虹吸井抽取潮间带井盐水应用技术

陈旭东，赵 鹏

(1.葫芦岛市农业农村局，辽宁 葫芦岛 125000；2.建昌县水利事务服务中心，辽宁 建昌 125300)

辽宁葫芦岛市是我国大菱鲆主要养殖区，年产鲆鲽鱼4万吨。大菱鲆工厂化养殖主要采用“井盐水＋大棚”的养殖模式，初期利用海水倒灌区提取倒灌海水(井盐水)，规模扩大后井盐水资源不足，养殖业主在海上打井，用动力泵抽取潮间带地下25～30米处经过滤、升温的海水，需要业主自己解决打井、输电、提水、输水等诸多问题。由于取水距离较长、电损大且有安全隐患；动力泵提水时单位面积取水量较大，海水未经充分过滤升温快速、汇集流向井底，所抽水携带泥沙，水质浊度、洁度、温度不适宜工厂化养殖，水运动裹挟的泥沙需要淘井、洗井去泥沙，致使海洋底土表层塌陷(抽漏了)，水井使用周期仅能维持3～5年。虹吸井抽取潮间带井盐水技术可解决上述问题，该技术是在距离海岸线1 000米以内的潮间带打井，井深30米，依据虹吸原理，抽取水位-25～-30米经沙层过滤的井盐水，用于工厂化养殖鲆鲽鱼。这种取水方式与动力泵提水比较有3个优势：一是节约电力成本，二是水质清新、温度恒定，三是取水时渗取平顺，延长了盐水井的使用周期。

一、条件要求

1.底质要求

海域底质要求沙泥底，沙质占比在50%～70%，既要保证井下透水性与黏固性平衡，又要有一定的强度支持钻井设备。

2.环境要求

虹吸抽水装置距离动力提水井500米以上，防止动力提水造成的低水位影响虹吸动力。

3.管线要求

管线工作压力为4个大气压，考虑水锤效应，输水管材强度要保证10个大气压，防止爆裂。

4.高程参数

以海平面为基准(0米)，蓄水井仓距地平面为1.5米；大潮汐高潮线为1.5米，平均高潮线为1米，虹吸井取水点滩涂平面(底土)为-0.5米，平均低潮线为-1米，潮差为2米；输水管(埋深)最高点为0.3米，埋深输水管取水端为-1.7米；储水端蓄水井仓与取水端虹吸井等深，为-30米。

二、设计施工

1.虹吸井吸水管

虹吸井抽水管为双层PE套管，管长30米，外层套管直径90毫米、内层吸管直径75毫米；外层套管底端8米以下用5厘米碎石混粗沙与海底土层隔开200毫米，使海水能够自由渗透，保持井内水位高度；外层管壁下端6米以下开10毫米的透水孔，内层虹吸管在下端2米以下开5毫米吸水孔。内外管上顶端封闭，井上端距海底土平面1.2米(埋深)，防航海、捕捞、风暴潮以及胀缩影响。

2.虹吸吸水管单元

虹吸吸水管行距50米、间距30米；10个吸水管为1个虹吸抽水单元(此单元占用海域面积约2亩、占用海域和取水效率与1眼动力井相当，故称为1眼虹吸井)，用直径0.24米管串联成输水管；抽水管的截面积总和与连接的输水管截面积相当；输水管向陆地方向蓄水池输水。

3.输水与输水效率

输水管线直径为0.24米，管线穿越滨海公路(图1)。实际输水距离1 000米时，抽水管单元(1眼虹吸井)每小时输水30米3，此时输水流速0.06米/秒，1 000米输送距离动能损失约相当于2.4米扬程势能；效率与9.2千瓦动力泵提水距离500米相当。

图1 输水管跨越滨海公路示意

4.蓄水池(蓄水井仓)

蓄水池(蓄水井仓)设置于滨海公路向陆地一侧(图2)，距离海岸线100米。蓄水池为圆柱形，池深33米，与吸水管等深，内径视虹吸抽水管单元数量而定。葫芦岛地区集水池内径为8米，蓄水池容积为1 500米3。配置15眼虹吸井(输水单元)，日供水10 000米3。

图2 蓄水池

5.水锤效应与真空泵

输水管陆地部分埋深不少于1.5米，保证进入蓄水池点为输水管最高点，向上连接外置真空泵，再安装水锤效应气囊；向下部分为进水管。

从海底25米以下进入吸水管的井盐水溶氧为8毫克/升，温度为11～14℃(此处井盐水夏、冬季温差不超过3℃)，井盐水输送至蓄水池溶氧为6毫克/升，溶氧减少系大气压降低及水流运动汇聚所致，故在输水管最高点装置安全气囊，防止水锤效应。

水锤效应产生于输水管线最高点，在此处设置防爆气囊，吸收储存水运动溢出释放的气体，定期用真空泵抽出。

6.供水管

供水管是由蓄水井仓动力提水向养殖场供水管线，供水管进水端高于蓄水井仓底3米(保证蓄水池有3米水深，闭合虹吸水循环系统)，前置潜水泵、单向截止阀(防止回流)。启动潜水泵，即可为养殖场供水。

三、装置工作原理

大潮汐高潮水为自启动：装置首次启动选择大潮汐高潮水位，此时地平面略高于海平面，输水管最高点(埋深1.5米)也处在高潮海平面以下，装置可自动工作。

平潮或低潮启动：平潮时，输水管最高点略高于海平面(0.3米)，启动抽气泵，抽空输水管内空气使之形成真空状态，此时蓄水井仓的水位约为-27米(供水管下端闭合位置)，吸水管水位为海平面(0米)，两端压差约为2.7个大气压，闭合系统内井盐水在2.7个大气压作用下高速流入蓄水井仓，直至两端压力平衡。

四、效益分析

1.经济效益

以3 000米3养殖池、日需供水1 000米3为例，动力井距海岸线200米，距供水养殖场500米，采用9.2千瓦水泵，供水效率30米3/时，动力电价0.5元/千瓦时。

100米3水的电力成本：9.2×0.5/30×100≈15元；日供水1 000米3电力成本约为150元，年约需电力成本150×365＝54 750元。

虹吸井供水成本：虹吸井输送距离1 000米，效率是30米3/时，无动力成本，但需要从蓄水井仓二次动力供水。配套功率3千瓦潜水泵向离此200～300米的养殖场供水，供水效率为30米3/时。

二次供水100米3折合电力成本：3×0.5/30×100＝5元；日供水1 000米3电力成本为50元，年需电力成本50×365＝18 250元。

年节约电力成本36 500元。

2.综合经济效益

考虑动力井使用周期、打井、维护各项成本，每100米3采用动力井提水综合成本为20～25元，采用虹吸井取水综合成本可控制在7～8元。日需供水1 000米3，年可节约供水成本5万～6万元。

以上取水数据均为中位数，无论是动力井还是虹吸井，其供水效率均受潮汐影响。

综上，笔者认为在合适海域采用该技术抽取井盐水会大大降低用水成本，从而提高工厂化养殖效益，而且该技术自2016年试验成功已平稳运行5年，值得推广应用。