布爾闊臺河供水方案優(yōu)選分析研究

陳 海

(塔城地區(qū)水利水電勘察設(shè)計院，新疆 塔城 834700)

1 概 述

1.1 工程區(qū)域概述

額敏縣布爾闊臺河供水工程位于布爾闊臺河的中下游出山口段吾爾喀什爾山以南的額敏縣境內(nèi)，距額敏縣城直線距離約70 km，喇嘛昭鄉(xiāng)距水庫壩址12 km，S318省道在壩址下游通過，由S318省道去往喇嘛昭鄉(xiāng)的鄉(xiāng)道再經(jīng)水庫上壩公路到水庫壩址的距離為18 km。工程所在區(qū)域地處緯度偏高的內(nèi)陸地區(qū)，遠離海洋，屬溫帶大陸性氣候區(qū)，氣候嚴(yán)寒，冬長暑短，上游中山區(qū)終年積雪。氣溫垂直分布明顯，晝夜溫差大，氣溫隨海拔升高而遞減，遞減率約為0.2℃/100 m。山區(qū)年平均氣溫小于5.5℃，平原區(qū)年平均氣溫6.5℃，多年平均最高氣溫37.9℃，多年平均最低氣溫-32.3℃。

平原區(qū)多年平均年降水量278.2 mm，山區(qū)年降水量500～700 mm，降雨時間主要集中在4-7月份，該季節(jié)降水量占全年降水量的42%以上。

平原區(qū)年無霜期118～188 d，多年平均積雪深度32 cm，歷年最大積雪深度61 cm，多年平均日照時數(shù)2 832.8 h，日照百分率64%，多年平均最大風(fēng)速14.1 m/s。

工程位置地處山區(qū)，受氣候條件的影響，其冰期長達半年之久。布爾闊臺河在10月底或11月初，水流中就出現(xiàn)冰花、流冰和岸冰。一般情況下，在11月底至翌年的2月份為封凍期，穩(wěn)定封凍期冰厚0.8 m左右，平均封凍時間100 d左右；冰塞、冰壩主要出現(xiàn)在4月份的河道開河期間。河道大約于3月份開始解凍，終冰日期為3月下旬至4月上旬，最大凍土深度1.4 m。

1.2 工程特征

額敏縣布爾闊臺河供水工程是為工業(yè)和農(nóng)業(yè)灌溉供水并為改善生態(tài)供水的水利工程。水源為喇嘛昭水庫，本工程由工業(yè)供水管道和農(nóng)業(yè)灌溉渠道及管道等組成。

工程主要建筑物包括供水管道和灌溉渠道。供水管道設(shè)計年供水量750×104m3，供水流量為0.92 m3/s，沙棘生態(tài)林灌溉面積0.106 7×104hm2；灌溉渠道灌溉面積為0.233 3×104hm2，灌溉設(shè)計流量2.3 m3/s。根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50201-2014)及《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL 252-2017)的規(guī)定，確定供水工程的工程等別為IV等，工程規(guī)模為小(Ⅰ)型，供水管道主要建筑物級別為5級，灌溉渠道主要建筑物級別為5級，次要建筑物級別為5級。

根據(jù)上述建筑物級別，確定輸水工程建筑物采用的洪水標(biāo)準(zhǔn)[重現(xiàn)期(年)]：供水管道(包括調(diào)節(jié)水池、檢修閥井、排氣閥井、泄水井及管道穿河防護設(shè)施等)設(shè)計洪水為標(biāo)準(zhǔn)10年，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年；灌溉渠道及灌溉管道設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為10年，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年。

2 布爾闊臺河供水方案優(yōu)選分析

2.1 方案工程布置

本次設(shè)計選擇3種供水總布置方案進行比選。

2.1.1 主管分支方案

主管線水庫大壩輸水洞直接取水，向南敷設(shè)長5.7 km的有壓主管道，并在主管道終點設(shè)置一座分水池，利用分水池向喇嘛昭鄉(xiāng)綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)基地、電廠及沙棘生態(tài)林分支敷設(shè)分支管線，分支長度分別為6.7，5.1和10.0 km。

2.1.2 主渠分支方案

對布爾闊臺河渠首進行擴建，水庫水放至下游長2.2 km的天然河道，利用布爾闊臺河渠首收集河水，主渠從渠首取水后，向南修建3.5 km無壓主渠道，在主渠道終點設(shè)置一座分水池，分水后分別向喇嘛昭鄉(xiāng)綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)基地、電廠及沙棘生態(tài)林分支敷設(shè)分支管線，分支長度分別為6.7，5.1和10.0 km。

2.1.3 組合方案

在課程設(shè)計上，培訓(xùn)針對已有工作經(jīng)驗的社區(qū)醫(yī)生，不同于面向醫(yī)學(xué)生的全科醫(yī)生規(guī)范化培訓(xùn)。勵麗介紹，每一次開一個班，人數(shù)二十多人；而且，每位學(xué)員要脫產(chǎn)2個月在寧波一院上課并參與臨床查房。

由供水管道工程和灌溉渠道工程兩部分組成。供水工程主管線水庫大壩輸水洞直接取水，向南敷設(shè)長5.7 km的有壓主管道，并在主管道終點設(shè)置一座分水池，利用分水池向電廠及沙棘生態(tài)林分支敷設(shè)分支管線，分支長度分別為5.1和10.0 km。灌溉工程水庫水放至下游長2.2 km的天然河道，利用布爾闊臺河渠首收集河水，渠道從渠首取水后，經(jīng)8.65 km暗渠和管道到達受水點。

各方案平面布置見圖1。

圖1 工程總布置方案圖

2.1.4 各方案優(yōu)缺點分析

主管線采用有壓管道輸水：主管線采用有壓管道輸水，管線總長度較長，管道安全性較好，輸水保證率高，但由于主管道設(shè)計流量加大(3.22 m3/s)，管徑大，投資高，在河谷施工也極為困難，沿河防護難度大，且平時運行存在2.2 km的天然河道脫流河段，對布爾闊臺河道的生態(tài)和環(huán)境影響十分不利，無法滿足環(huán)境要求。

主渠采用無壓渠道輸水：主渠采用無壓渠道輸水，管線總長度相對較短，能夠避免方案一弊端，但其供水安全性較差，保證率低，特別是3個不同分支供水保證率差異較大(電廠設(shè)計保證率為97%、沙棘生態(tài)林設(shè)計保證率為85%、喇嘛昭鄉(xiāng)綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)基地設(shè)計保證率為75%)，渠道布置難以協(xié)調(diào)(設(shè)置雙渠可以滿足高保證率，但投資大，沿河防護難度大；設(shè)置單渠投資小，但難以滿足工業(yè)供水高保證率需求)；同時現(xiàn)狀渠首進水閘也難以滿足主渠所需總的引水流量(3.22 m3/s)，水庫水量損失較大。

組合方案：可以很好地結(jié)合方案一和方案二優(yōu)點，同時又避免了兩個方案弊端，即高保證率供水利用管道直接從水庫輸水洞接引，安全性高，輸水管徑小，施工、管理便利；低保證率輸水結(jié)合生態(tài)環(huán)境及現(xiàn)有渠首等設(shè)施，降低投資。

2.2 優(yōu)選方案確定

綜上，結(jié)合河道生態(tài)環(huán)境要求、工程投資、工程運用要求及現(xiàn)有水利工程情況，本階段推薦采用組合方案即方案三。

3 特定對象支線路供水用水方案優(yōu)選分析

供水工程取水點為布爾闊臺水庫輸水洞出口，受水點一為鵬通能源新疆額敏縣2×660 MW煤電一體化發(fā)電廠，受水點二為下游布爾闊臺河左側(cè)高地沙棘生態(tài)林，位于原鄉(xiāng)道旁側(cè)。

鵬通能源新疆額敏縣2×660 MW煤電一體化發(fā)電廠與取水點南北向基本呈直線，且地勢從取水點至受水點呈線性下降，中間為其他障礙，因此發(fā)電廠分支基本沿取水點和受水點直線布設(shè)，無需進行其他比選。

為節(jié)省投資，沙棘生態(tài)林分支上游與發(fā)電廠分支采用合建(主線)，為避免取水點與受水點見地形落差大導(dǎo)致的管道壓力大帶來的安全和投資隱患，在管道合適位置設(shè)置減壓池，同時利用減壓池完成分水布置，即在管道中間設(shè)置分水池，分水池下游沙棘生態(tài)林分支結(jié)合取水點及受水點位置、各點地形，綜合選擇3個方案進行比選：

3.1 具體布設(shè)方案內(nèi)容

方案一：全管線方案，主線采用2根DN700球墨鑄鐵管從喇嘛昭水庫壩下出水池向南敷設(shè)5.7 km，設(shè)置分水池，分水后分別向兩個分支敷設(shè)分支管線。額敏縣發(fā)電廠分支設(shè)置2根DN400球墨鑄鐵管，管線長5.1 km，沙棘生態(tài)林分支采用1根DN800球墨鑄鐵管，管線長10 km。

方案二：全管線方案，主線采用2根DN700球墨鑄鐵管從喇嘛昭水庫壩下出水池向南敷設(shè)3.4 km，設(shè)置分水池，分水后分別向兩個分支敷設(shè)分支管線。額敏縣發(fā)電廠分支設(shè)置2根DN400球墨鑄鐵管，管線長7.4 km，沙棘生態(tài)林分支采用1根DN800球墨鑄鐵管，管線長11.3 km。

方案三：管-渠組合方案，主線采用2根DN700球墨鑄鐵管從喇嘛昭水庫壩下出水池向南敷設(shè)5.7 km，設(shè)置分水池，分水后分別向兩個分支敷設(shè)分支管線。額敏縣發(fā)電廠分支設(shè)置2根DN400球墨鑄鐵管，管線長5.1 km，沙棘生態(tài)林分支上游渠道總長度7.4 km，渠道采用暗渠型式，無壓流，斷面為矩形，凈寬1.0 m、凈高1.2 m，頂板、底板、側(cè)壁厚度均為0.3 m。暗渠采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，每10 m設(shè)一道沉降縫，采用橡膠止水帶止水，縫內(nèi)填塞閉孔泡沫板。管道部分采用DN800球墨鑄鐵管，長度3.7 km。

各方案平面布置見圖2。

3.2 優(yōu)缺點分析

方案二由于減壓池靠近上游，下游距離較長的電廠分支、沙棘分支管道壓力均較大，增加了管道投資及安全隱患，同時沙棘分支沿布爾闊臺河左岸布設(shè)，需額外增加管道防護(防河道沖刷、防左側(cè)山洪淘刷)、管護道路及臨時交通等設(shè)施。

方案三上游及沙棘分支與方案一相同，沙棘生態(tài)林分支采用無壓暗渠和有壓管道結(jié)合的形式，沙棘生態(tài)林分支管材壓力較小，可以減少投資，但總長度較方案一長。同時渠道(或管道)較長部分在布爾闊臺河下游漫灘布設(shè)，需額外增加管道防護，同時為了保留末端一定壓力水頭，渠道下游仍需設(shè)置一部分管道，且大部分渠道和管道需增設(shè)臨時道路和管護道路。

圖2 特定對象供水線路方案圖

方案一管線(渠道)距離最小，投資最低，同時施工條件最好，垂直跨越布爾闊臺河距離最短，安全度最高。同時管道壓力經(jīng)過減壓后，壓力分布也較為合理，主管線及電廠分支利用供水工程交通道路作為護管路、沙棘生態(tài)林分支可利用現(xiàn)有鄉(xiāng)道及跨河橋，施工及運行管理均較便利。見表1、表2。

表1 線路比選工程量比較表

表2 線路比選方案綜合比較表

因此，特定用戶供水方案選擇推薦采用方案一，與可行性研究階段推薦方案相同。

4 結(jié) 語

通過布爾闊臺河供水方案優(yōu)選后，為后續(xù)整個方案的具體節(jié)點的設(shè)計提供一定基礎(chǔ)，同時也為解決該地區(qū)日益發(fā)展的經(jīng)濟和用水矛盾提供一種必要的手段。