呼圖壁縣供水改建工程方案比選及蓄水工程設(shè)計(jì)分析

張建莉

(呼圖壁河流域管理處，新疆 呼圖壁 831200)

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呼圖壁縣供水改建工程方案比選及蓄水工程設(shè)計(jì)分析

張建莉

(呼圖壁河流域管理處，新疆 呼圖壁 831200)

供水工程是國(guó)家基礎(chǔ)性民生工程，直接影響著居民的正常生活，對(duì)水質(zhì)、供水量、系統(tǒng)可靠性等都有嚴(yán)格要求，但當(dāng)前很多供水工程已不能滿足居民的實(shí)際生產(chǎn)生活需要，改擴(kuò)建工程勢(shì)在必行。文章以新疆呼圖壁縣供水改建工程為實(shí)例，對(duì)改擴(kuò)建方案進(jìn)行了比選，并對(duì)優(yōu)選方案蓄水工程進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析，以期為類似工程提供必要的技術(shù)參考。

供水改擴(kuò)建；方案比選；設(shè)計(jì)分析

自我國(guó)實(shí)施“西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略”以來(lái)，新疆地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)飛速發(fā)展，交通運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)灌溉、居民供水等基礎(chǔ)性民生工程成為建設(shè)重點(diǎn)。據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)：在“十二五”期間，新疆各級(jí)政府累計(jì)在供水工程中投資超過(guò)30.74億元，解決了近400萬(wàn)人口的飲水安全問(wèn)題。隨著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、人口規(guī)模的發(fā)展，當(dāng)前很多供水工程已不能滿足實(shí)際需要，所以相關(guān)的改擴(kuò)建工程也在新疆地區(qū)大范圍開(kāi)展，這就涉及到很多最優(yōu)方案比選問(wèn)題[1]。

1　工程概況

新疆自治區(qū)呼圖壁縣位于天山中段北麓，準(zhǔn)噶爾盆地南緣。境內(nèi)發(fā)育有呼圖壁河，其流域面積為9421.03 km2，是當(dāng)?shù)刂饕乃?。呼圖壁縣轄7個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)和4個(gè)林牧場(chǎng)，本次改建項(xiàng)目就是新增取水工程，為呼圖壁縣提供足量的工業(yè)及城鎮(zhèn)用水。工程主要由砂礫石濾水壩、輸水管道組成，工程級(jí)別為Ⅲ等，工程規(guī)模中型，主要建筑物為引水樞紐工程，主要建筑物為3級(jí)建筑物，次要建筑物等為4級(jí)建筑物，預(yù)計(jì)總投資為550萬(wàn)元。目前原供水工程存在的主要問(wèn)題是供水量不足，且水中含沙量過(guò)高，不能滿足水質(zhì)要求。

2　改擴(kuò)建方案比選

2.1方案介紹

為解決呼圖壁縣供水問(wèn)題，本工程依托現(xiàn)有渠首，在渠首內(nèi)庫(kù)新建濾水及取水工程，并與已有的呼圖壁縣工業(yè)區(qū)和城鎮(zhèn)供水工程首部連接。據(jù)此共提出以下3個(gè)方案。

方案一：清水池(改建內(nèi)庫(kù))+泵站+明流輸水。利用現(xiàn)有渠首內(nèi)庫(kù)的調(diào)節(jié)和二次沉淀功能，在上壩樁號(hào)0+600處平行下壩新建一處砂礫石透水壩，使內(nèi)庫(kù)的水通過(guò)該透水壩過(guò)濾后進(jìn)入清水池。為預(yù)防透水壩濾水不足，在透水壩處新建一座兩孔鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)水閘。在內(nèi)庫(kù)上游側(cè)右岸階地上新建泵站取水，泵站后接輸水明渠，通過(guò)輸水渠道至渠首進(jìn)水閘閘后暗涵。輸水渠道布置在右岸的階地上，后端布置在進(jìn)水閘后的干渠下部與工業(yè)進(jìn)水閘閘后暗涵相連接。前段為明渠，后段為壓力鋼管。明渠采用梯形結(jié)構(gòu)，現(xiàn)澆混凝土板護(hù)砌；輸水渠道末端與干渠交叉段采用壓力鋼管，末端接一鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)消力池。工程設(shè)計(jì)供水能力1.0 m3/s[2]。

方案二：清水池(改建內(nèi)庫(kù))+管道輸水。該方案的新建透水壩、進(jìn)水閘設(shè)計(jì)與方案一完全一樣。但該方案設(shè)計(jì)在清水池右岸階地新建一座引水涵閘供水，為減少壓力管道安裝土方開(kāi)挖量，引水涵閘后接壓力管道輸水；涵洞采用C25F200W6鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)引水流量1.0 m3/s。管道布置在內(nèi)庫(kù)右岸岸坡的淹沒(méi)區(qū)，水平長(zhǎng)度900 m，采用PCCP管，管道直徑統(tǒng)一為DN800。管道轉(zhuǎn)彎處均采用鋼制管件連接。

方案三：沉砂池+絮凝池+沉淀池。此方案設(shè)計(jì)在位于渠首下壩下游1 km的干渠西側(cè)建一沉砂池，從現(xiàn)有輸水箱涵直接引水進(jìn)入4萬(wàn)m3沉砂池進(jìn)行初步沉沙，之后進(jìn)入絮凝池，經(jīng)二次沉淀處理后再送入現(xiàn)有的供水管道。

2.2方案比選分析

以上3個(gè)方案均能同時(shí)滿足呼圖壁縣城鎮(zhèn)生活、工業(yè)用水的水量及水質(zhì)等要求。下面從工程調(diào)度運(yùn)行、工程投資、工程整體效果上對(duì)其進(jìn)行對(duì)比分析。

2.2.1工程調(diào)度運(yùn)行

方案一是先揚(yáng)水，再明渠輸水，需要沿渠道設(shè)置防護(hù)欄，日常運(yùn)行的注意事項(xiàng)較繁瑣，工作強(qiáng)度大。方案二為有壓管道輸水，只須控制進(jìn)水口的攔污柵、閘門即可，相應(yīng)的日常運(yùn)行較為簡(jiǎn)單，費(fèi)用低，管理方便；方案三的4萬(wàn)m3沉砂池在運(yùn)行中不易排沙清淤，勢(shì)必要準(zhǔn)備清淤船等設(shè)施，運(yùn)行成本增大，工程布置及建設(shè)復(fù)雜。綜合考慮，方案二具有簡(jiǎn)單、易操作、供水保證率高的優(yōu)點(diǎn)[3]。

2.2.2工程成本投資

經(jīng)估算,方案一工程投資需643.5萬(wàn)元；方案二工程投資432.72萬(wàn)元；方案三工程投資1639.74萬(wàn)元。方案二較方案一節(jié)省投資210.78萬(wàn)元，較方案三節(jié)省1207.02萬(wàn)元，具有較大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

2.2.3工程整體效果

方案一、二工程布置緊湊，并具有一定的調(diào)蓄能力。由于新建了一座透水壩，使得壩頂交通更為順暢，更利于后期的運(yùn)行維護(hù)。方案二由于是壓力管道自流供水，相應(yīng)在運(yùn)行過(guò)程中具有較大優(yōu)勢(shì)，工程整體效果更為突出。方案三由于是新建4萬(wàn)m3蓄水池，蓄水池位置交通極為不便，并且進(jìn)水、出水工程須要跨越干渠，相應(yīng)的后期運(yùn)行維護(hù)都較為困難，工程整體效果不佳。

通過(guò)綜合比較，得出方案二具有投資少、管理運(yùn)行方便、整體效果好等優(yōu)點(diǎn)，因此該項(xiàng)目最終選擇方案二為施工方案，其工程量見(jiàn)表1。

3　方案二的蓄水工程設(shè)計(jì)分析

方案二主要包括蓄水工程和輸水工程，其中輸水工程主要是壓力輸水管道(PCCP管)設(shè)計(jì)，在此不作闡述。下面針對(duì)方案二的蓄水工程設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

表1　方案二工程量表

3.1砂礫石透水壩的設(shè)計(jì)

3.1.1壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

新建大壩的主要作用是蓄水和初次過(guò)濾水沙，設(shè)計(jì)其軸線垂直上壩、平行下壩，總長(zhǎng)度310 m，平均壩高17.1 m。將壩體斷面范圍內(nèi)的河床覆蓋層清除并壓實(shí)，清層深度為1.0 m。為利于壩體濾水，壩體碾壓后相對(duì)密實(shí)度應(yīng)不小于0.75。

右壩肩河岸按1∶0.75做削坡處理，壩頭伸入岸坡3.0 m。上、下游均采用干砌石護(hù)坡。壩坡護(hù)面沿河岸向上游延伸50 m。左壩肩與原渠首上壩壩體相接段30 m范圍做局部加固處理。壩頂寬度由3 m逐漸拓寬至6 m，上下游壩坡由1∶1.5逐漸調(diào)整為1∶2.5。壩頂上、下游壩肩設(shè)預(yù)制C20混凝土路緣石，其高出壩頂0.1 m。全壩段壩頂鋪20 cm厚砂礫石路面；為排除雨水，頂面向下游單向傾斜，坡度為2%[4]。其具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1　砂礫石透水壩結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

3.1.2筑壩材料設(shè)計(jì)

壩址區(qū)砂礫料儲(chǔ)量豐富，上、下游壩殼料均采用砂礫石料填筑，壓實(shí)后滲透系數(shù)為10-2～10-3cm/s。壩體壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)用相對(duì)緊密度Dr控制。壩體砂礫料的填筑相對(duì)緊密度Dr≥0.80。砂礫石要求分層填筑厚度不超過(guò)60 cm，碾壓后干密度不小于2.2 g/cm3，采用自然級(jí)配。

3.2進(jìn)水閘設(shè)計(jì)

為保證透水壩的濾水能力，在壩體0+060處設(shè)計(jì)兩孔進(jìn)水閘，閘門尺寸1.2 m×0.7 m，閘室長(zhǎng)3.96 m。進(jìn)水閘閘后擴(kuò)散段全長(zhǎng)7.02 m，斷面尺寸由2.9 m擴(kuò)散至6 m。在擴(kuò)散段中部設(shè)置濾水墻一道，濾水墻由聚丙烯長(zhǎng)纖濾水管組成，濾水管為鋼管，管徑φ200 mm，內(nèi)填聚丙烯長(zhǎng)纖(見(jiàn)圖2)，設(shè)計(jì)濾水墻總濾水量為1.0 m3/s[5]。引水閘按無(wú)坎寬頂堰計(jì)算，其過(guò)流能力Q可按式(1)計(jì)算，最后得出Q=1.52 m3/s，滿足設(shè)計(jì)要求。

(1)

式中：H0為堰頂水頭，最大水頭0.4 m；B為孔口寬度，為2.4 m；m′為寬頂堰流量系數(shù)，m′ =0.365；g為重力加速度，m/s2；σs為淹沒(méi)系數(shù)，取1.0。

圖2　濾水墻結(jié)構(gòu)(左)和聚丙烯纖維(右)

4　結(jié)　論

通過(guò)對(duì)呼圖壁縣供水改擴(kuò)建工程方案的比選，選定供水方案。對(duì)最終方案的新建壩體和進(jìn)水閘設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，改建工程投入使用后其供水水量較之前增加了60%，水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)也完全滿足城鎮(zhèn)居民的生活和工業(yè)用水要求。

[1]歐震.玉州區(qū)農(nóng)村飲水安全集中供水工程設(shè)計(jì)方案探討[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2013(10)：36-38.

[2]于秀閣，霍振平，齊小軍.烏爾其漢鎮(zhèn)供水工程設(shè)計(jì)方案優(yōu)化[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，2012(5)：56-59.

[3]黃牧濤，王乘.區(qū)域供水工程自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2014(1)：17-19.

[4]段效峰.義興寨流域治理管道重力流自壓供水工程設(shè)計(jì)方案及實(shí)施[J].山西水土保持科技，2013(4)：42-45.

[5]許曉會(huì).咸陽(yáng)市供水工程輸水管道設(shè)計(jì)方案分析與優(yōu)化[J].陜西水利水電技術(shù)，2010(2)：34-36.

張建莉(1971-)，女，工程師，主要從事水利工程建設(shè)及管理方面的工作。

S277.7

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2096-0506(2016)07-0090-03