獨(dú)石化引水工程取水首部河道潛水取水構(gòu)筑物型式探討

董 旭

(新疆金溝河流域管理局水利管理中心，新疆沙灣832100)

1 問題的提出

隨著國家石油戰(zhàn)略西移，獨(dú)山子石化工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的不斷發(fā)展，獨(dú)山子地區(qū)供水高峰調(diào)節(jié)矛盾日益突出，現(xiàn)有部分水源受周邊地區(qū)影響取水條件惡化，取水能力下降，為解決水資源緊缺問題，在自治區(qū)人民政府的大力支持下，獨(dú)石化從2005年起開始調(diào)研分析周邊河流向獨(dú)山子調(diào)水的可行性，通過前期論證，認(rèn)為從金溝河向獨(dú)石化調(diào)水是可行的。

獨(dú)石化金溝河取水工程的任務(wù)是在金溝河P=50%和P=75%來水頻率下，從金溝河流域分別靈活調(diào)水3000萬m3/a和2000萬m3/a至獨(dú)山子石化總廠，向獨(dú)石化生產(chǎn)、生活臨時(shí)應(yīng)急供水。獨(dú)石化金溝河引水工程取水首部位于金溝河渠首上游7.2 km 河道處，主要由取水滲管、截滲墻、檢查井、集水井等建筑物組成。行政區(qū)劃隸屬于沙灣縣，地理坐標(biāo)東經(jīng)85°27′19″，北緯44°11′01″。屬低山丘陵及河谷地貌。兩岸基巖裸露，岸坡陡峻，風(fēng)化剝蝕作用強(qiáng)烈，河谷呈“U”形，谷寬約400 m，谷深90 m～120 m，河流縱坡大于10‰。取水首部屬于獨(dú)石化金溝河引水工程的一部分，工程規(guī)模同獨(dú)石化金溝河引水工程一致，為小(一)型，工程等別為Ⅳ等。主要建筑物級別為4級，次要建筑物級別為5級，臨時(shí)性建筑物等級為5級。取水首部及附屬建筑物均為4級建筑物。

2 河道潛水取水構(gòu)筑物型式

獨(dú)石化引水工程區(qū)適宜引取潛水的構(gòu)筑物主要有管井、大口井、輻射井、滲管等地下取水構(gòu)筑物形式[1]，以下對不同取水構(gòu)筑物方案進(jìn)行比較。

2.1 方案一：管井取水

該方案在河道左岸，每隔25 m布置一口機(jī)井，共布置2排，每排布置機(jī)井33眼，共布置機(jī)井66眼。井深40 m，機(jī)井直徑500 mm。本工程配套變壓器，2.78 km低壓線路及66臺水泵及泵房，工程直接投資3556萬元。雖然該方案投資較小，但根據(jù)水資源管理的要求，嚴(yán)格限制新增機(jī)井抽取地下水，該方案從水資源管理的角度考慮，無法通過上級管理部門的批準(zhǔn)。且該方案工程運(yùn)行管理復(fù)雜，水泵抽水運(yùn)行費(fèi)用每年281.32萬元。

2.2 方案二：大口井取水

該方案在河道內(nèi)設(shè)344 m長的混凝土截滲墻，并在河道左岸布置50口大口井。每口井直徑為6 m，深10 m，每口井配套2臺水泵。井距100 m，工程配套變壓器，2.2 km低壓線路、及泵房，工程直接投資6646.38萬元。該方案工程管理運(yùn)行復(fù)雜，每年抽水運(yùn)行費(fèi)用345.6萬元。該方案工程投資相對較大，工程運(yùn)行管理費(fèi)用較高。

2.3 方案三：輻射井取水

該方案在河道內(nèi)設(shè)344 m長的混凝土截滲墻，輻射井井深15 m，井口直徑4 m，在井周圍設(shè)3層輻射管，每層布置6根直徑為100 mm 的輻射管，每根輻射管長度25 m。該方案共布置30口井，井距250 m，配套變壓器及低壓輸電線路等設(shè)施，工程直接投資6570.52萬元。該方案工程運(yùn)行管理較復(fù)雜，每年抽水運(yùn)行費(fèi)用311萬元。該方案工程投資相對較大，工程運(yùn)行管理費(fèi)用高。

2.4 方案四：滲管取水

該方案在河道內(nèi)設(shè)344 m長的混凝土截滲墻，并在河道左岸布置1.86 km的取水干管，在河道內(nèi)布置9根取水支管，全長3665 m。取水首部在干、支管交匯處共布置9座檢查井，并在干管1+860處設(shè)計(jì)集水井。該方案配套變壓器、1.58 km的低壓線路等設(shè)施。工程直接投資7274.69萬元。該方案運(yùn)行管理簡單，沒有抽水運(yùn)行費(fèi)用，雖然工程直接投資較大，但運(yùn)行管理費(fèi)用最低。

3 河道潛水取水構(gòu)筑物型式的比選

從建設(shè)內(nèi)容、施工難易程度、工程管理、施工導(dǎo)流費(fèi)用、工程直接投資、年運(yùn)行管理費(fèi)用(電費(fèi)+運(yùn)行費(fèi))及15 a運(yùn)行總費(fèi)用等方面進(jìn)行上述四種河道潛水取水構(gòu)筑物型式的比較，結(jié)果見表1。

表1 河道潛水取水構(gòu)筑物型式比較表

以上四個(gè)方案中，方案一雖然工程直接投資較小，抽水費(fèi)用最低，但無法通過上級部門的批準(zhǔn)，基本不可行。方案二和方案三工程直接投資相對較小，但工程運(yùn)行費(fèi)用較高，15 a運(yùn)行期的總投資較大，方案四雖然工程直接投資較大，但運(yùn)行費(fèi)用最低，15 a運(yùn)行期的總投資最小，因此，推薦方案四即滲管取水方案。

4 滲管取水地質(zhì)問題分析及評價(jià)

4.1 截滲墻基礎(chǔ)深度的確定

通過本次物探、鉆探、動力觸探試驗(yàn)、抽水試驗(yàn)等采集的數(shù)據(jù)整理分析，設(shè)計(jì)專業(yè)指定的截滲墻位置27 m深度范圍內(nèi)巖性均為卵石混合土和混合土卵石，隨深度的加深地層密實(shí)度逐步增大，滲透系數(shù)減小；結(jié)合區(qū)域地質(zhì)條件判斷，深度6.5 m～8.0 m以上為全新統(tǒng)沖積層(Q4al)，巖性為卵石混合土，視電阻率ρs值在400 Ω·m～600 Ω·m之間，含土量少，重型動力觸探試驗(yàn)N63.5=10～20擊，稍密-中密，滲透系數(shù)平均為58.9 m/d=6.8×10-2cm/s，透水性強(qiáng)；深度6.5 m～8.0 m以下為上更新統(tǒng)沖洪積層(Q3alp)，巖性為混合土卵石，視電阻率ρs值在280 Ω·m～350 Ω·m之間，含土量較多，重型動力觸探試驗(yàn)N63.5=20～50擊，密實(shí)，滲透系數(shù)為7.2 m/d=8.4×10-3cm/s，透水性中等[2]。依據(jù)截滲墻地段的地層巖性、密實(shí)程度、透水性，建議截滲墻基礎(chǔ)設(shè)置在上更新統(tǒng)沖洪積層(Q3alp)中，基礎(chǔ)深度大于9 m。

4.2 邊坡穩(wěn)定問題

截滲墻基坑開挖深度預(yù)計(jì)9 m，滲水管基坑開挖深度預(yù)計(jì)7 m～8 m，邊坡類型為臨時(shí)邊坡。工程施工開挖的地層主要為全新統(tǒng)沖積層(Q4al)，巖性為卵石混合土，稍密-中密，地下水水位埋深<1.5 m，透水性強(qiáng)。據(jù)本次探坑開挖時(shí)的觀測，地下水水位以上邊坡坡比為1∶0.75，地下水水位以下邊坡坡比為1∶2。建議工程施工應(yīng)采取導(dǎo)流排水和支護(hù)措施，基坑開挖邊坡坡比為1∶1.75；開挖出砂卵礫石堆放的邊坡坡比建議取1∶2，堆放高度大于5 m時(shí)應(yīng)設(shè)置馬道。現(xiàn)狀取水首部范圍河道右岸有兩處小沖溝，溝底處有扇形淤積物，距離取水支管的首端約30 m。由于取水支管埋深在7 m左右且距離沖溝較遠(yuǎn)，即時(shí)沖溝在洪水左右下發(fā)生泥石流，也對工程取水支管無影響。

4.3 不良工程地質(zhì)作用分析

金溝河河谷兩岸近東西向(垂直河流方向)的沖溝發(fā)育，沖溝長度一般為200 m～500 m，最大切割深度約40 m～80 m，縱坡大于15%；沖溝呈“V”型，最大寬度約20 m～50 m，兩岸谷坡大于50%；左岸沖溝切割地層為上更新統(tǒng)沖洪積層(Q3alp)，巖性為混合土卵石，最大顆粒直徑約500 mm，粒徑<2 mm的顆粒含量約為8%；右岸沖溝切割地層為中更新統(tǒng)沖洪積層(Q2alp)，巖性為砂卵礫石，最大顆粒直徑為200 mm，砂泥質(zhì)弱膠結(jié)—膠結(jié)。由于谷坡陡立易垮塌，在溝底形成坡積物，而后被洪水?dāng)y帶形成泥石流或在沖溝口形成小型洪積扇(錐)，谷坡地層為砂卵礫石，所以泥石流的固體碎屑物是與金溝河河床及河漫灘巖性相近的砂卵礫石。沖溝的流域面積不大，洪水量較小，向金溝河下泄泥石流的固體碎屑物的量不大，且為松散的砂卵礫石，大部分泥石流碎屑物又被金溝河水沖向下游，只有少量的碎屑物(漂卵礫石)堆積在沖溝口形成小型洪積扇(錐)。

本工程主要為地下水工建筑物，雖然金溝河河谷兩岸近東西向的沖溝易發(fā)生小規(guī)模的泥石流，但不會對本工程的運(yùn)行造成破壞性；但在工程施工時(shí)，滲水管基坑開挖量大，開挖出的砂卵礫石堆可阻擋泥石流的通道，對工程施工進(jìn)行破壞，工程施工階段應(yīng)制定防范泥石流的措施。

5 結(jié)論

本工程主要依靠滲管取水，在豐水期汲取河床滲透水，枯水期在河道內(nèi)修建導(dǎo)流土堤，將河道主流引導(dǎo)至取水干管上方河道內(nèi)，增加取水量，并在下游修建垂直于河道攔河土堤，增加首部取水量。為避免河道沉積泥沙影響取水量，可在枯水期用挖掘機(jī)清理河道泥沙，保證取水管道引水量。工程運(yùn)行結(jié)果表明，滲管取水方案完全能滿足獨(dú)山子地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展過程中工業(yè)用水和城市用水的需求。