郭衛(wèi)華

【摘要】寧西水庫修建于特殊地質條件下，并采用創(chuàng)新的設計取水方式，國內無類似工程可借鑒經驗，運行過程中壩后取水方式存在一定程度問題需進一步完善，作者通過對該工程的運行分析，對完善壩后取水方案進行分析研究，提出了提高輻射井工藝的具體方法以及應采取的幾項工程措施。

【關鍵詞】水庫；取水；輻射井；方案

寧西供水工程是寧夏重要的水資源優(yōu)化配置工程，是一項集工業(yè)供水、農業(yè)灌溉、生態(tài)保護、城市防洪為一體的重點工程建設項目，是在寧夏地區(qū)企業(yè)首次參與開發(fā)建設、市場化運營的準公益性工程。西夏水庫工程的建設對穩(wěn)定解決寧夏銀川市西部工業(yè)和城市居民生活用水，有效保護銀川市西部地下水資源，推動寧夏經濟社會可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

一、項目建設背景

寧西供水工程是通過連接躍進渠和美利渠的連接，將渠道引水口連接至沙坡頭水利樞紐，將寧夏衛(wèi)寧灌區(qū)無壩引水變有壩引水，提高供水保證率。躍進渠下段通過新建西夏渠、西夏水庫，將黃河水引至銀川市西部地區(qū)，取代銀川市西部工業(yè)企業(yè)抽取地下水，通過地表水替換地下水，解決銀川市西部地下水“漏斗”問題。工程沿賀蘭山東麓沖積扇平行布置，地質條件較為復雜。

二、項目地質條件

項目位于銀川平原中西部，屬賀蘭山東麓洪積傾斜平原邊緣，區(qū)內第四系沉積物以洪積為主，其上部為粉砂土覆蓋，下部主要為中細砂、粉細砂、砂礫石和粉砂夾粘砂土。向東為洪積斜平原與洪積平原接觸部位，在該接觸部位沉積了一套以粘性土為主的細粒帶。其巖性主要為粘砂土、砂粘土、粘土、粉細砂、細沙組成，各段變化較大。其成因是洪積所成。賀蘭山洪積攜帶大量碎屑物質，至洪積扇前緣，地形變緩，洪水動力減小，細顆粒物質沉積，形成洪積平原前緣細粒帶。地質巖性主要表現為：

壤土：分布在局部表層，不連續(xù)，分布高程1131-1135.5m，最大厚度1.6m。褐黃色，稍濕，可塑狀態(tài)。

角礫：分布在場地內近地表層，南北副壩分布范圍及厚度較大，分布高程1129-1148m。褐灰色，中密狀態(tài)，次棱角狀，最大厚度11.8m，分選性差，一般粒徑30-50mm，最大粒徑130mm，粒徑大于2mm以上的占全重60-80%，成分為砂巖、灰?guī)r等，粗細砂充填。

細砂： 在場地內中部廣為分布，厚度較大，分布高程1114-1140m。淺黃色，灰色，稍密～密實狀態(tài)，飽和，含少量角礫、局部夾粉砂薄層。

壤土：分布在該地區(qū)下部，最大厚度14.5m，分布高程1114m以下。褐黃色，褐灰色，硬塑狀態(tài)，夾細砂、粉砂、砂壤土、粉質粘土薄層或者透鏡體。

三、取水設計理念

特別是西夏水庫壩址選擇地質條件尤為負責，解決滲漏問題時工程設計的大難題，通過多方研究，選擇在原銀川市第一滯洪區(qū)內，在第一滯洪區(qū)內修建一座新的水庫，即能解決水庫蓄水問題，又能提高第一滯洪區(qū)的防洪標準。同時，特殊地質條件下修建的水庫，取水設計理念確定為壩前輸水塔取水和壩后集水廊道雙向取水，即壩前通過輸水塔放水孔向銀川市水廠管網直接供水；壩后修建集水廊道，將壩體淺層滲漏水收集，采用加壓泵站將水供向銀川市水廠，通過壩體自然過濾，可有效提高供水水質。深層滲水采用在壩體下游修建輻射井，將深層滲水抽取直供。經過一點時間的試運行，集水廊道工程運行正常，壩后實驗型輻射井進行抽水實驗后出水效果不佳。

四、實驗型輻射井設計

1.輻射井設計

井管為集水管，材料選用預制鋼筋砼管，外徑3.0m。布設水平輻射管，水平輻射管布置4層，自水位以下2m開始布置，間距3m，每層管布設13根，長度25m，采用頂進法施工，輻射井深15米到20米。輻射管是由鋼管打眼的套管與包有200目尼龍沙濾網的雙層波紋管組成，其中套管直徑為140mm，PE雙層波紋管直徑為110mm。

為了滿足抽水實驗效果，研究周圍地下水位變化情況和水質變化情況，沿輻射井打了11眼觀測井，觀測井沿兩輻射井呈直線分布，每兩井之間布設7眼，間距25米，在輻射井與大壩壩腳之間布設兩眼，間距110米。

2.抽水實驗效果

根據設計理論計算，在該地質條件下，單口井設計出水量應控制在100-120m3/h。抽水實驗延續(xù)時間240小時，每口井抽水出水口安裝流量表進行出水量測量，水位測量采用測繩施測，每小時觀測記錄一次。抽水初始時間經過30小時后暫停抽水，水位恢復至靜態(tài)水位后，繼續(xù)抽水。經實驗，出水效果明顯不足，平均出水量從抽水之初75 m3/h下降到40-50 m3/h之間，基本穩(wěn)定在40m3/h左右，后再無明顯變化。抽水過程中，經過對橫管出水狀態(tài)觀測發(fā)現，在抽水進行到100小時后，橫管管口出水量由最初的“股狀”流態(tài)變?yōu)椤皾B流”。距離輻射井較近的4眼觀測井，水位最大波動值在0-1.25之間。距離輻射井75米以外的4號觀測井，水位變化只有0.26米，且在抽水150小時后，水位基本再無降幅。

為了分析輻射井出水效率低的原因，抽水實驗結束后，對輻射管波紋管芯分段取出，經分析發(fā)現，管芯外部尼龍沙濾網全部被粘土顆粒和細沙包裹，呈黑色狀。

3.抽水效率下降原因分析

3.1尼龍濾網選用網目數太密，細顆粒無法隨水流排出，造成尼龍濾網堵塞。

3.2由于輻射井設計深度不夠，井內外水頭差太小，水流流速小，無法將細顆粒隨水流帶出，逐步在尼龍網周邊堆積所致。

3.3抽水實驗選擇時機不佳，輻射井抽水根本原因是為了在西夏水庫蓄水后，因滲漏造成壩后地下水抬升，造成水量大幅損失，并引起壩后發(fā)生浸沒而設計的。本實驗選擇在西夏水庫較低蓄水水位的情況下實驗不具代表性。

3.4輻射管套管鋼管打孔密度低，進水斷面小，影響了地下水匯集。

3.5輻射井成井施工時間較長，人工開挖成井施工過程中，地下水大量匯入井中，采用水泵強排，使大量的細顆粒在井壁周圍沉積，橫管施工時成井時間也較長，大量細顆粒便在套管與濾水管之間沉積，影響了進水條件。

五、壩后取水建議采取的幾項措施

1.增加輻射井豎井深度。根據寧夏周邊地區(qū)同類地質條件下輻射井的成功經驗，類似粉細砂地質條件下，采用雙濾管型式的橫管，應保證內外水頭差在20米以上，通過水頭差增加水流匯集流速，從而將細顆粒帶出橫管，不在橫管處形成細顆粒堆積，堵塞橫管。因此，需改變輻射井豎井深度，增加內外水頭差。由于本實驗性輻射井已建設完成，按照原尺寸增加豎井深度，施工難度較大，建議將豎井內徑縮孔，由原來的內徑變?yōu)?.2米，外徑2.6米，兩井銜接組裝，并在豎井下部再增加一層橫向輻射管，來增大水頭差。

2.改善橫管填充物。本實驗性輻射井形成堵塞的一個重要原因，是由于橫管填充物為尼龍網，網眼目數過密，細顆粒被濾網攔截堵塞，形成堆積，影響出水效果。建議改變實驗輻射井橫管填充物類型，將波紋管濾網選擇目數較疏的類型，允許細顆粒帶出，在波紋管與鋼管之間采用圓狀粒裝物填充，防止大量細顆粒帶出形成管涌。為了防止再出現堵塞，在濾水管中提前安裝帶孔水管，定期采用高壓水反沖洗，將堆積的細顆粒沖洗排出。

3.采用塑膜垂直防滲，改變輻射井內外水頭差。分析該水庫壩后集滲系統(tǒng)布置，集水廊道主要收集的是地面以下5米內的淺層地下水，深層水滲漏采用輻射井回收。為了提高輻射井運行效率，減少深層滲漏損失，結合第一條措施，建議采用塑膜垂直防滲，在集水廊道外側10米處的地方，沿集水廊道走向，布設垂直塑膜防滲，防滲深度為20米，改變輻射井內外水頭差，來提高輻射井出水效率，有效降低滲漏損失。

4.增加塑性砼防滲墻，減小西側繞滲損失。該水庫修建于賀蘭山沖積扇，水庫庫區(qū)呈緩坡狀，壩體段主要為主壩段、南副壩和北副壩三段布置，西側為開放式自然地形。壩后集滲系統(tǒng)布設主要沿南副壩和主壩段布設，西側繞滲將是水量損失的一個重要途徑，為了減小水量損失，建議采用塑性砼防滲墻沿西側1147米高程布設，與塑膜垂直防滲相接，減小繞滲損失水量。

5.出水含沙量分析。本水庫壩后集滲廊道和壩后輻射井，均修建于粉細砂地質層，地下水溢向廊道或井中時，后長期攜帶細顆粒物，加之，廊道和輻射井均采用加壓泵強排，改變來原地下水的流態(tài)，長期運行，必然會改變地下粉細砂層原始地質級配，久而久之，勢必造成局部地質疏松，影響壩體穩(wěn)定。因此，建議管理單位提早開展地下出水含沙量分析，定期計算出沙量，并分析出沙影響范圍，必要情況下，對地下出沙量較大區(qū)域進行灌漿補強，保證壩體運行安全。

參考文獻：

[1]《寧西水庫初步設計》；

[2]《實驗輻射井設計及抽水實驗報告》。