抗旱應(yīng)急水庫連通工程輸水建筑物的比選分析

陳獻(xiàn)偉

（新疆建設(shè)兵團(tuán)第九師聯(lián)拓工程咨詢有限公司，新疆 塔城 834601）

抗旱應(yīng)急水庫連通工程輸水建筑物的比選分析

陳獻(xiàn)偉

（新疆建設(shè)兵團(tuán)第九師聯(lián)拓工程咨詢有限公司，新疆 塔城 834601）

輸水建筑物在方案設(shè)計時，存在技術(shù)和經(jīng)濟不可兼得的現(xiàn)象?；诘诰艓熞涣鍒F(tuán)抗旱應(yīng)急水庫連通工程，提出兩種輸水建筑物的布置方案，即渠道+管道輸水方案和管道輸水方案，采用所推導(dǎo)的技術(shù)經(jīng)濟學(xué)的比較公式，以定性定量結(jié)合的方法對輸水建筑的方案進(jìn)行比選，通過對比得出：方案一經(jīng)濟性較好而技術(shù)效果相對較差，方案二則反之，依據(jù)所推導(dǎo)的技術(shù)經(jīng)濟學(xué)公式，選定管道輸水方案。

輸水建筑物；渠道輸水；管道輸水；技術(shù)經(jīng)濟學(xué)；方案分析

水的輸送方式有明渠和管道2種[1-2]，前者一般經(jīng)濟性較好，但技術(shù)效果較差，比如輸水效率低、水量損失、蒸發(fā)嚴(yán)重等[3]，而后者一般造價相當(dāng)較高，但技術(shù)效果較好，比如節(jié)水、占用土地少、凍脹變形等[4]，因此，在進(jìn)行輸水建筑物設(shè)計時，就要考慮兩者如何協(xié)調(diào)以及如何選出技術(shù)性和經(jīng)濟性較好的方案，但往往技術(shù)效果和經(jīng)濟效果不能兼得[5]，這就需要進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟學(xué)的相關(guān)分析，本文以第九師一六五團(tuán)抗旱應(yīng)急水庫連通工程為例，對其輸水建筑物進(jìn)行比選分析。

1 概況

第九師一六五團(tuán)抗旱應(yīng)急水庫連通工程項目涉及團(tuán)場包括一六五團(tuán)、一六八團(tuán)、一六七團(tuán)。其中工程區(qū)位于一六五團(tuán)八連，保障范圍位于一六五團(tuán)卡因達(dá)水庫灌區(qū)0.71萬畝耕地、烏什水水庫灌區(qū)的2.21萬畝團(tuán)場基本口糧田（其中一六八團(tuán)1.29，一六七團(tuán)0.92萬畝）。工程規(guī)劃在滿足一六五團(tuán)卡因達(dá)水庫所控制的0.71萬畝耕地所需水量的基礎(chǔ)上，還需將其灌溉以外的120.1萬m3(考慮損失后，實際調(diào)入烏什水水庫水量為110.7萬m3)水調(diào)于一六八團(tuán)烏什水水庫，將其水量作為下游2.21萬畝團(tuán)場基本口糧田6月份的抗旱應(yīng)急水源，以保障下游水庫灌區(qū)干旱年缺水的基本口糧田作物生長關(guān)鍵期用水。

輸水任務(wù)為在干旱年保障卡因達(dá)控制灌區(qū)正常供水的情況下，將其余其洪水調(diào)配到一六八團(tuán)烏什水水庫，作為其下游灌區(qū)基本口糧田作物6月份的抗旱應(yīng)急水源，保證作物生長關(guān)鍵期用水。工程具有調(diào)水和引水兩個作用。

輸水建筑物對應(yīng)急水庫連通工程至關(guān)重要，為保證輸水建筑物建設(shè)的科學(xué)性、合理性與經(jīng)濟性，以兩種方案（“渠道+管道輸水”方案和“管道輸水方案”）對輸水建筑物的比選進(jìn)行專門分析。

2 方案一：渠道+管道輸水

卡因達(dá)水庫向烏什水水庫輸水采用明渠+引水管道方案，卡因達(dá)水庫向一六八團(tuán)烏什水水庫調(diào)水采用明渠引水的形式，卡因達(dá)水庫下游灌區(qū)采用自壓管道形式。

2.1 明渠輸水工程

渠道主要作用是將卡因達(dá)水庫非灌溉用水引至烏什水水庫引水渠中，在通過烏什水水庫引水渠向下游一六八團(tuán)烏什水水庫調(diào)水。

渠道布置需對沿線地層巖性，地下水埋深，建筑材料來源和現(xiàn)狀渠系建筑物等因素進(jìn)行考慮。管道沿現(xiàn)狀卡因達(dá)西一支渠渠線布置，新建渠道可以在原渠旁與管道平行布置，或重新選線布置。因在管道4+095處地面高程為860.79 m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于烏什水水庫引水渠連接點高程905.34 m，故明渠不能沿管道沿線布置，故需重新選線。

根據(jù)地形資料，本工程渠道0+000～3+650段縱斷面設(shè)計主要依據(jù)現(xiàn)有卡因達(dá)東支渠的渠底縱坡布置，3+650～9+000段則結(jié)合現(xiàn)狀地形坡降，地層巖性等因素布置。渠道總長9 km，設(shè)計流量0.58 m3/s，加大流量0.75 m3/s，渠道采用梯形斷面，經(jīng)計算:底寬 0.5 m，渠深 0.75m，邊坡系數(shù) 1∶1.5,上口寬 2.75 m，水深0.42 m，具體詳見表1。根據(jù)《水工建筑物抗凍設(shè)計規(guī)范》（SL211-2006），本項目處于嚴(yán)寒地區(qū)，砼強度等級均采用C20，F(xiàn)150，W6。上層采用10 cm砼板，第二層防滲結(jié)構(gòu)鋪設(shè)一布一膜，膜厚0.3 mm，布重均為150 g/m2，其下采用30 cm厚砂礫石墊層。需在渠道邊板二分之一處及底部各設(shè)一道縱縫，橫縫間距均為2.5 m。填縫材料上為2.0 cm聚氨酯灌縫，下填5.5～7.5 cm苯板，預(yù)留0.5 cm預(yù)脹縫，橫縫寬度為1.5 cm。工程包括9 km渠道，1座過路涵洞、2座渡槽。渠道水利要素見表1。

表1 渠道水力要素

2.2 管道輸水工程

卡因達(dá)水庫距下游控制區(qū)域自然落差較大，可以充分利用地形落差建設(shè)成自壓管道，將所控制的耕地全部發(fā)展成自壓滴灌工程，且自壓管道工程可以減少能耗，降低運行成本，增加效益。管道首端從卡因達(dá)水庫已建消力池后的明渠段左側(cè)0+013處修建分水閘，后接DN700鋼管處引水。管道末端接待建滴灌系統(tǒng)首部。管道控制面積0.71萬畝，為團(tuán)場口糧田和經(jīng)濟作物主產(chǎn)區(qū)。管道總長4.32 km，設(shè)計流量0.26～0.15 m3/s，即927 m3/h～535 m3/h，經(jīng)計算:管道采用 0.4 MPa～1.0 MPade450、de355UPVC管。輸水管道沿現(xiàn)狀卡因達(dá)西一支渠渠線布置，輸水管道與卡因達(dá)西一支渠明渠中心線平均距離4 m。

卡因達(dá)水庫向烏什水水庫輸水采用明渠+引水管道方案，即管道首端從卡因達(dá)水庫已建消力池后的明渠段左側(cè)0+013處修建分水閘，后接DN700鋼管處引水。

3 方案二：管道輸水

卡因達(dá)水庫向烏什水水庫輸水采用管道輸水方案，管道不僅負(fù)責(zé)卡因達(dá)水庫向一六八團(tuán)烏什水水庫調(diào)水，還負(fù)責(zé)卡因達(dá)水庫下游灌區(qū)引水。

本次設(shè)計管道規(guī)模按干旱年5月份調(diào)水及引水同時進(jìn)行的最不利的情況確定。

調(diào)水管道規(guī)模為0.58 m3/s，引水管道規(guī)模為0.26 m3/s～0.15 m3/s，可知本次設(shè)計管道規(guī)模為0.84 m3/s～0.73 m3/s。即3015 m3/h～2623 m3/h。新建管道布置在卡因達(dá)水庫西一支渠右側(cè)，管道首端從卡因達(dá)水庫已建消力池后的明渠段左側(cè)0+013處修建分水閘，后接DN800玻璃鋼管處引水，管道總長5.1 km。在管道2+270處設(shè)置分水口，控制耕地0.3萬畝，在管道4+320處設(shè)置分水口，控制耕地0.41萬畝。管道末端通過消力池消能再后通過已建烏什水引水干渠將抗旱應(yīng)急水量引至烏什水水庫，以保障下游水庫灌區(qū)干旱年2.21萬畝基本口糧田作物生長關(guān)鍵期用水。管道總長5.1 km，其中0+000～2+270段為 0.4 MPaDN800玻璃鋼管，2+270～2+600段為0.4 MPaDN700玻璃鋼管，2+600～3+600段為0.6 MPaDN700玻璃鋼管，樁號3+600～5+100段為1.0 MPaDN700玻璃鋼管。輸水管道沿現(xiàn)狀卡因達(dá)西一支渠渠線布置，輸水管道與卡因達(dá)西一支渠明渠中心線平均距離4 m。

4 案對比分析

4.1 經(jīng)濟性比較

方案二為管道輸水方案，方案一為“渠道+管道”輸水方案，首先從經(jīng)濟方面進(jìn)行分析：

渠道部分主要工程量：挖土方2.21萬m2，挖石方1.47萬m2，回填土方1.29萬m2，C20砼3311 m3，砂礫石墊層9516 m3，一布一膜3.14萬m2，聚氨脂13 m3，苯板65 m3，工程價格方面具有一定的優(yōu)勢。

管道的造價相對于渠道費用高出大約15%，由于保密性暫不公開總體造價，但基本判斷也可知，方案二的工程造價要高于方案一，如果從經(jīng)濟性的角度考慮，應(yīng)選擇經(jīng)濟性較好的方案一，以此可以較大節(jié)省工程成本，但事實上，對于該應(yīng)急水庫連通工程，更應(yīng)該考慮技術(shù)效果，應(yīng)該從技術(shù)經(jīng)濟性方面去詳細(xì)考慮。

4.2 技術(shù)效果

對方案二和方案一進(jìn)行技術(shù)效果比較，發(fā)現(xiàn)方案二表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢，即“管道輸水方案”相對于“渠道+管道輸水”方案具有一定的技術(shù)效果優(yōu)勢。

（1）管道與渠道相比，在春季搶洪期，管道可將搶洪期提前，避免由于渠道內(nèi)冰雪堆積、輸水不暢，而造成搶洪期推遲的問題。

（2）渠道每年5月上旬左右全渠才可按設(shè)計流量引水，管道工程按此推算，在5月上旬前只要小于管道（本次設(shè)計）引水設(shè)計流量的河道來水均可全部引入烏什水水庫，管道可提高冬季安全引水的保障率和引水可靠程度。

（3）采用管道輸水方案，冬季引水安全快捷，利用水利工程措施改善引水條件，減少人員巡視工程量，確保安全引水更為重要。

（4）該工程處于低山丘陵地帶，地形起伏較大，如用管道輸水，可避免渠道輸水條件下大開挖工程，且大開挖后的渠段，冬季將形成大量積雪，為來年春汛帶來隱患，而管道由于隨地形起伏布設(shè)，開挖量小，基本無大開挖管段，且開挖回填后，可恢復(fù)原貌。

（5）管道滲漏量小，可提高水利用率。

（6）渠道改為管道可凈化水質(zhì)。渠道輸水沿渠道各類漂浮物、牲畜糞便等影響水質(zhì)，管道輸水首端位于卡因達(dá)水庫已建消力池后的明渠段左側(cè)0+013處，沿途無雜物進(jìn)入管道，水質(zhì)有保證。

4.3 比較結(jié)果

通過上述比較，方案二在技術(shù)效果上優(yōu)于方案一，但方案二在經(jīng)濟性方面要差于方案一，而從技術(shù)經(jīng)濟學(xué)以及結(jié)合項目本身考慮，方案二就明顯優(yōu)于方案一，具體可以用公式（1）體現(xiàn)，公式（1）由技術(shù)經(jīng)濟學(xué)比選公式推導(dǎo)而來：

式（1）中，C為結(jié)果值，該值大于1，說明方案二優(yōu)于方案一，e為經(jīng)濟值，t為技術(shù)效果要點值，對于該項目，e2代表方案二的經(jīng)濟值，e1代表方案一的經(jīng)濟值，由上文所述方案二的經(jīng)濟投資要高于方案一15%知，（1）式中分母為1.15。

t為技術(shù)效果要點值，技術(shù)要點包括應(yīng)急需求、引水可靠程度、安全程度、水質(zhì)、水利利用率等技術(shù)要點，下標(biāo)2和1代表方案二與方案一，下標(biāo)i與j值的不同，代表技術(shù)要點的不同，雖然t值無法量化，但可以基本判斷，從4.2節(jié)的分析可以看出，上述技術(shù)要點的疊加，明顯方案二減去方案一的技術(shù)要點值要大于1.15，故，C值大于1。

綜上所述，結(jié)合技術(shù)經(jīng)濟學(xué)原理，認(rèn)為方案二優(yōu)于方案一，故本次輸水建筑物選定方案二，即管道輸水方案。

5 結(jié)論

第九師一六五團(tuán)抗旱應(yīng)急水庫連通工程項目依據(jù)文中所述比選結(jié)果，最終選擇了方案二，在春季搶洪期，管道將搶洪期提前，避免了由于渠道內(nèi)冰雪堆積、輸水不暢，而造成搶洪期推遲的問題，同時，管道提高了冬季安全引水的保障率和引水可靠程度，引水安全快捷，保證了水質(zhì)，提高了利用率，減少人員巡視工程量，確保了安全引水。

目前，在輸水建筑物的比選上，仍存在較多的技術(shù)效果和經(jīng)濟效果不能兼得兩種方案的比選，鑒于此，設(shè)計者可以參考該文的方法，從技術(shù)經(jīng)濟學(xué)角度，去選出技術(shù)經(jīng)濟性較優(yōu)的方案。

TV672.1

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1673-9000（2017）05-0035-03

2017-05-15

陳獻(xiàn)偉（1987-），男，河南駐馬店人，工程師，主要從事水利工程造價與項目管理工作。