萬家寨引黃南干線五寨引水工程設(shè)計

曹崇文

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

萬家寨引黃南干線五寨引水工程設(shè)計

曹崇文

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

通過對山西省萬家寨引黃南干線五寨縣引水工程整體規(guī)劃，綜合考慮引水線路、調(diào)蓄水庫位置、壩型選擇、供水方式、供水管道等，確定了五寨縣引水工程設(shè)計方案。五寨縣引水工程作為一項民生工程，對當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)發(fā)展，生態(tài)環(huán)境改善和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展具有重要的促進(jìn)作用。

萬家寨引黃南干線；引水工程；孤山調(diào)蓄水庫

1 工程概況

萬家寨引黃工程南干線是連接黃河、汾河的輸水通道，是山西大水網(wǎng)第二縱汾河——涑水河線的骨干工程，設(shè)計供水量6.4億m3，2002年通水到太原。萬家寨引黃南干線于神池縣城東經(jīng)過，可利用引黃南干線工程供水的地理優(yōu)勢，解決五寨縣水資源不足、供水保障低的問題。

2 工程規(guī)劃

山西省萬家寨引黃南干線五寨縣引水工程規(guī)劃概括為“一線，一庫，四支線”?！耙痪€”指從引黃南干線6號洞開始，經(jīng)地下節(jié)制進(jìn)水閘、3.7km長無壓隧洞、分水閘、豎井、30km長、直徑800mm的球墨鑄鐵管道至孤山調(diào)蓄水庫的一條輸水線路?！耙粠臁敝肝挥谖逭h城以北，孤山村和南坪村之間的孤山調(diào)蓄水庫。針對萬家寨引黃樞紐八九兩個月不引水的情況，進(jìn)行水量調(diào)節(jié)。孤山調(diào)蓄水庫正常蓄水位1450m，壩頂高程1452.3m，最大壩高15m，為一邊靠山，三面圍封的平原水庫，采用土工膜全庫盆防滲。“四支線”指孤山調(diào)蓄水庫分水閘后設(shè)置分水閥室，分為生活、生態(tài)支線，北外環(huán)工業(yè)支線，三岔支線及李家坪灌區(qū)支線。其中，生活、生態(tài)支線負(fù)責(zé)五寨縣的生活和生態(tài)用水；北外環(huán)工業(yè)支線負(fù)責(zé)向北外環(huán)工業(yè)園區(qū)供水；三岔支線負(fù)責(zé)向南坪灌區(qū)、胡會灌區(qū)、小河頭灌區(qū)、三岔灌區(qū)、小河頭和三岔堡工業(yè)園區(qū)供水；李家坪灌區(qū)支線負(fù)責(zé)向李家坪灌區(qū)供水。

3 方案比選

3.1 調(diào)蓄水庫位置

由于萬家寨水庫每年八九兩月降低水位排沙不宜引水，引水時段為每年的10月至第二年的7月，引水期10個月，且供水過程不均勻，因此需設(shè)調(diào)蓄水庫。

3.1.1 分水口及各用水戶高程

取水口引黃南干線6號洞水位1517.7m，五寨縣自來水公司高程1420m，農(nóng)業(yè)灌區(qū)李家坪灌溉區(qū)高程1410m，南坪灌溉區(qū)高程1430m，胡會灌溉區(qū)高程1380m，小河頭灌溉區(qū)高程1360m，三岔灌溉區(qū)高程1300m，生態(tài)供水高程1430m，小河頭工業(yè)園區(qū)高程1350m，三岔堡工業(yè)園區(qū)高程1300m。合理選擇輸水干管以控制水頭損失，恰當(dāng)選擇調(diào)蓄水庫正常蓄水位，對所有供水戶實現(xiàn)自流供水。

3.1.2 地形條件

五寨縣地形東南高西北低，縣城東部和南部建庫，蓄水位高程均在1520m以上，揚水入庫，費用較高；縣城西部建庫輸水距離較遠(yuǎn)，且不能實現(xiàn)自流入庫。

在縣城東北部的孤山村和南坪村之間洼地修建孤山水庫，緊鄰輸水干線、公路和孤山新增農(nóng)業(yè)灌區(qū)，高程1450m，除李家坪灌區(qū)外，其他供水用戶均可實現(xiàn)自流，且交通便利。因此選擇在孤山村與南坪村之間興建調(diào)蓄水庫，一邊靠山，三邊筑壩圍封，土工膜全庫盆防滲。此方案的缺點是由于李家坪灌區(qū)支線上的老牛坡村高程（1470m）較高，需要設(shè)置泵站為灌區(qū)供水，提水工作揚程39m，裝機75kW。

在縣城東北部的老牛村北面的洼地修建老牛坡水庫，高程1476m，可向各用戶自流供水，但山勢較陡，開挖工程量較大。

綜合比較，孤山水庫方案明顯優(yōu)于老牛坡水庫，本次設(shè)計選取孤山水庫。

3.2 調(diào)蓄水庫壩型

孤山調(diào)蓄水庫位于山前沖積扇區(qū)，水庫周邊土料豐富，但石料相對缺少；庫區(qū)下部的石灰?guī)r為強透水層，因此需要對全庫盆進(jìn)行防滲，水庫水平全防滲采用較多的材料為土工膜。

土壩施工簡單，對壩基及壩肩地質(zhì)條件要求較低，尤其是土壩采用土工膜防滲體的技術(shù)已相當(dāng)成熟。碾壓均質(zhì)土壩壩型無論從經(jīng)濟(jì)上還是與庫區(qū)全防滲土工膜接合的技術(shù)上均具有明顯優(yōu)勢，因此，孤山調(diào)蓄水庫最后決定采用土工膜全庫盆防滲的碾壓均質(zhì)土壩。

3.3 供水方式

本工程供水對象為城鄉(xiāng)生活生態(tài)用水和工農(nóng)業(yè)用水，作為距離長、保證率高的輸水工程，對抗外界不利因素性能、耐久性能等方面的要求較高。

管道布置的優(yōu)點：除泵站、調(diào)節(jié)閥室等局部占地外，其他地段可覆土種植作物，大大減少占地面積，有利于環(huán)境保護(hù)；避免輸水過程中的蒸發(fā)滲漏，輸水損失??；不存在冬季和早春結(jié)冰情況，有利于保證常年正常供水；當(dāng)輸水線路與河流、道路以及其他管線交叉時，采用管道處理方式要比渠道簡單得多。缺點是：線路受地形影響較大；渠道線路長，施工質(zhì)量控制難度大；渠道必須由專職人員管理，運行成本較高；開挖量大，占地多；蒸發(fā)滲漏大，輸水損失大。

本工程輸水管線地形為首尾高、中間低；孤山調(diào)蓄水庫往李家坪灌區(qū)的供水線路首尾低、中間高，這兩條線路均受地形條件限制，不適合修建渠道。

綜合本工程線路較長、供水戶較多且分散的特點，結(jié)合管道布置和渠道布置的優(yōu)缺點，輸水線路選擇管道布置方式。

3.4 輸水區(qū)間及設(shè)計流量

根據(jù)選定的供水方案，本工程供水線路包括孤山調(diào)蓄水庫輸水線路和孤山調(diào)蓄水庫以下各供水支線，其中工業(yè)供水線路根據(jù)分水口情況劃分又可為兩個輸水區(qū)間。通過孤山調(diào)蓄水庫的調(diào)節(jié)，各出庫供水支線采用重力流壓力管道全年不間斷輸水方式；水庫入庫輸水管線每年運行10個月，在滿足向下游供水的同時，為孤山調(diào)蓄水庫充庫。

此外，按照有關(guān)規(guī)范的要求，城鎮(zhèn)和工業(yè)供水工程管線的設(shè)計流量應(yīng)按最高日供水量確定?？紤]到本工程線路末端均設(shè)置有事故調(diào)節(jié)池，故管線按均勻供水設(shè)計。

根據(jù)本次設(shè)計水資源供需分析成果和萬家寨樞紐調(diào)度運行方式，結(jié)合輸水、水庫、工程建筑物的任務(wù)、功能和線路檢修的需要，確定五寨縣輸水供水各建筑物的設(shè)計流量。

3.5 管材選擇

該工程輸供水線路的重力流管道管徑范圍為250～850mm，公壓范圍0.5～1.5MPa。

根據(jù)輸供水管線總體布置方案、沿線地形、地質(zhì)條件及管道承壓力等情況，結(jié)合工程重力流、小流量的供水特點，綜合考慮目前國內(nèi)輸水管道管材使用情況的調(diào)查，本次設(shè)計選擇了鋼管、球墨鑄鐵管、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管以及聚乙烯管等4種管材進(jìn)行比較。

鋼管的優(yōu)點是管材強度較高，耐壓力高，施工敷設(shè)方便，適應(yīng)性強，接口形式靈活，管道滲漏較少，單位管長重量較輕，適合用于地形復(fù)雜地段和穿越各種障礙。其缺點是價格相對較高，需對管道的內(nèi)外壁進(jìn)行防腐處理且處理難度較大，很少用于長距離輸水。

球墨鑄鐵管的優(yōu)點是使用年限長，管道承壓能力較高，采用橡膠圈接口，柔性較好，對地基適應(yīng)性較強；防腐處理簡單，防腐能力較鋼管強；有標(biāo)準(zhǔn)配件，適用于配件及支管較多的管段。對于中口徑管道球墨鑄鐵管具有價格低的明顯優(yōu)勢。其工作壓力高、安全性能高，實際管道可能的爆裂壓力是工作壓力的3倍，一般用于1.6MPa以下的管道。

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）的特點是抗?jié)B能力強，止水效果好，安裝方便。缺點是適應(yīng)地基變形能力差，對地基有較高的要求。對于直徑800mm的管道，由于其內(nèi)部砂漿面為離心施工工藝，導(dǎo)致管道糙率比大口徑管道大，從而使沿程水頭損失量加大。因此，PCCP適用于直徑800mm以上的管道。

聚乙烯管（PE）具有綜合造價低，耐腐蝕使用壽命長，連接方便，施工簡單，冬季施工有保證的優(yōu)點，而且對地形的適應(yīng)性較強。

管道的高抗壓性能直接關(guān)系到管網(wǎng)能否安全使用，并提供長期穩(wěn)定的供水。本工程輸水線路較長，基本沿公路及河道邊埋設(shè)，管道內(nèi)壓較大，沿線地形條件復(fù)雜，多為路邊或河灘地，對管道安全防護(hù)要求較高。經(jīng)綜合各管材的特性，直徑500mm以上公壓較高的供水管線采用球墨鑄鐵管，其余均采用PE管。

4 結(jié)論

五寨縣水資源不足是制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展、阻礙人民生活水平提高的重要因素。萬家寨引黃南干線經(jīng)過五寨縣域并具有富余供水能力，因此，從萬家寨引黃工程南干線取水，向五寨縣提供工農(nóng)業(yè)、城市生活及生態(tài)用水，為區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了水資源保障。

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曹崇文（1982-），女，2004年畢業(yè)于太原理工大學(xué)水利水電工程專業(yè)，工程師。

2016-04-07；

2016-05-17