［摘要］取水构筑物的建设是饮水安全工程建设的重要内容，合理设计建设取水构筑物是保障饮水安全工程中水量和水质的关键。以新疆巴润哈尔墩镇为例，在分析其水量、水质，以及地层岩性等建设条件下，对饮水安全工程中取水方式以及取水构筑物设计进行探讨。得出新疆巴润哈尔墩镇饮水安全工程取水方式采用打井的方式取用地下水。以期为类型工程提供设计参考。
［关键词］饮水安全;取水构筑物;取水方式;新疆
1工程概况
项目区位于和静县巴润哈尔莫墩镇，巴润哈尔莫墩镇距离和静县城29km，南接焉耆七个星镇，东和二十一团、乌拉斯台相连，北与哈尔莫墩镇隔河相望，且地处天山南麓开都河南岸，地处焉耆盆地西北边缘，其地貌单元为开都河冲积平原，地形总趋势为北低南高，西高东低，高程在1215～1090m之间。全镇总面积15．6万亩，其中耕地6．38万亩，草场4．5万亩，有9个行政村。全镇2007年工农业总产值2．02亿元，农牧民人均收入达5458元。项目区总人口为21571人，其中饮水安全人口为2571人，还有19000人饮用水不符合国家《生活饮用水卫生标准》［1］。
2建设条件
2．1水质、水量有保证。根据自治区水利水电勘测设计研究院地质勘察研究所编制的《和静县地下水开发建设实施方案水文地质勘察报告》，巴润哈尔莫墩镇地下水资源可开采量评价如下:每年地下水补给量为6639．28万m3，地下水潜水蒸发量667．25万m3，该区的地下水可开采量为夺取地下水潜水蒸发量，即每年地下水可开采量为5972．03万m3;现状每年已开采地下水176．5万m3，每年剩余可开采量为5795．53万m3。并且经检验，该水质也符合《生活饮用水卫生标准》(GB5749－2006)规范要求。
2．2地层岩性有保证。根据地质勘探资料分析，该区域内的主要地层岩性为第四系松散状砂卵砾石层。厚约2．5～3．4m，未揭穿，呈青灰色，磨圆度较好，稍密－中密，干－稍湿，最大粒径220mm，大于2mm砾石含量为81．4%，Cc=7．9，Cu=171．4，颗粒级配不良。天然含水量W=3．6%，天然密度ρ=2．02g/cm3，天然干密度ρd=1．95g/cm3，比重Gs=2．69，孔隙比0．38，饱和度25．5%，天然休止角在35°。野外双环试验测得渗透系数为1．4×10－2cm/s，属强透水层，有利于取水构筑物的设计建设。由此可见，该地的水量、水质和地层岩性可以满足设计要求，因此采用打井的方式取用地下水。
3取水构筑物设计
3．1单井出水量的确定。本工程参考井的位于设计机井的上方，距新打机井0．8km，两井距的地形高差为5m，参考机井的井深为100m，出水量为160m3/h，水位降深为6m。根据参考井的资料，新打机井位于其下方，井深设计为100m是可行的。由于项目区地形条件较好，地下水量丰富，且以卵砾石、砂砾石为主，依据中国建筑工业出版社出版的《给水排水设计手册(室外给水)》，根据项目区的水文地质资料提供数据可推算项目区机井出水量达到200m3/h时的水位降深值。式中:C为静水位至过滤器上端距离，m;S为水位降深，m;H为含水层厚度，m;R为影响半径，m，通过计算为641m;r为井的半径，m，(当采用填砾过滤器时为填砾过滤器外径);K为渗透系数，m/d，取小值为22．5m/d;Q为大口井出水量，m3/d。根据以上公式计算得:当出水量达到200m3/h时，机井水位降深为18．2m，能满足出水量需求，即只需打1眼机井。
3．2管井设计。3．2．1管井年提水量。年均供水量=最高日供水量×365/K日=2664．99×365/1．3(日变化系数K日取1．3)=74．82万m33．2．2井深。1)井深设计的原则。井深的设计原则:应考虑地下水水位埋深、抽水时动水位降深、多年开采区域水位降深，结合抽水井含水层厚度，加之沉淀管长度等因素，综合考虑确定井深，在施工过程中，除考虑上述因素外，单井深度必须保证过滤器有效含水层厚度能保证单井出水量为原则。2)设计井深。井深设计根据地下水水位埋深、抽水时动水位降深、多年开采区域水位降深，结合抽水井含水层，加之沉淀长度等因素，综合考虑确定井深。除考虑上述因素外，根据水文地质报告，单井深度必须保证过滤器有效含水层厚度不小于30m为原则。项目区设计井深为100m。3．2．3孔径、管径及滤水管长度的确定。根据布井区水文地质条件、探采结合井的地层剖面，含水层富水性及探采井抽水试验资料，为了防止抽水时砂粒进入井内太多，以破坏机井的使用寿命，除选择好滤料之外，加大填砾厚度是防砂滤水的最有效办法。考虑机泵配套需要，设计孔径650mm，管径377mm，滤水管长度40m，沉淀管为6m。按《机井技术规范》要求，机井过滤器外径应满足以下要求:式中:D为过滤器外径(m);Q为管井的设计出水量(m3/s);L为过滤器长度(m)，取40m。P为过滤器表面进水有效孔隙率(一般按过滤器表面空隙率的50%考虑);本次设计取12．5%;V为允许入管流速，当K为21～40m/d时，取0．015，当K＜20m/d时，取0．01。项目区含水层岩性为卵石，因此取0．015。计算结果表明，井管直径按377mm设计，符合要求。井孔直径采用下式校核:式中:D1为井孔直径(m);Q为管井的设计出水量(m3/s);L为过滤器长度(m);V1为允许渗透流速(m/s);K为渗透系数(m/d)。=0．436(m)计算结果表明:井径按650mm设计，符合要求。根据上述设计，过滤器直径确定为377mm，选用普通园孔垫筋缠丝钢管，管壁厚6mm，孔隙率12．5%，长度40m，缠丝间距1．5mm。骨架管上应有纵向垫筋，以使缠丝不要贴在钢管上，垫筋高度8mm，垫筋间距2～3mm，两端应设挡箍焊死。
3．3过滤设计。3．3．1过滤器设计。鉴于项目区主要含水层为粗砂及粗砂夹卵石，故选用填砾过滤器，过滤器骨架采用6mm厚卷板焊接钢管的滤水管。滤水管采用开孔垫筋缠丝，直径为377mm，井壁上开圆形孔，孔径为15mm，梅花状布置，纵向垫筋，直径8mm，其垫筋间距应保证缠丝距管壁2～3mm，以保证缠丝悬空，不能贴在井壁上，两端设挡箍焊死。缠丝采用镀锌铁丝，滤水管缠丝间距小于填砾最小粒径，取1．0mm，允许偏差为±20%，且缠丝不能松动。3．3．2滤料设计。项目区含水层主要为粗砂及粗砂夹卵石。据不同含水层的性状和颗粒筛分后的重量比来确定。滤料直径D50=(8～10)d50式中:D50为滤料直径，mm。d50为含水层砂样过筛累计重量为50%时的颗粒直径，mm。根据已有井的资料，对主要含水层的颗粒分析得:d50=(0．36～0．5)mm。滤料粒径D50=(8～10)×(0．25～0．5)mm=3．0～5mm。故采用(3～5)mm。
3．4工作水位与水泵选型。3．4．1水泵选型配套。合理地选择水泵是正确使用的先决条件。为了确保本工程投入正常生产运行，井与泵经常处于高效节能状态下工作，应遵循下述原则和方法进行水泵的选择与配套［2］。1)在满足单井设计流量和提水扬程的条件下，应选用高效节能，安装、维修和操作方便的潜水电泵。2)要使水泵经常处于水泵性能曲线高效区范围内运行，所选水泵除满足单井设计流量外，其扬程余度越小越好。3)以所选水泵为主体配套组成的抽水装置，在长期运行中其平均装置效率不能低于45%，否则能源单耗增加，灌溉成本提高。4)依据所选水泵建设本工程，其投资和设备功率最小。3．4．2水泵选择的方法。1)根据工程运行方案所确定的单井设计流量和井壁管内径，水泵产品性能技术数据表中查得所需水泵型号。2)再根据设计降深和埋深值，以及输水管路损失计算得所需扬程(H)，按所需扬程来确定水泵扬程(H)，即确定水泵叶轮级数，用公式表示为:H需=H净+h损+0．5(5)式中:H需为需要扬程(m);H净为净扬程(m)，即稳定动水位到出水管口中心的垂直距离(埋深+降深+0．5m);h损为损水管路的损失扬程(m)。根据成井资料，当地地下静水位埋深约在22m，又根据单井出水量，设计抽水降深最大值为18．2m，管网所需扬程为5．5m。则潜水泵所需扬程H需=22+18．2+0．5+5．5=46．2m
4结语
综上所述，新疆巴润哈尔墩镇饮水安全工程取水方式采用打井的方式取用地下水。新建机井1眼，井深为100m，设计井径650mm，管径377mm，滤水管长度40m，沉淀管为6m，单井出水流量为200m3/h。水泵选用井用潜水泵，根据确定的扬程和流量，选择型号为300QJ200－60型井用潜水泵，设计流量为200m3/h，设计扬程为60m，相应电机功率为55kw，可有效地保证巴润哈尔墩镇居民安全用水的水量和水质。
参考文献
［1］中华人民共和国卫生部．GB5749—2006生活饮用水卫生标准［S］．北京:中国标准出版社．2006．
［2］何洪兵，张雪梅，王婷婷．水泵设计选型及案例研究［J］．湖南水利水电．2019(05):59－61．
作者:李旭东 单位:新疆巴州天宝水利工程设计有限公司