杜河提水工程輸水線路方案比選

廉俊文

（晉城市水務(wù)發(fā)展研究中心）

1 工程概況

杜河提水工程是晉城市“井”字型大水網(wǎng)骨干水源工程之一，位于澤州縣李寨鄉(xiāng)馬安村和陽城縣金灘村交界處的杜河水庫庫區(qū)內(nèi)，其水源為沁河水。建設(shè)該工程的主要任務(wù)是開發(fā)新的供水水源，解決晉城市周村工業(yè)園區(qū)和李寨新建工業(yè)園區(qū)的用水，以及輸水管線沿途的農(nóng)業(yè)灌溉用水。該工程主要包括兩部分，即提水工程和灌溉工程。

提水工程主要由取水口工程、一級泵站工程、支線泵站工程、調(diào)蓄水池工程、管線及其建筑物工程等組成。由一級泵站直接從杜河水庫提水，經(jīng)泵站加壓，通過10.28 km輸水管線將水送到苗莊調(diào)蓄水池。在主管線10+086處接支管線，在輸水支管線2+541處修建一座支線泵站，經(jīng)二次加壓后將水送到李寨調(diào)蓄池。支管線線路全長5.89 km，其中直徑0.8 m引水管道2.56 km，直徑0.6 m引水管道3.33 km。

灌溉工程從主管線及支管線直接分水，通過16條支管向灌區(qū)送水，設(shè)計灌溉農(nóng)田3 000 hm2。除輸水工程外，還包括田間工程。

杜河提水工程設(shè)計流量1.72 m3/s，年提水總量2 700萬m3。其中，工業(yè)用水1 800萬m3，日均用水量4.93萬m3，折合流量0.57 m3/s；農(nóng)業(yè)灌溉用水900萬m3，最大流量1.15 m3/s。

根據(jù)《泵站設(shè)計規(guī)范》（GB 50265-2010），按泵站裝機功率確定工程等別為Ⅲ等，工程規(guī)模為中型，主要建筑物級別為3級，次要建筑物級別為4級，臨時建筑物級別為5級。根據(jù)建筑物級別，確定一級泵站的設(shè)計洪水標準為30 a一遇，對應(yīng)水位為467.71 m；校核洪水標準為100 a一遇，對應(yīng)水位為468.63 m。農(nóng)業(yè)灌溉用水保證率為75%，工業(yè)供水保證率為95%。

2 輸水線路方案

提水工程的工業(yè)用水戶主要分布在周村和李寨附近的工業(yè)園區(qū)，海拔高程分別為748 m和908 m左右。灌溉土地大部分分布在西部山丘區(qū)，面積2 406.67 hm2（包括局部提灌752 hm2），海拔高程在562-720 m之間；東部李寨周圍的灌溉土地面積593.33 hm2，海拔高程在778-900 m之間。因此，提水工程必須設(shè)置兩條管路：一路將水提到750 m高程，供周村工業(yè)園和輸水管線沿途農(nóng)業(yè)灌溉使用；另一路將水提到908 m高程處，供李寨工業(yè)園和周圍農(nóng)業(yè)灌溉使用。

由于泵站兼有工業(yè)供水的特殊性，一般不得間斷供水，管線不宜少于2條?？紤]到本工程位于山區(qū)，沿線山高溝深，場地狹窄，雙管線布置難度大，同時考慮到本工程設(shè)有調(diào)蓄水池，即苗莊10萬m3蓄水池和李寨0.1萬m3蓄水池，可起到一定的調(diào)節(jié)補充作用，因此按單管輸水線路進行設(shè)計。

經(jīng)現(xiàn)場踏勘結(jié)合地形圖分析，宜選擇兩條管線方案：一條是沿丘陵臺地的西線方案，另一條是逆長河河谷而上的東線方案。

2.1 西線方案

該方案在杜河水庫大壩上游1 600 m處的沁河左岸，修建一級取水泵站向周村工業(yè)園區(qū)送水，設(shè)計流量1.72 m3/s，設(shè)計水位458 m，出水池水位745 m。地形揚程287 m，裝機四組（8臺），4×200+4×2 240 kW，三工一備。管線經(jīng)西橫嶺、東橫嶺到橫嶺背出水池，再經(jīng)西坬、小南嶺、章訓(xùn)、李墕自流到苗莊調(diào)蓄水池，輸水干管直徑1 400 mm，管線全長10.28 km。

輸水支管線全長5.89 km，在干管10+086處引出支管,在支管2+541處建一座加壓泵站（支線站），將水送到李寨調(diào)蓄池。調(diào)蓄池設(shè)計水位908 m，泵站設(shè)計流量0.3 m3/s，地形揚程160 m，裝機三臺，3×355 kW，兩工一備。

苗莊灌區(qū)提水點設(shè)計流量0.1 m3/s，地形揚程23.0 m，裝機一臺，45 kW。

西線方案共需修建提水泵站3座，總裝機12臺，容量10 870 kW。其中，取水泵站1座，支線泵站1座，灌區(qū)提水點泵站1座。

西線方案線路總長16.79 km。向苗莊調(diào)蓄池輸水的線路全長10.28 km，全部采用直徑1 400 mm的管道；向李寨調(diào)蓄池輸水的線路全長5.89 km，其中，管徑800 mm的引水管道長2.56 km，管徑600 mm的壓力管道長3.33 km；灌區(qū)提水點管道全長0.62 km，其中，管徑350 mm的引水管道長0.12 km，管徑300 mm的壓力管道長0.5 km。

在一級泵站新建1座35 kV變電站，安設(shè)2臺35/10 kV變壓器，容量2×6 300 kVA；2臺10/0.4 kV變壓器，容量2×630 kVA。35 kV電源分別取自章訓(xùn)變電站和西閻莊變電站，輸電線路兩回總長度為13 km。李寨支線站電源取自周村變電站，線路長度5.0 km，主電機可用10 kV線路直接供電，另裝設(shè)1臺10/0.4 kV站用變壓器，容量100 kVA。灌區(qū)提水點變壓器容量100 kVA，電源可從李寨支線站輸電線路T接，長度1.2 km。3座變電站，共裝設(shè)變壓器6臺，總?cè)萘?4 060 kVA。

2.2 東線方案

該方案一級取水泵站設(shè)在水庫大壩上游1 000 m處的長河出口右岸，設(shè)計流量1.72 m3/s，地形揚程32 m，裝機5臺，5×250 kW。逆長河右岸經(jīng)518 m暗渠和1#隧洞674 m，再接暗渠270 m到二級泵站。一級泵站出口（二級站前池入口）水位490 m。

二級泵站位于西龍村東北約1 km的長河河谷右岸，設(shè)計流量1.72 m3/s，進水池水位490 m，出水池水位750.11 m，地形揚程260.11 m，裝機5臺，5×1 400 kW。經(jīng)226 m壓力管道、1 536 m的2#隧洞、3334 m壓力管道到龍王山出水池。出池后采用重力輸水方式向北300 m左右，然后分為兩路：一路繼續(xù)向北經(jīng)過長度370 m的3#隧洞（洞穿管）和長度2 942 m的管道，將水送到苗莊調(diào)蓄池；另一路向東780 m到達向李寨送水的支線站。

李寨支線站設(shè)計流量0.3 m3/s，地形揚程160 m，裝機3臺，兩工一備，3×355 kW。支線站加壓后，經(jīng)長度3 753 m的管道向東繞過秋泉村南將水送到李寨調(diào)蓄池，調(diào)蓄池設(shè)計水位908 m。

苗莊灌區(qū)提水點東線設(shè)計方案和西線方案一樣。

東線方案共需修建提水泵站4座，總裝機14臺，9 360 kW。其中，水庫岸邊取水泵站（一級站）1座，中途加壓泵站（二級站）1座，支線泵站1座，灌區(qū)提水點泵站1座。

東線方案提水工程線路總長15.323 km，其中：一級泵站輸水線路1.462 km，包括暗渠788 m，1#無壓隧洞674 m；二級站壓力管線5.096 km，管徑1 400 mm，包括壓力管道3.56km，2#隧洞穿管1.536km；輸水干線長3.612 km，管徑1 400 mm，包括370 m長的3#隧洞穿管和3.242 km輸水干管。李寨輸水支線管道長4.533 km，其中：泵站引水管道780 m，管徑800 mm；泵站出水壓力管道3.753 km，管徑600 mm。灌區(qū)提水點管道0.62km，其中：引水管道0.12 km，管徑350 mm；壓力管道0.5 km，管徑300 mm。

在一級泵站新建1座10 kV變電站，安設(shè)2臺10/0.4 kV變壓器，容量2×800 kVA。10 kV電源取自二級泵站，輸電線路長度為1.5 km。在二級站新建1座35 kV變電站，安設(shè)2臺35/10 kV變壓器，容量2×6 300 kVA。1臺10/0.4 kV站用變壓器，容量100 kVA，35 kV電源分別取自章訓(xùn)變電站和西閻莊變電站，輸電線路兩回總長度為13 km；李寨支線站主電機可用10 kV線路直接供電。另裝設(shè)1臺10/0.4 kV站用變壓器，容量100 kVA，電源取自周村變電站，線路長度7.0 km。灌區(qū)提水點變壓器容量100 kVA，電源從李寨支線站輸電線路T接，長度1.2 km。3座變電站共裝設(shè)變壓器7臺，總?cè)萘?4 500 kVA。

3 輸水線路方案比選

為便于輸水方案選擇，將東、西線兩種線路方案的有關(guān)指標列于表1，并進行多方面比較。

3.1 地形地質(zhì)條件

西線方案輸水線路總長16.17 km，供水管線由取水泵站提水沿沁河水庫左岸岸坡至坡頂處的西橫嶺村，然后經(jīng)過章訓(xùn)、崇上、李墕、苗莊等至苗莊調(diào)蓄水池，再經(jīng)支線泵站供水至李寨調(diào)蓄池。供水管線所處地貌單元主要為沁河及其支流支溝的河谷地貌和剝蝕低中山區(qū)，地形起伏較大，沖溝較發(fā)育，出露地層為奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組中厚層石灰?guī)r夾泥質(zhì)灰?guī)r，石炭系本溪組黏土巖、鋁土巖和太原組褐灰色頁巖與夾砂巖互層，以及第四系松散堆積物等。

表1 東、西線輸水線路方案比較表

東線方案輸水線路總長15.323 km，供水管線由取水泵站提水沿長河廢棄河道通過2#隧洞至長河現(xiàn)河漫灘處，再由2#隧洞出口至黃河村，供水管道基本沿長河河漫灘布設(shè)。在黃河村處長河右岸沿一山梁至龍泉寺村，供水管線布置于基巖山坡處。經(jīng)西街、瓦窯、石淙頭跨越長河至苗莊調(diào)蓄水池。東支線為經(jīng)楊莊、張圪坨、西閻莊輸水至李寨調(diào)蓄水池。供水管線所處地貌單元主要為沁河及支流支溝河谷地貌及中低山區(qū)，地形起伏較大，沖溝較發(fā)育，區(qū)內(nèi)出露地層為奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組碳酸鹽巖、石炭系本溪組鋁土巖、太原組黑灰色頁巖夾砂巖，以及第四系松散堆積物等。

經(jīng)分析，西線方案線路雖然稍長，但大部分線路地處沁河右岸中更新統(tǒng)洪積低液限黏土分布區(qū)，管道易于埋設(shè)，持力層工程地質(zhì)特性較好；東線方案線路雖然較短，但大部分線路地處基巖裸露區(qū)，地形起伏大，管道埋設(shè)較困難。盡管東、西兩種方案均較可行，但是西線方案要優(yōu)于東線方案，故推薦西線方案。

3.2 泵站選址

西線方案取水處位于杜河大壩上游1 600 m處，站址位置比較平坦，利于工程布置；地質(zhì)條件較好（巖石基礎(chǔ)），建筑物基礎(chǔ)穩(wěn)定堅固；庫底高程較低，基本上能滿足取水高程要求。站址處岸坡主要由堅硬巖石組成，且軟弱結(jié)構(gòu)面不發(fā)育，岸坡整體穩(wěn)定性較好。但該方案要求水泵大流量、高揚程，對于水泵的技術(shù)要求較高。對于一個新建泵站方案，目前多級水泵的生產(chǎn)技術(shù)比較成熟，類似高揚程、大流量泵型在其他行業(yè)應(yīng)用較多，實現(xiàn)300 m揚程是可行的。并且東、西線兩個泵站方案中，單泵揚程均將近150 m，仍要采用多級水泵，實質(zhì)上并沒有降低對水泵的技術(shù)要求。

東線方案取水處位于杜河大壩上游1 000 m處，取水泵站站址地處沁河左岸支流長河廢棄河道出口處，地形較平坦開闊，泵站持力層為全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土，需對建基面處卵石混合土碾壓或夯實，方可滿足泵站持力層的要求。

兩方案均具修建取水泵站的地質(zhì)條件，但是西線方案略優(yōu)于東線方案，故推薦西線方案取水泵站。

3.3 施工條件

西線方案線路站址位置平坦，地質(zhì)條件較好，庫底高程較低，站后壓力管坡較緩，施工相對容易。管線沿沁河水庫左岸而上，管線所經(jīng)地段多為土石山區(qū)，沿線村莊大、耕地多、人口多，占用耕地也較多，征地及賠償費用較高，施工對當?shù)氐臄_動也較大，地方協(xié)調(diào)工作量較大。

東線方案管線逆長河而上，沿線村莊少、耕地少、人口少，主干管線較短。管線所經(jīng)地段多為土石山區(qū)，占用耕地少，征地及賠償費用亦較低，施工對當?shù)馗蓴_較小，協(xié)調(diào)難度也小。但泵站位置河床較低，岸邊地形開闊，泥沙淤積較多，施工難度較大。另外，該方案有暗渠788 m，隧洞2 582 m，施工上有一定難度。因此，建議不采用該方案。

3.4 投資及運行管理

從投資來看，西線方案總投資為19 471.25萬元，東線方案總投資為21 788.77萬元，東線方案投資高于西線方案2 300余萬元。西線方案提水工程為二級三站，布置比較順直，泵站和建筑物設(shè)置少，運行管理費用低；東線方案提水工程為三級四站，較西線方案需增設(shè)一廠區(qū)、一個加壓泵站和一個副廠房，并增加相應(yīng)的水泵、機電設(shè)備及泵站辦公生活用房，由于設(shè)施較多，隨后的維修和運行管理成本也要高于西線方案，故建議采用西線方案。

4 結(jié)論

通過對杜河提水工程東、西線兩種方案的多方面比較，我們認為：西線方案工程布置簡單，線路合理；管線地形相對較開闊，所經(jīng)村莊大、人口多、耕地多，發(fā)展農(nóng)業(yè)灌溉方便；工程設(shè)施少，便于施工；工程投資小，后期運行管理費用低。因此，推薦西線方案為設(shè)計方案。