東山供水工程多水源云竹匯水口優(yōu)化研究

張紅武

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

東山供水工程是“山西大水網(wǎng)”骨干工程之一，為“兩縱十橫”中的第五橫，是“十二五”期間為提高全省水資源配置能力而重點(diǎn)建設(shè)的互連互通工程。取水水源4座，分別為關(guān)河水庫(kù)、云竹水庫(kù)、石匣水庫(kù)及二期水源工程，末端調(diào)蓄水庫(kù)利用已建子洪水庫(kù)、咸陽(yáng)河水庫(kù)、南王水庫(kù)、源神廟水庫(kù)、尹回水庫(kù)、下梁水庫(kù)以及大溝水庫(kù)等。工程任務(wù)是從漳河流域水資源相對(duì)豐富的左權(quán)、榆社、武鄉(xiāng)等縣調(diào)水到汾河流域晉中南部的太谷縣、祁縣、平遙縣、介休市、靈石縣，補(bǔ)充工農(nóng)業(yè)用水。年總供水量11219萬(wàn)m3。

工程輸水管（洞）線總長(zhǎng)255km，其中壓力管線長(zhǎng)178km、隧洞長(zhǎng)75km（含3.0km洞穿管）、箱涵約2.0km。工程沿線設(shè)巖南溝一級(jí)站、小寨二級(jí)站及關(guān)河泵站3座泵站，設(shè)計(jì)揚(yáng)程分別為120m，159m，108（76）m，總裝機(jī)容量18MW。流量調(diào)節(jié)閥室、檢修閥室、排氣閥井等附屬建筑物共計(jì)469座。

2 多水源輸水系統(tǒng)總體方案

本工程取水水源石匣水庫(kù)、二期水源位于清漳河上，正常蓄水位分別為1142.5m，852.0m；關(guān)河水庫(kù)、云竹水庫(kù)位于濁漳河上，正常蓄水位分別為961.6m，1025.2m，調(diào)水區(qū)均位于汾河流域，高程大多在1000～750m。

從水源地與調(diào)入?yún)^(qū)的相對(duì)位置及地形條件上看，石匣水庫(kù)位于云竹水庫(kù)東北，石匣水庫(kù)至濁漳河約30km，二期水源位于云竹水庫(kù)東南，二期水源至濁漳河直線距離約50km，關(guān)河水庫(kù)位于云竹水庫(kù)東南，距云竹水庫(kù)約30km。云竹水庫(kù)距調(diào)入?yún)^(qū)最近，且水位高程可全部對(duì)調(diào)入?yún)^(qū)實(shí)現(xiàn)自流輸水。輸水線路從清漳河至濁漳河、濁漳河至汾河流域均需穿越分水嶺，為工程關(guān)鍵區(qū)段，而清漳河流域水源匯水及清、濁漳河流域4座水源的匯水是輸水系統(tǒng)總體方案的要求。綜合比選，其他3座水源先調(diào)水至云竹水庫(kù)附近，實(shí)現(xiàn)4座水源匯水后自流至調(diào)入?yún)^(qū)的總體方案為線路最短、最合理的方案。

從輸水方式上講，主管線大部分采用壓力管道重力流輸水，過(guò)分水嶺段采用無(wú)壓隧洞明流輸水，泵站進(jìn)水池與出水池間采用壓力管道泵流輸水，長(zhǎng)隧洞與建筑物連接段采用涵（管）明流輸水。

3 云竹匯水口調(diào)節(jié)閥室優(yōu)化方案3.1 云竹匯水口調(diào)節(jié)閥室作用

云竹水庫(kù)既是調(diào)水水源，也是調(diào)水區(qū)的調(diào)蓄水庫(kù)，云竹匯水口調(diào)節(jié)閥室位于云竹水庫(kù)溢洪道西南約0.3km處，上游接壓力管線，下游接明流隧洞（或涵管），其主要功能是實(shí)現(xiàn)所有調(diào)水水源的匯水、平衡水壓、調(diào)節(jié)流量；滿足二期水源、關(guān)河水庫(kù)、石匣水庫(kù)3座水源直接輸水及調(diào)蓄的分流功能；控制調(diào)度總調(diào)水流量。

3.2 水機(jī)設(shè)備選型

調(diào)節(jié)閥不僅用來(lái)消減閥前多余水頭，同時(shí)調(diào)節(jié)閥后流量。結(jié)合輸水管線各控制點(diǎn)的高程，選用活塞式調(diào)節(jié)閥，考慮到調(diào)節(jié)閥價(jià)格較高，對(duì)于壓力和流量調(diào)節(jié)范圍較大的石匣支線采用活塞式調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)范圍較小，關(guān)河、云竹支線采用半球閥。

3.3 初步設(shè)計(jì)閥室布置

云竹流量調(diào)節(jié)閥室整體呈“L”形，分地上、地下兩部分，主廠房地下部分采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，上部為磚混結(jié)構(gòu)，主廠房按向下游供水和進(jìn)云竹水庫(kù)調(diào)蓄分別設(shè)置，兩個(gè)主廠房交角處為安裝間，總建筑面積約 1952m2，副廠房遠(yuǎn)離主廠房布置，主廠房?jī)?nèi)設(shè)備主要有調(diào)節(jié)閥（半球閥）、檢修閥、排氣閥、起重設(shè)備等。

云竹水庫(kù)調(diào)蓄閥室尺寸18.5m×33.0m（寬×長(zhǎng)），共安裝4套閥組（兩條支線，一工一備），其中：石匣支線為直徑1600mm的調(diào)節(jié)閥；關(guān)河水庫(kù)支線為直徑1400mm的半球閥，閥組中心高程均為1018.00m。

向下游供水方向閥室與調(diào)蓄方向閥室垂直，尺寸為18.5m×40.0m（寬×長(zhǎng)），閥室共安裝6套調(diào)節(jié)閥（三條支線，一工一備），其中：石匣支線規(guī)格為直徑1600mm的調(diào)節(jié)閥；關(guān)河水庫(kù)支線為直徑1400mm的半球閥，云竹支線為直徑2000mm的調(diào)節(jié)閥。該閥室后接出水池，出水池后設(shè)鋼筋混凝土箱涵輸水至下游5號(hào)隧洞（明流）。

3.4 優(yōu)化方案

優(yōu)化方案以不減少原有功能為基礎(chǔ)，從主廠房土建、閥體選型、設(shè)備布置、連接箱涵等方面進(jìn)行優(yōu)化。

優(yōu)化后云竹流量調(diào)節(jié)閥室為“一”字形，主廠房的向下游供水和進(jìn)云竹水庫(kù)調(diào)蓄整體布置，主廠房平面尺寸18.0m×50.9m，安裝間布置的閥組的中間，副廠房緊靠主廠房南側(cè)布置平面尺寸18.0m×8.1m，主副廠房總建筑面積1098m2，石匣支線及關(guān)河水庫(kù)的進(jìn)云竹支線與供水支線互為備用，各減少一套閥組，石匣支線調(diào)節(jié)閥組規(guī)格由直徑1600mm優(yōu)化為直徑1400mm。

3.5 優(yōu)化方案特點(diǎn)

第一，入庫(kù)調(diào)蓄與直接供水的互為備用，減少了2套調(diào)節(jié)閥、2套半球閥，滿足了規(guī)范要求，大大節(jié)省了設(shè)備投資。第二，在云竹出庫(kù)方向增設(shè)1座出水池，解決了管道轉(zhuǎn)彎的水流方向，避免了管道交叉。第三，廠房由“L”形優(yōu)化為”一”字形，大大減少了土建投資，相應(yīng)減少了1臺(tái)起重設(shè)備。第四，出水池與5號(hào)隧洞的連接由現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵優(yōu)化為PCCP管道，方便施工。

4 結(jié)語(yǔ)

東山供水工程是“山西大水網(wǎng)”四大骨干工程中唯一的多水源工程，云竹匯水口調(diào)節(jié)閥室為工程調(diào)水的核心建筑物，也是工程的分調(diào)度中心所在地，方案的合理性直接關(guān)系到輸水系統(tǒng)的調(diào)度運(yùn)行。通過(guò)對(duì)云竹匯水口進(jìn)行全面優(yōu)化研究，優(yōu)化后功能及可靠性不變，建筑物、設(shè)備布置更為合理，大大減少了土建及設(shè)備工程量，節(jié)省工程投資300余萬(wàn)元。