跨流域調(diào)水工程的關(guān)鍵技術(shù)

【摘要】近10年我國長距離綜合性大型調(diào)水工程發(fā)展迅速。通過工程手段優(yōu)化了局部地區(qū)水資源配置，緩解了我國區(qū)域水資源時空分布不均缺水問題，部分置換了地下水超采并有條件地解決了城市和工業(yè)發(fā)展長期擠占生態(tài)或農(nóng)業(yè)用水的問題。工程總體布局是通過建設(shè)條件調(diào)查和方案比選在水資源供需平衡分析與合理配置的基礎(chǔ)上確定的，在輸水規(guī)模和調(diào)水線路選擇上綜合考慮了調(diào)入調(diào)出區(qū)水資源現(xiàn)狀與發(fā)展要求；而且，工程設(shè)計與審查更加注重生態(tài)環(huán)境保護、土地占用和移民等問題?？傊?，我國大型調(diào)水工程建設(shè)在處理復(fù)雜技術(shù)難題和實施效果方面均已達到世界先進水平。

【關(guān)鍵詞】調(diào)水工程；水資源配置；關(guān)鍵技術(shù)

引言

我國是總體缺水和水資源分布很不平衡的國家。近20年水質(zhì)性與工程性缺水問題日益嚴(yán)重，區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展被迫以大量超采地下水、或以污染環(huán)境為代價。水資源的配置與開發(fā)利用已成為我國經(jīng)濟社會和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的重要因素。目前宏觀政策是以節(jié)能減排，保持水源環(huán)境的可持續(xù)性為發(fā)展建設(shè)基本前提，解決水資源或水質(zhì)性短缺問題主要是采取跨流域調(diào)水等工程措施為基本手段。

一、工程總體布局和規(guī)模論證

工程立項首先要明確的就是工程建設(shè)的必要性任務(wù)。近期立項工程均系統(tǒng)地分析了調(diào)入?yún)^(qū)水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀、用水結(jié)構(gòu)和節(jié)水水平；分析調(diào)入?yún)^(qū)國民經(jīng)濟和社會發(fā)展對水資源的需求；分析水資源短缺對國民經(jīng)濟發(fā)展的制約作用以及生態(tài)環(huán)境狀況與水資源的關(guān)系；并在流域規(guī)劃成果和用水發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，考慮現(xiàn)有的技術(shù)經(jīng)濟條件，確定調(diào)水的可能性、必要性和迫切性。

（1）水資源的供需分析、配置與預(yù)測

設(shè)計單位在接受項目任務(wù)時要以大水利建設(shè)的角度考慮問題，要對工程目標(biāo)地區(qū)經(jīng)濟社會、資源利用和環(huán)境保護等方面進行深入調(diào)查研究；經(jīng)外業(yè)勘查建設(shè)條件，對調(diào)入?yún)^(qū)在節(jié)水、治污并合理利用當(dāng)?shù)厮Y源基礎(chǔ)上，分析需調(diào)水量，而對調(diào)出區(qū)應(yīng)考慮生態(tài)與環(huán)境用水基礎(chǔ)上，分析可調(diào)水量。在項目審查過程中，要求設(shè)計單位出具供水工程供水量來源組成，調(diào)入?yún)^(qū)不同行業(yè)及部門用水指標(biāo)及數(shù)量；需水量預(yù)測應(yīng)遵循從緊的原則，制定可行的節(jié)水方案，并對預(yù)測進行合理性分析；特別強調(diào)的是經(jīng)濟社會發(fā)展指標(biāo)的預(yù)測依據(jù)，應(yīng)在地區(qū)國民經(jīng)濟和社會發(fā)展指標(biāo)及遠(yuǎn)景規(guī)劃的基礎(chǔ)上進行。對調(diào)出區(qū)應(yīng)重點調(diào)查取水點斷面下游地區(qū)現(xiàn)狀供水工程及供水量、區(qū)域生態(tài)用水情況；其需水量預(yù)測應(yīng)充分考慮調(diào)出區(qū)社會經(jīng)濟長遠(yuǎn)發(fā)展和維護生態(tài)環(huán)境對水資源的需求。

（2）工程總體布局與規(guī)模

從大的方面看，工程總體布局應(yīng)結(jié)合水資源配置方案擬定，從技術(shù)經(jīng)濟、環(huán)境與征占地等方面進行多方案比選。從技術(shù)層面上看，輸水線路布局應(yīng)根據(jù)各區(qū)段的地形地質(zhì)條件、建筑物形式及水源點分布情況開展工作。對明渠輸水，要確定總干渠分區(qū)段水頭分配，提出控制點水位和全線總體控制性指標(biāo)；對有壓隧洞和管道輸水方式，應(yīng)確定全線壓力線及壓力控制點、結(jié)合部位的銜接方式、以及掌握現(xiàn)有水源點和可選擇的建設(shè)調(diào)蓄水庫位置等。

二、輸水工程關(guān)鍵技術(shù)

（1）多目標(biāo)系統(tǒng)調(diào)度

跨流域調(diào)水工程的水資源調(diào)度研究是一項系統(tǒng)復(fù)雜和多目標(biāo)的決策問題，如南水北調(diào)東線第一期、黔中供水、大伙房輸水工程等，涉及調(diào)出區(qū)及調(diào)入?yún)^(qū)多座水庫及連接兩區(qū)域的輸水工程。系統(tǒng)內(nèi)各調(diào)蓄或輸水工程的任務(wù)不同，城市生活供水、直供與非直供工業(yè)供水、環(huán)境用水等興利目標(biāo)眾多。如黔中水利樞紐各供水目標(biāo)的保證率有較大差異，系統(tǒng)具有隨機性大、線路長、目標(biāo)眾多的調(diào)度特點。綜合調(diào)水系統(tǒng)中調(diào)入?yún)^(qū)的徑流量、調(diào)出區(qū)的可調(diào)出水量、供水區(qū)的工農(nóng)業(yè)用水量等均存在較大的隨機性；其中農(nóng)業(yè)用水本身又受氣象、水文、作物、土壤等多種因素的復(fù)合影響，目標(biāo)函數(shù)眾多。

（2）長隧洞施工技術(shù)

深埋長大隧洞工程選擇施工方法的原則是，優(yōu)先采用先進的TBM施工；對于大規(guī)模斷層破碎帶洞段、可能產(chǎn)生突發(fā)性涌水的巖溶性地層洞段和可掘進性差的高石英含量石英砂巖洞段，則應(yīng)采用常規(guī)的、經(jīng)驗成熟的鉆爆法施工。采用TBM施工可充分發(fā)揮其掘進速度快、施工質(zhì)量穩(wěn)定、安全作業(yè)條件好、對生態(tài)環(huán)境影響小的優(yōu)勢；而對于各種不利地質(zhì)條件洞段，采用經(jīng)驗成熟的鉆爆法施工，又可以充分發(fā)揮其機動性和靈活性，確保施工的順利進行。

三、有壓輸水安全保障措施

（1）有關(guān)安全問題

輸水管線的安全供水包括兩方面內(nèi)容，即在出現(xiàn)事故時輸水管線仍能保證輸送設(shè)計流量，保證輸水管線在實際運行中不受到破壞。實際運行中可能造成輸水管線破壞的主要原因有以下方面：突然停電造成停泵水錘引起的最大水錘升壓和最大降壓；管道初次充水及突然停泵再次啟動；各站主干管及配水支管上的關(guān)閥水錘；在各種流量下末端閥門關(guān)閉產(chǎn)生水錘及斷流彌合水錘升壓與降壓等。

（2）空氣閥設(shè)置與位置選擇

在輸水管道的適當(dāng)位置設(shè)置空氣閥是保證輸水管線安全、經(jīng)濟運行的一種有效方法。針對管線開始充水時管中空氣需要排出；正常運行時水中會有溶解的空氣隨著溫度的上升或壓力下降從管道中析出；由于管線的放空、瞬變流等情況管線出現(xiàn)負(fù)壓時，空氣從外部進入管中上述三種情況可分別選用空氣釋放閥、空氣/真空閥、及復(fù)合式空氣閥來解決管線中的進、排氣問題。

（3）輸水管道調(diào)控（流）閥設(shè)置依據(jù)與作用

調(diào)控閥除可用來調(diào)控管道的水量外，更主要的作用是用來削減水庫高水位時的多余水頭。調(diào)控閥采用活塞式，該閥不僅具有閘閥、蝶閥啟閉功能，還可通過活塞的軸向移動，調(diào)節(jié)閥門的不同開度，調(diào)控管道的流量和壓力，使之滿足設(shè)計或運行的要求。

四、總結(jié)語

大型調(diào)水工程都進行了詳細(xì)的水資源供需平衡與配置分析工作，在輸水規(guī)模和調(diào)水線路選擇上綜合考慮了調(diào)入調(diào)出區(qū)水資源現(xiàn)狀與發(fā)展要求；通過建設(shè)條件調(diào)查和方案比較確定的工程總體布局基本上是合理的。從目前工程建設(shè)反饋信息看：尚應(yīng)注重水資源與生態(tài)環(huán)境保護關(guān)系，還可以做到少占用土地，也有的工程提出了調(diào)出區(qū)水源保護補償要求。從區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展看，調(diào)水工程實施后有必要進一步落實局部地區(qū)水資源配置和真實性需求；建議通過法律程序解決調(diào)水置換地下水超采問題，對城市和工業(yè)發(fā)展長期擠占生態(tài)用水的替代問題也應(yīng)落到實處。

參考文獻：

[1]龐博，徐宗學(xué).河湖水系連通戰(zhàn)略研究：關(guān)鍵技術(shù)[J].長江流域資源與環(huán)境. 2015（S1）