長距離管道輸水技術(shù)在莊浪縣店峽溝與竹林寺水庫河湖水系連通工程中的應(yīng)用

牛 飛

（甘肅省莊浪縣水務(wù)局，甘肅 莊浪 744699）

竹林寺水庫位于水洛南河上游竹林寺溝口以上500 m處，水庫設(shè)計總庫容577萬m3，興利庫容486萬m3?，F(xiàn)狀年水庫的供水對象為:莊浪縣縣城和水洛河川4.5萬農(nóng)村人口人飲供水量 485 萬 m3。

近幾年，莊浪縣的城鎮(zhèn)建設(shè)和社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，城區(qū)人口持續(xù)增加，居民生活用水量急劇增加，縣城城區(qū)生活用水供需矛盾越來越突出。主要存在以下問題:①現(xiàn)狀水源供水能力不足，2015年竹林寺水庫向縣城供水量僅為385萬m3。②供水保證率低，受季節(jié)變化影響比較大，城區(qū)經(jīng)常斷水，生產(chǎn)、生活用水得不到保障。隨著城區(qū)用水量的不斷增加，竹林寺水庫向縣城485萬m3的供水量難以滿足城區(qū)供水需求，因此亟需興建莊浪縣店峽溝與竹林寺水庫河湖水系連通工程，建成后年可增加供水量172萬m3，有利于解決城區(qū)生活供水不足的問題。

1 工程實施技術(shù)思路

店峽溝為南洛河上游右岸支流，河長10.2 km，流域面積25.12 km2，多年平均徑流量502萬m3，至今水資源未被開發(fā)利用，是竹林寺水庫水源補(bǔ)充較為理想的水源點。店峽溝由龐家溝和西灣溝匯合而成，經(jīng)現(xiàn)場踏勘，龐家溝擬定取水口地理位置位于東經(jīng)106°20′04″、北緯35°11′06″，取水?dāng)嗝嬉陨峡刂屏饔蛎娣e6.23 km2，多年平均徑流量為125萬m3，水質(zhì)為Ⅱ類；西灣溝擬定取水口地理位置位于東經(jīng)106°20′23″、北緯35°12′30″，取水?dāng)嗝嬉陨峡刂屏饔蛎娣e5.31 km2，多年平均徑流量為106萬m3，水質(zhì)為Ⅱ類。龐家溝和西灣溝水質(zhì)較好，水資源相對較為豐富，距竹林寺水庫較近，是竹林寺水庫較為理想的水源補(bǔ)充點。工程分別在龐家溝、西灣溝建設(shè)取水樞紐，通過3段長距離輸水管道引水注入竹林寺水庫。

2 工程設(shè)計

2.1 總體設(shè)計方案

經(jīng)設(shè)計單位測算并多方經(jīng)濟(jì)比較，確定總體設(shè)計方案:在龐家溝和西灣溝分別建取水樞紐，分3段長距離管道采用有壓輸水方式將水注入竹林寺水庫，通過長距離管道輸水技術(shù)實現(xiàn)河庫連通，增加竹林寺水庫的調(diào)蓄水量，提高水庫的供水能力，初步緩解莊浪縣縣城生活用水缺水問題。

2.2 輸水線路的選擇

本工程采用有壓方式進(jìn)行輸水，考慮到龐家溝樞紐、西灣溝樞紐、隧洞進(jìn)出口及竹林寺水庫相對位置關(guān)系，輸水線路按照3段進(jìn)行考慮，分別為龐家溝支管線（龐家溝樞紐—匯流池）、西灣溝支管線（西灣溝樞紐—匯流池）、總管線（匯流池—竹林寺水庫），其中匯流池位置位于西灣溝溝口位置。

2.2.1 線路選擇原則

根據(jù)龐家溝樞紐、西灣溝樞紐及竹林寺水庫的相對位置關(guān)系，可將輸水線路分為3段，龐家溝樞紐至匯流點支管線(以下簡稱龐家溝支管線)、西灣溝樞紐至匯流點支管線(以下簡稱西灣溝支管線)、匯流點至竹林寺水庫總管線(以下簡稱總管線)。龐家溝取水點高程約為2184 m，西灣溝取水點的高程2061 m，兩取水點的匯流處高程大約為2028 m，竹林寺水庫受水點的高程大約為1970 m，龐家溝支管線取水點至匯流處高差為156 m，距離為3.4 km，平均縱坡為1/22,西灣溝支管線取水點至匯流處高差為33 m，距離為0.68 km，平均縱坡為1/20.6，總管線匯流處至受水點高程大約為58 m，距離為3.1 km，平均縱坡為1/53.5。因此本工程依據(jù)自然地形擬采用3段長距離輸水管道引水并注入水庫。

2.2.2 龐家溝支管線

自龐家溝樞紐引水后，線路沿龐家溝溝道布置204 m至尾礦渣場，沿渣場左側(cè)布置522 m至龐家溝溝道，沿龐家溝溝道布置528 m至304省道過洪涵洞，沿涵洞布置102 m至店峽溝，沿店峽溝溝道布置1367 m至店峽溝左岸坡腳，沿線需穿4次304省道過洪涵洞，沿店峽溝左岸坡腳布置343 m至304省道，沿304省道右側(cè)路邊布置295 m后與西灣溝管線匯流，管線長度約為3.4 km。

2.2.3 西灣溝支管線

西灣溝支管線長度較短，輸水管線沿西灣溝溝道右側(cè)平天高速臨時施工道路布置，長度為0.68 km，管線在溝口下游與龐家溝支管線匯流。

2.2.4 總管線

自龐家溝支管線與西灣溝支管線匯流之后，總管線沿店峽溝溝道左側(cè)布置626 m至304省道，沿304省道道路左側(cè)路邊布置896 m至店峽溝溝道，沿店峽溝左岸布置745 m至304省道，沿304省道布置125 m至店峽溝左岸山坡，沿店峽溝左岸山坡布置115 m，最后穿過擬修建的長度583 m隧洞注入竹林寺水庫。管線總長度為3.1 km。

2.3 輸水方式

經(jīng)技術(shù)方案論證比較，本工程管道輸水采用有壓輸水方式?？裳佚嫾覝?、店峽溝、西灣溝及304省道兩側(cè)進(jìn)行布置，管道鋪設(shè)難度不大，輸水線路距離較短，但高差較大，沿線通過修建減壓設(shè)施，完全能夠保證輸水管道的安全運行。而且沿線交通較為方便，對以后的施工及運行是非常有利的。

2.4 管材選擇

本工程輸水管線總長7.2 km，龐家溝樞紐至竹林寺水庫的最大落差為212 m，管線較長，管道占工程總投資的比重較大。管材選擇是否合理，直接影響工程投資、工程質(zhì)量、使用年限，對工程的運行管理非常重要。選擇管材的基本原則是:管道能承受設(shè)計內(nèi)水壓力和外部土壓力，使用性能可靠，滲漏小，維修工作量少，施工方便，使用年限長，造價低，水在管道中不會產(chǎn)生二次污染等。

2.4.1 管材比較

常用給水管材一般分為金屬管材、非金屬管材和復(fù)合管材三大類:常用的金屬管材有鋼管（SP）和給水球墨鑄鐵管（DIP）；常用的非金屬管材有混凝土管（預(yù)應(yīng)力PCP，預(yù)應(yīng)力鋼筒PCCP）、塑料管（聚乙烯PE，硬聚氯乙烯PVC-U）和玻璃鋼夾砂管（RPMP）；常用的復(fù)合管材有鋼骨架聚乙烯復(fù)合管（SRPE）和鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯復(fù)合管（SRTP）。

根據(jù)本工程輸水線路長，起、末點高差大，對工程安全性要求高的特點，考慮各管材性能，從供水安全性、供貨形式、抗腐蝕性等方面綜合考慮，對鋼管、球墨鑄鐵管、PE管等三種管材通過進(jìn)行綜合比較后選定管材。

從技術(shù)角度上比較:球墨鑄鐵管運行可靠，強(qiáng)度高，承壓能力大，耐沖擊，破損率低，施工維修需吊裝機(jī)械；鋼管承壓范圍廣，適用范圍寬，管體強(qiáng)度高，管道焊接處連接強(qiáng)度高，管件易加工，安裝維修方便，現(xiàn)階段也已發(fā)展出較為先進(jìn)的防腐技術(shù)，但防腐成本較高；PE管耐腐蝕性能好，韌性好，可撓性和抗沖擊性能好，內(nèi)壁光滑，不易結(jié)垢阻塞，水力條件好，但其強(qiáng)度較低。

從施工角度上比較:球墨鑄鐵管容易適應(yīng)現(xiàn)場管溝狀況，接口采用柔性T、K型承插式接口，或采用TF自錨性接口，安裝容易，便于檢查，施工速度較快；鋼管可采用焊接、卡口、絲口連接，施工較簡單，速度較快；PE管采用熱熔對接、熱熔承插、電熔連接，施工方便快捷。

從經(jīng)濟(jì)角度上比較:對于龐家溝支管線，壓力等級為0.6 MPa的管材，球墨鑄鐵管與PE管價格相當(dāng)，鋼管最貴，對于壓力等級為1.0 MPa、1.6 MPa的管材，球磨鑄鐵管價格最為便宜，鋼管次之，PE管最貴。對于西灣溝支管線，球磨鑄鐵管價格最為便宜，PE管次之，鋼管最貴。對于總管線，壓力等級為0.6 MPa的管材，球磨鑄鐵管價格最為便宜，PE次之，鋼管最貴，壓力等級為1.0 MPa的管材，球磨鑄鐵管價格最為便宜，鋼管次之，PE管最貴，。

綜上所述，本工程的推薦管材為PE管與鋼管，結(jié)合本工程的實際情況，龐家溝支管線前半段受地形地質(zhì)、尾礦的影響，擬采用管材為PE管，后半段由于受管道壓力影響，擬采用承壓值較高的鋼管。西灣溝支管線擬采用價格較為便宜的PE管?？偣芫€鋼管價格優(yōu)勢明顯，部分管道還要采用明管敷設(shè)，因此擬采用鋼管。

2.4.2 管徑確定

莊浪縣店峽溝與竹林寺水庫河湖水系連通工程管線采用有壓重力流輸水，管徑選擇在滿足自壓輸水要求的同時應(yīng)控制管道流速，以降低工程投資。根據(jù)《城鎮(zhèn)供水長距離輸水管（渠）道工程技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，管徑選擇根據(jù)流量、地形特點、管材等計算確定，輸配水管網(wǎng)的設(shè)計流速宜采用經(jīng)濟(jì)流速，考慮到本工程管道中攜帶部分泥沙，為防止對閥門及管道造成磨損，流速不宜取太大，管道的最大設(shè)計流速在1.0 m/s～1.2 m/s之間選取，根據(jù)計算龐家溝支管線管徑為DN400（PE管）、DN377(鋼管)，西灣溝支管線管徑為DN355（PE管），總管線管徑為DN478(鋼管)。

3 工程建設(shè)

該工程于2018年1月2日開工建設(shè)，2019年9月30日竣工。主要建設(shè)內(nèi)容是:①取水樞紐:在龐家溝溝口上游1.35 km處和西灣溝溝口上游0.7 km處各設(shè)置取水樞紐一處，取水樞紐采用低壩取水，主要由進(jìn)水閘、溢流壩、泄洪沖砂閘、進(jìn)水口、副壩、沉砂池等建筑物組成。②輸水管線:龐家溝支管線沿龐家溝溝道、店峽溝、304省道布置，在西灣溝溝口與西灣溝支管線匯流，管線總長3.4 km；西灣溝支管線為西灣溝樞紐至溝口管線交匯點段，與龐家溝輸水線路交匯，沿西灣溝道右側(cè)舊省道路邊布置，管道總長0.68 km；匯流后的總管線沿店峽溝、304省道、店峽溝左岸山坡布置。其中管道工程完成:龐家溝支管線采用DN400PE管，采用埋式布置，管道埋深不小于1 m；西灣溝支管線采用DN355PE管，采用埋式布置，管道埋深不小于1 m；總管線前半段采用采用DN500PE管，采用埋式布置，管道埋深不小于1 m，后半段采用DN450鋼管，采用明管布設(shè)，石棉保溫層進(jìn)行保溫。管道沿線布設(shè)各類管道附屬建筑物42座，其中檢修閥井3座，放空閥井9座，調(diào)流調(diào)壓閥井5座，空氣閥井17座，流量計閥井5座，調(diào)節(jié)池2座，匯流池1座。③穿管隧洞:隧洞長583 m，斷面形式為城門洞型，寬度為1.6 m，洞高1.8 m，頂拱按照120°控制。

店峽溝與竹林寺水庫河湖水系連通工程建成投入運行后，每年可向竹林寺水庫注入調(diào)蓄水量172萬m3，提高了竹林寺水庫的供水能力和保證率，緩解了縣城城區(qū)及水洛河川生活用水的供需矛盾。通過該項目的實施，可以為莊浪縣城鎮(zhèn)化發(fā)展提供水源保證，加快城鎮(zhèn)化建設(shè)步伐，助推縣域經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展。

4 結(jié)語

該工程為平?jīng)鍪蟹秶鷥?nèi)第一項跨小流域間調(diào)（補(bǔ)）水工程，通過采用長距離管道輸水技術(shù)，實現(xiàn)了河庫連通，將店峽溝和西灣溝兩條小支溝的地表水通過三段管道輸水注入竹林寺水庫，建成后每年可為竹林寺水庫增加調(diào)蓄水量172萬m3，通過本工程的實施，實踐證明采用長距離管道輸水技術(shù)實施河湖連通工程，經(jīng)濟(jì)效益也十分顯著。①工程造價低，單方水投資小，該工程單方水投資僅為17.53元/m3，與同期縣內(nèi)建成的水庫單方水投資47.23元/m3相比較，節(jié)省投資達(dá)到60%以上；②經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，可以說是用小管道、低投入實現(xiàn)了高效益，工程建成后增加了竹林寺水庫的年調(diào)蓄水量，提高了竹林寺水庫的供水能力和供水保證率，經(jīng)濟(jì)、社會效益十分顯著；③采用管道輸水縮短了工期，由于管道施工技術(shù)容易掌握，便于全線同時進(jìn)行鋪設(shè)，因此采用管道輸水與渠道等其它方式輸水相比較，可以大幅度縮短工期。該工程的實施實踐證明采用長距離管道輸水技術(shù)實現(xiàn)跨小流域間調(diào)水比較成功，而且可以實現(xiàn)低投入、高效益，值得在縣內(nèi)、市內(nèi)及周邊缺水地區(qū)大幅度推廣使用。