大伙房水庫輸水工程輸水管線穿越河流安全監(jiān)測研究

包德高

(遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院有限責任公司，沈陽 110000)

1 概 況

為解決遼寧省城市缺水問題，2003年遼寧開工建設(shè)大伙房水庫輸水工程。該工程從渾江引水，通過85km輸水隧洞引至蘇子河后入大伙房水庫，經(jīng)大伙房水庫調(diào)節(jié)，通過235km輸水管道向下游的撫順、沈陽、遼陽、鞍山、營口和盤錦六城市供水[1-2]。

為保證輸水工程的安全穩(wěn)定運行，需對輸水管線穿越河流段進行長期安全監(jiān)測。

2 安全監(jiān)測內(nèi)容

大伙房水庫輸水工程輸水管線穿越的27條重點河流需要監(jiān)測，其監(jiān)測內(nèi)容為河道縱斷面和管線橫斷面。

根據(jù)各河流水量及沖刷情況，水量不大或者無沖刷的河流，橫斷面布置按輸水管線穿越河流位置中心線布設(shè)1條橫斷，在中心線上下游各100m布設(shè)一條橫斷；對于水量大、沖刷嚴重的河流，需保證每條管道中心線布設(shè)一條橫斷及上下游保護邊線各布設(shè)一條橫斷，橫斷兩側(cè)測至背水側(cè)堤腳外50m。

為掌握河道變化情況，測量管線穿越河道處河流河底縱斷，布置在主河道中心線以及中心線兩側(cè)各50m，不足50m的，只測量河道中心線一條縱斷。每條河底縱斷測量范圍為管線穿越河道位置上下游各測500m。

3 監(jiān)測分析方法及原理

本次監(jiān)測分析分為兩個層次，第一層次是本次監(jiān)測數(shù)據(jù)與原設(shè)計數(shù)據(jù)對比分析，第二層次是本次監(jiān)測數(shù)據(jù)與2019年監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析[3]。

3.1 本次監(jiān)測數(shù)據(jù)與原設(shè)計數(shù)據(jù)對比分析

本次監(jiān)測數(shù)據(jù)與原設(shè)計數(shù)據(jù)或竣工圖數(shù)據(jù)比較，分析大伙房水庫輸水工程輸水管線建成至今，輸水管線上部的覆土厚度變化情況。本次分析采用的計算方法為：

沖刷量A=原設(shè)計深泓點高程-現(xiàn)深泓點高程

安全余量=現(xiàn)深泓點高程-設(shè)計允許沖刷后高程

最小埋深=現(xiàn)深泓點高程-管頂設(shè)計高程

沖刷量A反應(yīng)了自管線建成至今的沖刷情況，當沖刷量A>0且數(shù)值較大的時候，表示管線上覆土沖刷嚴重，應(yīng)對管線進行重點監(jiān)測；當沖刷量A<0，表示管線的覆土厚土增加，對管線保護有利。

安全余量出現(xiàn)負值的時候就表示此處穿河管線沖刷情況出現(xiàn)預(yù)警信號，需要參考最小埋深的數(shù)據(jù)大小來決定是否需要加固處理或是重點監(jiān)測。河道橫斷面圖中增加了管頂高程和深泓點數(shù)據(jù)，這兩條數(shù)據(jù)線間的距離就能直觀的顯示出輸水管線的最小埋深[4]。

3.2 本次監(jiān)測數(shù)據(jù)與原設(shè)計數(shù)據(jù)對比分析

本次監(jiān)測數(shù)據(jù)與2019年監(jiān)測數(shù)據(jù)對比，主要分析河流在2019年11月份到2020年11月份期間的沖刷情況、河道走勢變化和河道下切情況。本次分析采用的計算方法為：

沖刷量B=原深泓點高程(2019年)-現(xiàn)深泓點高程(2020年)

河道平均沖刷量=2019年河道平均深度-2020年河道平均深度

沖刷量B反應(yīng)的是2019年11月到2020年11月期間的沖刷深度，當沖刷量B>0,表示河底受到?jīng)_刷，應(yīng)根據(jù)沖刷量的大小，具體制定防護策略；當沖刷量B<0,表示河底受到淤積，對管線保護有利。

河道平均沖刷量反應(yīng)的是2019年11月到2020年11月期間，整段河道的整體變化趨勢。

4 安全監(jiān)測分析

以沙河為例，依據(jù)文章研究的算法，進行兩層次的具體分析。

4.1 本次監(jiān)測數(shù)據(jù)與原設(shè)計數(shù)據(jù)對比分析

表1 沙河本次監(jiān)測與原設(shè)計對比分析表 m

管線建成至今，管線穿越沙河處沖刷總量為0.43m，沖刷嚴重，對管線保護不利，依據(jù)每年洪水情況，加強監(jiān)測；安全余量1.12>0，表示滿足設(shè)計埋深要求；最小埋深2.03m，表示管線上方的覆土厚度2.03m，詳見表2。

表2 沙河橫斷面對比分析表 m

4.2 本次監(jiān)測數(shù)據(jù)與2019年監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析

從河流橫斷面的角度分析，2019年11月到2020年11月期間，管線穿越沙河處河道沖刷0.26m，管線上游100m處河道沖刷0.32m，管線下游100m處河道沖刷0.65m，管線上下游100m范圍內(nèi)河道沖刷嚴重，對管線造成一定的影響，加強監(jiān)測頻率，詳見表4-2。

從河流縱斷面角度分析，沙河在2019年11月到2020年11月期間，河道最大沖刷量0.88m，位于管線上游30m，距管線較近，對管線造成一定影響；河道最大淤積量0.22，位于管線上游826m；河道平均沖刷量0.33m，沙河整體沖刷嚴重。詳見表3。

表3 沙河河道整體沖刷分析表 m

5 小 結(jié)

管線建成至今，管線穿越沙河處沖刷總量為0.43m，沖刷嚴重，管線穿越沙河處的安全余量1.12>0，且最小埋深2.03>0，表示管線覆土滿足設(shè)計要求。2019年11月到2020年11月期間，管線處沖刷量為0.26m，河道最大沖刷量0.88m，位于管線上游30m，距管線較近，對管線影響較大，河道整體沖刷量為0.33m，沙河整體沖刷嚴重，基于上述分析，管線穿越沙河處沖刷嚴重，對管線保護不利，但覆土厚度依然滿足設(shè)計要求，所以建議汛前汛后連續(xù)監(jiān)測，掌握河流沖刷規(guī)律。

基于文章的分析方法，將大伙房水庫輸水工程輸水管線穿越的27條河流分為三大類，其中一類河流建議汛前汛后連續(xù)監(jiān)測，二類河流建議一年監(jiān)測一次，三類河流建議隔年監(jiān)測，對不滿足設(shè)計覆土厚度的河流，應(yīng)做防護處理。

6 結(jié) 語

輸水管線的安全性是保障管線有效運行的基礎(chǔ)，在輸水管線安全監(jiān)測方法中提出了安全余量和最小埋深這兩個概念，通過數(shù)值比較分析，為管線保護提供了數(shù)據(jù)支持，為決策者制定保護方案提供了參考。在以后的監(jiān)測分析中，可以結(jié)合三維技術(shù)，將管線三維可視化，更形象更直觀的為決策者提供幫助。