河床潜流水在福建省的开发与应用前景分析

刘志威

(福建省水利水电工程质量技术站，福建 福州 350001)

河床潜流水是指赋存于河床天然砂卵石含水层中的地下流动的水体，其来源是河水的垂直补给和边岸地下水的侧向补给，由于其与河流的水位差，在河床中有一定的流动性，所以称其为河床潜流水，见图1。河床潜流水具有储量丰富、水质良好和水温稳定的特点，是天然的“地下水库”，可广泛用于城市供水系统和水源热泵系统。由于河床潜流水所储位置的特殊性，仅在四川、重庆、辽宁等地有少量开发[1]，至今没有大规模的开发利用，在福建省的开发利用更是空白，随着福建省城乡供水一体化的开展，河床反向渗滤取水工艺的应用，大规模开发利用河床潜流水成为可能。

图1 河床潜流水示意图

1 河床反向渗滤取水工艺

河床反向渗滤取水工艺由陈台智、周志彰[2]在1995年首次提出，是通过在河床下营造反向取水系统，将符合标准的河床潜流水取出地表的一种新型取水技术。河床反向渗滤取水工程主要由取水竖井、江底隧道(输水平巷)、汇水硐室、渗滤孔群和控制反冲系统构成。工程利用水泵在竖井中抽水形成降深，降低河床砂卵石含水层水头，在河水压力差的作用下使河水下渗，同时经过河床表层的生物泥膜或滤膜的净化获得清洁的水资源[3-4]。工艺示意图见图2。

图2 河床反向渗滤取水工艺

2 河床潜流水的开发特点

河床潜流水赋存于各个江河湖泊以下的天然砂卵石层中，储量十分丰富，形成了一个庞大的天然地下水库，采用河床反向渗滤取水技术开采河床潜流水的适用条件及特点如下。

2.1 适用条件

河床反向渗滤取水技术适用条件如下[4]：

a.取水段河流须保持一定流速，以自动更新河床底滤膜避免淤塞。

b.砂卵石滤床须有足够厚度，以保障渗滤水水质。

c.具有良好的工程地质条件，有较完整的砂卵石层下伏岩层。

2.2 取水位置

河床下砂卵石含水层面积大，河床潜流水主要来自江河湖泊的直接补给，地表水下渗量大，受气候、季节影响较小，补给源丰富稳定，其浅层河床潜流水资源十分丰富。

2.3 取水水质

江河水经过一定厚度的砂卵石层的天然过滤形成河床潜流水，通过河床含水层超慢滤(垂直入渗速度约0.02～0.04m/h)的过滤净化作用，取水水质优良，可达到国家饮用水标准。

2.4 淤塞处理

采用渗滤取水技术开发河床潜流水时，由于采用“超慢滤”的渗透取水方式、保障滤床天然结构的施工方式以及控制江水入渗速度和过滤器进水速度的设计理念，加之江河水流的季节变换对滤床表层泥膜起到冲刷和更新作用，取水滤床的淤塞速度非常缓慢。

同时工程结构上引入了传统取制水工艺中的反冲理念，在工程设置了一套取水滤床反冲系统，可以定期对取水滤床进行气水反冲洗，恢复过滤器的进水性能，保持工程产水量的稳定。

2.5 水温条件

根据已建渗滤取水工程常年的水温监测资料，河床潜流水的水温条件良好。整体水温条件介于地下水和地表水之间，夏季月平均水温远低于地表水温，冬季月平均水温又远高于地表水温。

2.6 工程造价

采用渗滤取水技术开采河床潜流水时，即完成取水和制水的全部工序(取制水一体化)，主要取水构筑物位于河床以下，充分利用地下空间，比常规地表水厂节省地表占地面积80%～90%，取、制水部分的工程较常规地表取制水工艺建设费用节省30%左右。

2.7 运行管理

因制水工序已在地下井内全部完成，无须地表较复杂的制水程序。其运行成本自然低廉，较常规地表取制水工艺低10%～20%。

生产集中、运行工序少、管理环节少、自动化程度高、员工劳动强度低，利于进行全面的智能化网络管理，营造舒适的新型现代化水厂工作环境。

2.8 环保效益

采用渗滤取水技术开采河床潜流水时，无生产废水及反冲洗污泥排放；生产采用深井潜水泵置于井底水中运行，生产静音效果好；无航道和行洪障碍构筑物，环境效益突出。同时具有很强的抗环境突发性污染事件和持续污染事件的能力。

由以上可见，采用河床反向渗滤取水技术开采河床潜流水具有水量大、水质好、防淤塞、水温优良、占地少、造价低、运行成本低、管理简单和环保效益显著等特点，在城乡供水工程中有着广大的应用前景。

3 福建省开发利河床潜流水的适宜性

福建省地处东南沿海，与台湾隔海相望，陆地的平面形状仿佛一个倾斜的长方形，不仅是我国重要的出海口，也是我国同世界交往的重要窗口。根据河流发育情况及水资源现状，福建省在开发利用河床潜流水方面是具有一定优势的。

3.1 水资源条件

福建省水系密布，河流众多，河网密度达0.1km/km2。除了汀江流入广东，交溪(赛江)发源于浙江，福建省其余河流都发源于省内，且在本省入海。福建省有683条河流流域面积在50km2以上，主要有五江一溪，分别是闽江、九龙江、晋江、交溪(赛江)、汀江和木兰溪。省内地表水资源储量为1054.23亿m3，年径流深851.2mm。福建省水系概况见表1。

表1 福 建 省 水 系 概 况

《2018年福建省环境状况公报》显示福建省主要河流水质总体状况为优良，Ⅰ～Ⅲ类优良水质比例为95.8%，特别是闽江水质优良，Ⅰ～Ⅲ类优良水质比例达到 100%。

由此可见，福建省的水系发育，水资源丰富，水质优良，具有丰富和稳定的补给水源条件，同时河流水流速度较大，对河床表面有较好的冲刷抗淤作用，为河床潜流水提供了良好的水量保证，对工程的长期运行具有先天的保障。

3.2 天然河床条件

福建省主要河流发育有大量的河漫滩和河心滩，松散堆积物多为粗砂、中细砂、细砂和卵砾石，沿河堆积至出海口。在河流中下游松散堆积层厚度一般在20～30m之间，以中细砂为主，砂卵石层天然条件良好。

福建省河床下含水层分布面积广、河道及漫滩内分布连续、发育稳定。砂卵石层厚度较大，级配和渗透性均较好，有利于创造低强度取水环境，为河床潜流水提供了良好的天然滤床条件。

3.3 工程地质条件

福建省地层发育，自上太古界至第四系均有出露。岩石类型比较复杂，变质岩与沉积岩的总和约占全省陆地总面积的1/3。福建地区地表出露主要为岩浆岩和变质岩，碎屑岩类较少，出露面积占总面积的92.4%，下伏基岩条件良好，适于新奥式施工法采用渗滤取水工艺开采河床潜流水。

3.4 气温与水温条件

a.福建省光照充足，年平均气温为17～21℃；降水丰富，平均降雨量为1400～2000mm。中亚热带气候分布在闽东北、闽北及闽西，南亚热带气候分布在闽东南沿海地区，气候区域差异较大，各气候带内水热条件的垂直分异也较明显。

b.水温条件良好，以福州为例，福州市1953—2016年夏季最高气温平均值为34.5℃，冬季最低气温平均值为8.5℃，闽江福州段长年平均水温19～23℃，其中夏季20～30℃，冬季6～16℃。

福州地区地下水的水温接近多年平均气温，而潜流水由于补给途径较短，受地表水温度变化的一定影响，其变化范围应在年平均气温到年平均水温之间，整体温度介于地表水和地下水之间，取水能耗低，十分适宜水源热的开发利用[5]。

从以上可见，福建省河流众多，水资源丰富，水流速度较大；砂卵石层天然条件良好；地质条件适宜；气温与水温条件良好，符合河床反向渗滤取水工艺适用条件。同时，福建省正大力推进城乡供水一体化建设试点，着力构建规模化供水工程，机遇难得，因此采用河床反向渗滤取水工艺在福建开发利用河床潜流水应用前景广阔。

4 结 语

综合以上分析，利用河床反向渗滤取水工艺在福建开发利用河床潜流水，在城乡供水系统中和水源热泵系统中应用是可行的，同时具有以下优势：

a.福建省水资源量十分丰富，天然滤床分布面积较广，江河水经一定厚度的天然砂卵石层过滤形成河床潜流水，不仅储水量大而且水质优良，是一个天然的“地下水库”，可以满足城市供水系统和水源热泵系统的水量和水质要求。

b.以河床潜流水用于城乡供水，具有水量稳定、水质优良、取制水一体化、运行成本和工程造价低的优点，同时具有防洪、防灾和良好的抗震性能。

c.相关工程的实际监测资料表明，河床潜流水的水温条件良好，与地下水水温条件相似，可满足水源热泵小流量大温差的节能需求。

d.以河床潜流水用于水源热泵避免了地下水水量受限、水质恶化、回灌淤塞和占地分散等诸多问题，也解决了地表水泥沙含量高、水温波动大和占地面积大等问题，同时工程造价和运行成本比较低廉。

河床潜流水为尚未大规模开发利用的浅层水资源。采用河床反向渗滤取水工艺进行开发利用，具有良好的经济、社会、环境效益，符合节能减排的国策，在福建省有良好的应用前景。