呂梁市“引水入交”工程引水線路優(yōu)化設計研究

雷 雨，沈金娟，曹 磊

（太原理工大學水利科學與工程學院，山西 太原 030024）

1 工程概況

呂梁市陳家灣水庫至交口縣回龍鄉(xiāng)供水工程是以工業(yè)供水為主的綜合水利基礎設施工程，此項工程的實施將徹底緩解交口縣“十二五”期間工農業(yè)生產水資源短缺的突出矛盾。該工程從橫泉水庫供水至中陽鋼鐵廠供水工程（已建成）下游起，建設提水泵站至陳家灣水庫，經過水庫的調節(jié)，實施二級泵站加壓后，自流引水到交口縣回龍鄉(xiāng)，設計年工業(yè)用水總量2000.0萬m3。工程輸水線路長，沿線地形變化較大，泵站需要揚程高，輸水線路的初步選定應結合各方面因素綜合考慮。根據相關資料，結合輸水線路選擇原則，本研究對該工程引水線路進行優(yōu)化設計研究。

2 輸水線路布置及優(yōu)化

2.1 泵站站址選擇

根據交口縣“引水入交”供水工程用水對象及水源水質要求，借鑒柳林三交鎮(zhèn)集中供水工程，一級站水源為中陽鋼鐵水廠（樁號ZK0+000，高程1 100.0 m），設計年供水量1 700萬m3。經一級泵站提水至陳家灣水庫（樁號ZK5+000，高程1 183.0 m），利用陳家灣水庫做調蓄池，在水庫上游（樁號CK0+000，高程1183.0m）修建二級加壓泵站提水至開府村（樁號CK23+174，高程1558.0m），然后自流輸水到供水終點交口縣回龍鎮(zhèn)。

2.2 管道線路選擇及方案比較

根據交口縣“引水入交”供水工程水源、沿途供水對象和供水終點以及實際地形條件，考慮泵站總體揚程、基巖隧洞工程的距離長短等關鍵部位、關鍵控制性工程等因素，初步擬定一級站管道鋪設線路：中陽鋼鐵水廠（樁號ZK0+000，高程1 100.0 m）沿南川河→段家莊（樁號ZK2+108，高程1 125.0 m）→陳家灣水庫（樁號ZK5+000，高程1 183.0 m）一級站供水終端；二級站管道鋪設路線：陳家灣水庫上游進水口樁號（CK0+000，高程1 183.0 m）沿南川河→關上村（CK12+458，高程1 385.0 m）→石寶莊→曹家峪→老爺廟（最高控制點，海拔高程1 666.0 m）→（自流輸水）廣武莊→（自流輸水）大南溝出口→（自流輸水）興華寺→（自流輸水）十二盤→（自流輸水）交口縣回龍鎮(zhèn)（樁號CK62+405，海拔高程988.0 m）。

2.2.1 一級站管道線路方案優(yōu)化

一級站管線較短，泵站揚程也相對較低，管線布置大概有兩種思路：方案一是從中陽鋼鐵水廠按直線布管提水至陳家灣水庫，管線長度最短、運行經濟、管理方便，但是這種管道布置法如果沿地面線布置，會使泵站的揚程過高（凈揚程達200.0 m），不能充分利用地形，如果考慮地形揚程，則在沿線基本上都要開挖隧洞，工程量和施工難度都比較大。第二種管線布置方案是沿南川河布線，這種布線方法相較于方案一管路長度更長，但是沿線地形變化趨勢比較平緩，且充分利用地形，使泵站的凈揚程降低到83.0 m，工程建成后能大大節(jié)省運行費用，且工程量相較于方案一也小，施工交通方便。

經綜合分析比較，很顯然選擇方案二更合理。

2.2.2 二級站管道線路方案優(yōu)化

二級站管道線路方案比較的前提條件：二級站主副廠房建筑面積不變，總安裝8臺水泵機組（6工2備）、總配套裝機功率6 400 kW（10 kV高壓電機）不變；110 kV高壓專用電源線路不變，（110 kV/10 kV）高壓變壓器10 000 kVA容量及變電站設施不變；共建4座泵站管理站建筑物工程不變；在共有基礎設施的條件下，分兩種管道線路布置，從管路長度、工程地質、工程量及投資、工程施工、工程運行管理等方面進行管道線路方案比較。

（1）方案一：提水壓力管道至老爺廟最高點管道線路布置。

二級站壓力管道線路：陳家灣水庫上游（樁號CK0+000，海拔高程1 183.0 m）→萬年飽村→雙石窯村→車鳴峪村→黃嵩嶺→關上村→石寶莊→曹家峪→老爺廟（最高控制點，海拔高程1666.0m）→（自流輸水）廣武莊→（自流輸水）大南溝出口→（自流輸水）興華寺→（自流輸水）十二盤→（自流輸水）交口縣回龍鎮(zhèn)（樁號CK63+980，海拔高程 988.0 m）。

優(yōu)點：該條管道線路總體順直，工程地質基本屬于巖基基礎，基本選在基巖及河卵石基礎上，管道基礎產生沉降的可能性較小。鋪設管道總長63.98 km，加壓進二級站（4.0萬m3進水前池）。沿線基本不需要打太長的隧洞，工程量相對較小。根據管道線路布置，沿線從陳家灣至老爺廟需要架設鋼桁架5座，總長1 100.0m；布設基巖隧洞7座，總長8.9 km；設砼鎮(zhèn)墩3個，支墩12 480個；進排氣閥井60座。

缺點：從陳家灣水庫到二級泵站出水池老爺廟（4.0萬m3），二級站水泵機組一直屬于加壓，必須采用螺旋縫鋼管；二級站從陳家灣水庫出水口（高程為1 183.0 m）直接加壓提水到老爺廟控制點（高程為1 666.0 m），使得泵站凈揚程達到483.0 m，國內目前高揚程泵站提水最大揚程為200 m，這給水泵的選型造成了一定的困難，并且相應地增加了工程在機電方面的投資和運行費用，另外這在以后的運行管理中，也會使得供水系統(tǒng)的安全運行存在較大風險。

在老爺廟需建管理站。而該地地處比較荒僻，工程建成后管理站的工作人員生活會比較艱苦。部分管線要穿越墳墓及果林及經濟林，相對建設難度較大。

（2）方案二：開府村經隧洞至廣武村布置管道。

管道線路布置：二級站壓力管道線路：陳家灣水庫上游（樁號CK0+000，海拔高程1 183.0 m）→萬年飽村→雙石窯村→車鳴峪村→黃嵩嶺→關上村→石寶莊→曹家峪→開府村（最高控制點，樁號C23+174，海拔高程1 558.0 m）→（隧洞5 067.0 m）→廣武莊（樁號CK28+241，海拔高程1 512.0 m）→（自流輸水）大南溝出口→（自流輸水）興華寺→（自流輸水）十二盤→（自流輸水）交口縣回龍鎮(zhèn)（樁號CK62+405，海拔高程988.0 m）。鋪設管道62.405 km。

優(yōu)點：該條管道線路是把水從陳家灣水庫提到開府村（樁號CK23+174，海拔高程1 558.0 m）的4.0萬m3出水池及管理站區(qū)域，在開府村開掘隧洞至廣武村；水從開府村利用重力流自壓原理，自流輸水至交口縣境內回龍鎮(zhèn)（樁號CK62+405，海拔高程988.0 m）。根據控制點測量成果，CK0+000～CK23+174段，在“土石山區(qū)”推薦鋪設DN600螺旋縫雙面埋弧焊管；自流段CK23+174～樁號CK62+405推薦鋪設DN600玻璃鋼夾砂管；根據實地考察，輸水管道在交口境內自流39.231 km。根據總體布置，該方案管道線路的鋪設使二級泵站凈揚程為375.0 m，相比方案一降低了108.0 m，自留段線路更長，因而運行費用更經濟。沿線需要架設鋼桁架10座，總長1 990.0 m，布設基巖隧洞6座，總長14 000.0 m。

從運行管理角度考慮，管道鋪設線路與干線公路基本一致，二級站出水池建在開府村附近，巡視檢修交通比較便利。

缺點：比方案一增加1座4.0萬m3出水池及管理站，相對永久性占地面積、臨時占地面積各有所增加；比方案一增加基巖隧洞1座（5 067.0 m），工程量增大；部分管線要穿越墳墓、果林及經濟林，相對建設難度較大。

2.2.3 二級泵站管道路線兩種方案總體比較

根據設計估算，方案二相對方案一石方工程量較大；二級站總體設計管道線路長62.405 km，其中在交口境內自流輸水管道長度39.231 km，自流輸水管道采用玻璃鋼夾砂管；從交通運輸、施工安裝、工程巡視檢查情況看，比方案一較優(yōu)，便于管理；從增加建筑物工程總投資情況看，比方案一較大；方案二泵站總揚程比方案一低108 m，管線總長比方案一短，從泵站技術層面、工程安全運行以及工程建成后運行費用方面看，比方案一優(yōu)。方案優(yōu)化成果見表1。

3 結論

文章從技術可行、施工難易、工程量、建成后運行管理、工程建設投資等方面入手，對呂梁市“引水入交”工程供水管線布置進行了優(yōu)化布置研究。根據設計估算及綜合比較分析，推薦本工程采用方案二?，F(xiàn)呂梁市“引水入交”工程的初步設計已采用本研究的推薦方案。

表1 二級站管道線路方案比較表

[1]金錐，姜乃昌，汪興化等.停泵水錘及其防護[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.

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