。由于谷坡陡立易垮塌，在沟底形成坡积物，而后被洪水携带形成泥石流或在冲沟口形成小型洪积扇(锥)，谷坡地层为砂卵砾石，所以泥石流的固体碎屑物是与金沟河河床及河漫滩岩性相近的砂卵砾石。冲沟的流域面积不大，洪水量较小，向金沟河下泄泥石流的固体碎屑物的量不大，且为松散的砂卵砾石，大部分泥石流碎屑物又被金沟河水冲向下游，只有少量的碎屑物(漂卵砾石)堆积在冲沟口形成小型洪积扇(锥)。

本工程主要为地下水工建筑物，虽然金沟河河谷两岸近东西向的冲沟易发生小规模的泥石流，但不会对本工程的运行造成破坏性；但在工程施工时，渗水管基坑开挖量大，开挖出的砂卵砾石堆可阻挡泥石流的通道，对工程施工进行破坏，工程施工阶段应制定防范泥石流的措施。

5 结论

本工程主要依靠渗管取水，在丰水期汲取河床渗透水，枯水期在河道内修建导流土堤，将河道主流引导至取水干管上方河道内，增加取水量，并在下游修建垂直于河道拦河土堤，增加首部取水量。为避免河道沉积泥沙影响取水量，可在枯水期用挖掘机清理河道泥沙，保证取水管道引水量。工程运行结果表明，渗管取水方案完全能满足独山子地区社会经济快速发展过程中工业用水和城市用水的需求。