王家院水庫向泰城供水工程輸水方案比選

杜曉宇，金 哲，趙建輝

（泰安市王家院水庫管理服務(wù)中心，山東 泰安 271000）

泰安市屬于水資源嚴(yán)重缺乏地區(qū)，人多地少水缺是泰安市基本水情，人均占有水資源量僅有311 m3，低于全省平均水平的334 m3。泰安市具有降水時空分布不均的特點(diǎn)，70%多的降水集中在汛期，雨洪資源未能得到有效開發(fā)利用。隨著近年來降雨量逐年減少，以及氣候變化和人類活動對地下水的影響，泰城水資源形勢發(fā)生了顯著變化，大部分地區(qū)水資源量減少明顯。

王家院水庫位于泰安市岱岳區(qū)大汶口鎮(zhèn)與馬莊鎮(zhèn)交匯處南側(cè)，大汶河干流右岸汶口2 號壩下游1 km 處，是一座集防洪除澇、城市供水、農(nóng)業(yè)灌溉于一體的中型水庫。水庫于2016 年8 月正式開工，2018 年9 月完工，主要蓄水引自汶口2 號壩，正常蓄水位90.0 m 時水庫庫容1 853.25萬m3，死庫容為332.18 萬m3，興利庫容1 521.07萬m3。王家院向泰城供水工程作為泰安市骨干水網(wǎng)工程，經(jīng)過岱岳區(qū)、旅游經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)兩大片區(qū)，實(shí)施后為兩大片區(qū)提供可靠水源保障，緩解兩大片區(qū)水資源緊缺狀況，并為大河水庫及泰城提供生態(tài)用水和城市景觀用水，干旱年份可為泰城提供后備水源，有效緩解全市水資源時空分布不均問題。該工程選擇了幾種方案進(jìn)行了比選，輸水方案選擇如下：

1 明渠輸水

明渠輸水一般多用于超大流量、跨流域的輸水，其優(yōu)點(diǎn)是輸水量大、投資省、調(diào)節(jié)能力強(qiáng)、施工較簡單。明渠輸水的缺點(diǎn)是永久占地多、實(shí)施困難，受地形影響較大，水量蒸發(fā)滲漏等損失較大，沿途易受污染，日常運(yùn)行管理較為困難。針對本工程特點(diǎn)，泰安市王家院水庫向泰城供水工程沿線穿越鄉(xiāng)鎮(zhèn)村莊較密集，沿途穿越滿莊鎮(zhèn)、夏張鎮(zhèn)、泰肥一級公路、泰肥鐵路、泰山大街等，沿途滲漏污染控制困難，輸水渠道若要沿河、沿路布置，輸水線路較長，沿途耗水量大，在此范圍內(nèi)地形彎道多，渠系建筑物結(jié)構(gòu)復(fù)雜且建設(shè)困難，不便布置，明渠輸水難以保證飲用水水質(zhì)的安全要求。受沿途建設(shè)條件及地下水影響，本工程不宜采用明渠輸水。

2 暗渠輸水

為減少工程占地，暗渠輸水也是長距離有壓輸水常用的輸水方式。暗渠的斷面尺寸直接影響沿程損失和加壓泵站裝機(jī)的選取，斷面尺寸大沿程損失小、加壓泵站揚(yáng)程小、運(yùn)行費(fèi)用低但工程建設(shè)投資大，斷面尺寸小工程建設(shè)投資小但沿程損失大、運(yùn)行費(fèi)用高。為便于與管道輸水綜合比選論證，暗渠斷面尺寸按與管道輸水同等加壓泵站規(guī)模進(jìn)行比選。有壓涵洞凈尺寸按下式計算：

式中：μ 為流量系數(shù)；w 為涵洞出口斷面面積，m2；T0涵洞進(jìn)口水頭，m；hp為涵洞出口水頭，m。

以王家院水庫至大河水庫輸水工程為例：涵洞進(jìn)口壓力水頭按泵站設(shè)計流量1.5 m3/s 設(shè)計揚(yáng)程運(yùn)行時確定，T0為150 m；出口壓力水頭2.0 m。

經(jīng)試算，涵洞單孔凈尺寸1.5×2.0 m 時計算流量1.5 m3/s。暗渠輸水涵洞斷面凈尺寸采用單孔凈尺寸1.5×2.0 m 的混凝土箱涵。

由于洞內(nèi)水頭壓力較高，箱涵采用高性能混凝土；箱涵內(nèi)壓力水頭大，分縫處采用雙層止水設(shè)計，中層為紫銅止水片，面層為不銹鋼壓板橡膠止水帶。主要工程量見表1。

表1 每公里暗渠輸水主要工程量表

箱涵的建筑工程直接投資約1 100 萬元/km，同樣過水?dāng)嗝娴穆竦劁摴苤苯油顿Y800 萬元/km，暗涵方案直接投資較管道方案大，且施工周期長，排水費(fèi)等臨時費(fèi)用高；混凝土箱涵受較高內(nèi)壓，且沿線需配置檢修、排氣、排水、調(diào)流調(diào)壓等輔助設(shè)施，對混凝土施工質(zhì)量、止水安裝要求高，現(xiàn)場施工受人工、設(shè)備、天氣等因素影響，控制難度大，施工風(fēng)險較高；此外，砂石料等建材也易受當(dāng)?shù)丨h(huán)境因素影響，質(zhì)量控制較難，施工風(fēng)險較高。經(jīng)綜合比選論證，不推薦暗渠箱涵方式。

3 埋地管道輸水

管道輸水埋管可減少占地，水量利用率較高，管線布置靈活，管線多為直線枝狀，較渠線布置長度短。管道輸水的主要優(yōu)點(diǎn)是供水保證率高、損失水量少、施工方便，可以實(shí)現(xiàn)長距離的水源輸送。埋地管道占地面積小，可以減少水的蒸發(fā)、滲漏和浪費(fèi)，提高水的利用率；運(yùn)行維護(hù)方便、防污染性能強(qiáng)，目前很多城鎮(zhèn)供水項目大多采用埋地管道輸水，管道可以按照需要進(jìn)行靈活布置，可以通過地下或地面通行，適應(yīng)不同的地形和地貌條件。但是采用埋地管道輸水方式的主要缺點(diǎn)是水頭損失大且工程投資相對較高。

4 輸水方案比選

該研究采用多指標(biāo)綜合評價方法，綜合考慮技術(shù)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境影響等因素。在技術(shù)方面，主要考慮輸水能力、管道材料、水質(zhì)保護(hù)和工程可行性等指標(biāo)；在經(jīng)濟(jì)方面，主要考慮建設(shè)成本、運(yùn)營維護(hù)成本和投資回報等指標(biāo)；在環(huán)境方面，主要考慮對生態(tài)環(huán)境的影響和可持續(xù)性等指標(biāo)。通過綜合評價，比較不同輸水方案的優(yōu)劣，選擇最佳方案。在城鎮(zhèn)供水工程中，供水安全性和供水水質(zhì)的保證率是考慮輸水方式選擇的首要條件。所以，雖然采用埋地管道輸水的投資較明渠輸水方式高，但由于其具備征遷難度小、供水可靠度高、水質(zhì)不易受污染、水量損失少、施工工期短等優(yōu)點(diǎn)，本次王家院水庫向泰城供水工程推薦采用埋地管道輸水方式。

5 結(jié) 語

輸水方案的比選是復(fù)雜的決策問題，需要充分考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境等多方面的指標(biāo)。具體到本研究中，采用綜合評價方法，并結(jié)合實(shí)際情況，為選擇最適合的輸水方案提供了科學(xué)有效的決策支持。然而，由于不同地區(qū)和項目的特殊性，輸水方案的選擇仍需根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。