郭壁供水改建工程設(shè)計(jì)

王紅霞

（山西省晉城市水利發(fā)展研究中心 山西晉城 048000）

晉城市地處山西省東南部，境內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富，素有“煤鐵之鄉(xiāng)”的盛譽(yù)，是我國(guó)能源重化工基地的重要組成部分。作為山西省經(jīng)濟(jì)建設(shè)快速發(fā)展的城市之一，也同樣面臨水資源短缺的問(wèn)題。郭壁水源地位于離晉城市區(qū)僅16 km的丹河干流的澤州縣金村鎮(zhèn)郭壁河段，它是離晉城市區(qū)最近的唯一的出露泉水的水源地。

1 郭壁供水工程現(xiàn)狀

郭壁供水改建工程設(shè)計(jì)是在原有的郭壁電灌站提水工程的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。原提水工程為水利基本建設(shè)項(xiàng)目，興建于1974年。其規(guī)模為三級(jí)提水灌溉工程，總揚(yáng)程為303 m，提水流量1.42 m3/s，總裝機(jī)為6 285 kW，設(shè)計(jì)效益為發(fā)展灌溉面積3 330 hm2，工程于1974年11月動(dòng)工興建，1980年緩建。1985年晉城實(shí)行市管縣體制后，隨著市區(qū)擴(kuò)大和市區(qū)工農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展，1992年批準(zhǔn)為以工業(yè)城市生活和農(nóng)村人畜吃水為主，兼顧農(nóng)業(yè)灌溉的多功能供水工程。供水工程的供水渠道，橫穿晉焦高速公路、晉長(zhǎng)高速公路和太焦鐵路，直達(dá)市區(qū)。

由于原工程建成時(shí)間較長(zhǎng)，水泵機(jī)組、泵站廠房及輸水渠道出現(xiàn)了不同程度的老化，供水能力受到了極大影響。

1.1泵站

泵站始建于1974年，一、二級(jí)站機(jī)房均為375 m2，三級(jí)站機(jī)房353 m2。該工程電氣設(shè)備安裝在20世紀(jì)70年代，經(jīng)過(guò)30多年的運(yùn)行，已老化失修，不能正常運(yùn)行，急需更新改造。水泵為1995年郭壁供水工程二期工程施工時(shí)安裝，部分零件銹蝕，水泵效率低，使用時(shí)漏水現(xiàn)象嚴(yán)重，需更新?lián)Q代。

1.2壓力管道

一級(jí)站出水壓力管道長(zhǎng)240.6 m，為兩趟內(nèi)徑800 mm的鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力管；二級(jí)站出水壓力管道長(zhǎng)312.8 m，為兩趟內(nèi)徑800 mm的鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力管；三級(jí)站出水壓力管道長(zhǎng)202 m，為兩趟內(nèi)徑800 mm的鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力管。各趟出水管管身尚好，局部管床及護(hù)坡已風(fēng)化，不能承載管壓力，需要進(jìn)行維修。

1.3供水渠道

原供水干渠總長(zhǎng)10.98 km，從渠首焦莊村至?xí)x城北車站。橫斷面為矩形，過(guò)水?dāng)嗝鎸?.84 m，高0.8 m?？v坡為1/2000，設(shè)計(jì)過(guò)水流量為1.42 m3/s。渠身為漿砌石結(jié)構(gòu)，內(nèi)壁有8 cm厚C15混凝土襯砌，渠頂有蓋板，并有30 cm厚的覆土保溫層。

由于近年來(lái)煤礦采空區(qū)帶來(lái)的地面塌陷，許多地方的渠道遭到了不同程度的破壞，再加上風(fēng)化作用，渠道滲漏的現(xiàn)象多處可見(jiàn)。從郭壁供水管理處提水至二水廠，沿線的滲漏量達(dá)到了總輸水量的30%。在水資源日益緊缺的今天，這是一筆不小的損失。

1.4供水管理

原郭壁提水工程規(guī)模日供水量12萬(wàn)m3，泵站及渠系建筑物都可以達(dá)到此輸水能力，而且，郭壁供水工程管理處人員是按此規(guī)模進(jìn)行配置。現(xiàn)在向市區(qū)供水量少，但支出一點(diǎn)也不少，隨著事業(yè)單位人員工資的大幅提高，市財(cái)政每年補(bǔ)貼郭壁的數(shù)字也越來(lái)越高，但就郭壁本身而言，依然虧損。郭壁供水工程管理處曾做過(guò)供水成本分析，日供水3萬(wàn)m3的成本為1.134元/t。隨著供水量的逐步提高，成本隨之下降，單位將會(huì)扭虧為盈，運(yùn)行得更好。

2 供水區(qū)水資源供需分析

2.1供水區(qū)需水預(yù)測(cè)

截止2010年底，晉城市市區(qū)（包括城區(qū)）常住人口47.7萬(wàn)人。根據(jù)《晉城市城市總體規(guī)劃》（2006～2020），2015年中心城區(qū)常住人口將達(dá)到60萬(wàn)人，2020年中心城區(qū)常住人口規(guī)模將達(dá)到70萬(wàn)人。由此可得出水平年市區(qū)居民生活用水預(yù)測(cè)量表（見(jiàn)表1）。

表1 2015、2020年市區(qū)居民生活用水預(yù)測(cè)量表

2.2供水區(qū)供水分析

郭壁三泉九井的可開(kāi)采水量為2 045萬(wàn)m3/a（56 037 m3/d）,已批復(fù)的應(yīng)急水源工程圍灘水庫(kù)年供水量1 200萬(wàn)m3，其余不足部分由三姑泉補(bǔ)充。供水能力可以滿足要求。

3 郭壁供水改建工程

郭壁供水改建工程包括原有一、二、三級(jí)提水泵站的更新改造和新建向市區(qū)供水管道兩部分內(nèi)容。

3.1泵站改造

三級(jí)泵站總揚(yáng)程318 m，提水流量1.42 m3/s，總裝機(jī)容量6 780 kW。原提水泵站沒(méi)有備用機(jī)組，本次設(shè)計(jì)將擴(kuò)建泵房，一、二級(jí)泵站各增加一臺(tái)備用泵；三級(jí)泵站原機(jī)組間距僅4.65 m，不滿足機(jī)組間距要求，擬拆除重建，廠內(nèi)設(shè)六臺(tái)機(jī)組，四用兩備。

改造后，一、二、三級(jí)站各站技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 改建后各站的主要技術(shù)指標(biāo)

改建工程除一級(jí)站水泵機(jī)組揚(yáng)程沒(méi)有變化外，二、三級(jí)站的水泵揚(yáng)程都做了適當(dāng)?shù)奶岣?。二?jí)站原水泵揚(yáng)程為123 m，改造后揚(yáng)程為130 m。三級(jí)站原水泵揚(yáng)程為32 m，改造后揚(yáng)程為65 m。

一、二級(jí)泵站廠房是在原基礎(chǔ)上擴(kuò)建改造，三級(jí)泵站廠房由于原機(jī)組間距不滿足要求，整體拆除重建。

3.2管道改造

改建工程設(shè)計(jì)時(shí)，共選三種不同材質(zhì)的管道進(jìn)行比較，三種管材為：鋼管、球墨鑄鐵管、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管。

鋼管具有強(qiáng)度高，接口方便，承受內(nèi)壓力大，水力條件好等優(yōu)點(diǎn)，但易腐蝕，造價(jià)較高也是其不可回避的缺點(diǎn)。球墨鑄鐵管管壁厚，質(zhì)地脆，強(qiáng)度低，價(jià)格便宜，其連接受人為因素如操作水平、責(zé)任心等影響較大，同時(shí)，球墨鑄鐵管內(nèi)徑最大為800 mm，按本工程的輸水能力要求，需鋪設(shè)兩趟，投資較大。預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管由于抗?jié)B能力強(qiáng)，接頭止水效果好，近幾年得到廣泛的應(yīng)用。經(jīng)比較，最后選承壓能力滿足要求、價(jià)格適中的預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管。

一級(jí)站出水壓力管道只進(jìn)行管床的維修，管道不變。

二級(jí)站出水池重建，原出水池后由渠道輸水改為壓力管道輸水，采用1.2 m直徑的預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管將水送入原三級(jí)站進(jìn)水池，管道總長(zhǎng)1 487 m。全線管道埋入地面以下，埋深最小為1 m。沿軸線轉(zhuǎn)彎處管道采用鋼管，并設(shè)置鎮(zhèn)墩以固定和承載，鎮(zhèn)墩采用埋填式結(jié)構(gòu)，用C20鋼筋混凝土制作。沿程鋪設(shè)碎石墊層，厚度為30 cm。

三級(jí)泵站揚(yáng)程由原來(lái)的32 m提高到65 m，因此，原來(lái)的出水壓力管道全部拆除，在原位置上重建，將水送入新建的三級(jí)站出水池。管道總長(zhǎng)1 154 m，沿程鋪設(shè)碎石墊層，碎石墊層厚度為30 cm。其余構(gòu)造形式同二級(jí)站出水壓力管道。

供水管道從三級(jí)站出水池引出后，仍采用1.2 m直徑的預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管輸水，將水送到晉長(zhǎng)高速路旁進(jìn)水池，管道鋪設(shè)形式同三級(jí)站出水壓力管道,管道總長(zhǎng)5 752 m。水池后管線分南北兩趟將水送入市區(qū)，兩線供水設(shè)施完好，不列入本次改建范圍。

4 結(jié)語(yǔ)

中共中央曾在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第九個(gè)五年計(jì)劃的建議中明確指出：“十分注意有效保護(hù)水資源和節(jié)約用水是要長(zhǎng)期堅(jiān)持的一項(xiàng)基本國(guó)策。”我們要盡可能地利用地表水，減少地下水的開(kāi)采。郭壁水源地為晉城市區(qū)提供了水源，但由于工程設(shè)施老化、不完善、規(guī)劃發(fā)展不足，導(dǎo)致郭壁水源不能被充分利用。對(duì)于這種工程設(shè)施性缺水現(xiàn)狀，我們可以對(duì)其進(jìn)行適度超前建設(shè)和逐步配套完善，以滿足日益增長(zhǎng)的用水需求，保障城市經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。