南水水庫供水輸配套規(guī)劃實踐研究

林澤奇

(廣東粵海韶投水務(wù)有限責任公司,廣東 韶關(guān) 512000)

0 引 言

南水水庫供水工程位于廣東省北部某市。南水水庫供水工程的任務(wù)是供水,通過引水和輸水管道等工程,將南水水庫的水資源引到市區(qū),提供市區(qū)的生活和生產(chǎn)等用水。

解決單一水源:片區(qū)原先只有河水作為供水水源,現(xiàn)有河水和水庫水,雙水源并滿足今后長期用水發(fā)展的需要,建設(shè)南水水庫供水輸配套工程是非常必要的。文章擬通過對現(xiàn)主要飲水水源地—南水水庫的水配套提升工程為例,探究城市飲用水源地改造提升規(guī)劃的思路方案。

1 供水現(xiàn)狀問題

市區(qū)供需水量矛盾逐漸突出。近年來,某市經(jīng)濟發(fā)展迅速,隨著城市的發(fā)展和人民生活水平的逐步提高,城市供水事業(yè)也在不斷地發(fā)展壯大[1]。現(xiàn)有水廠供水能力將不能滿足規(guī)劃供水需求。

供水水源比較單一,原先只有河水作為供水水源地,存在供水安全隱患。某市區(qū)現(xiàn)有七座水廠中有五座水廠為主要供水水源,供水能力占總供水能力的86%,水源單一。在突發(fā)性水源事故或取水河段自然災(zāi)害時,將嚴重影響市區(qū)居民正常生活生產(chǎn)。

2 取水量規(guī)模預測分析

2.1 用水量預測

本次預測供水范圍內(nèi)的用水量采用單位人口綜合用水量指標法,考慮到水資源的嚴格管理和節(jié)水措施,而且2020年某鎮(zhèn)單位人口綜合用水量指標采用450L/(人·d),2030年某鎮(zhèn)單位人口綜合用水量指標采用500L/(人·d)。一六、游溪、桂頭、東坪4個鎮(zhèn)2020年單位人口綜合用水量指標采用350L/(人·d),2030年某鎮(zhèn)單位人口綜合用水量指標采用400L/(人·d)。根據(jù)以上人口預測和用水量指標,某鎮(zhèn)2020年平均日用水量為3.18萬m3;2030年平均日用水量為3.82萬m3。按照平均日用水量計算人口綜合用水量指標,2020年某市區(qū)人口綜合用水量指標為644L/(人·d),2030年為738L/(人·d)。根據(jù)某市水資源公報有關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù),某市區(qū)現(xiàn)狀水平年2010年日平均人口綜合用水量指標為770L/(人·d)。

2.2 工程規(guī)模分析

根據(jù)需水預測計算的成果,到2030年某市區(qū)最高日用水量為105.98萬m3/d?，F(xiàn)狀某市區(qū)自來水廠總規(guī)模為34.5萬m3/d,規(guī)劃僅保留規(guī)模較大的韶鋼和韶關(guān)冶煉廠自備水廠,其余自備水廠全部關(guān)閉,由市政統(tǒng)一集中供水,保留的自備水廠規(guī)模為20.86萬m3/d。

經(jīng)計算本次初步設(shè)計2030年某市區(qū)需要新增水廠規(guī)模為50萬m3/d。水廠自用水按照水廠供水規(guī)模的4%計算,輸水管道的水量損失按照水廠供水規(guī)模的10%計算,經(jīng)計算從南水水庫取水的最大規(guī)模為57萬m3/d,換算成流量為6.60m3/s,即遠期設(shè)計水平年2030年某市區(qū)從南水水庫取水流量規(guī)模為6.60m3/s。

加上分水口的流量,本工程近期設(shè)計水平年總的取水流量規(guī)模為4.10m3/s,遠期設(shè)計水平年總的取水流量規(guī)模為7.80m3/s。

2.3 取水量分析

取水量根據(jù)供水量以及水廠自用水量、管道損失水量計算。水廠自用水量比例取4%,管道損失水量的比例取10%,經(jīng)計算設(shè)計水平年2030年本工程從南水水庫取水的水量為19295萬m3。

2.4 設(shè)計水位、規(guī)模

南水水庫原設(shè)計正常蓄水位220.74m,汛限水位為216.24m。2001年水庫安全鑒定時,經(jīng)復核泄洪洞泄流能力達不到設(shè)計要求,因此水庫開始降低水位運行,正常運行水位降低到216.24m,汛限水位也維持216.24m。水庫發(fā)電死水位為197.74m,極限死水位為194.74m。本工程從南水水庫發(fā)電站4#施工支洞取水,取水口底板高程為175.74m。設(shè)計最高取水水位采用南水水庫的校核洪水位226.64m;設(shè)計最低取水水位采用南水水庫發(fā)電死水位197.74m。本工程設(shè)計正常取水水位采用南水水庫現(xiàn)狀正常運行水位216.24m,低于原設(shè)計正常蓄水位220.74m?？紤]到采取一定的工程措施恢復泄洪洞泄流能力之后,南水水庫正常運行水位可能回復220.74m,這種情況下,本工程設(shè)計水頭將提高4.5m,經(jīng)過復核管道的承壓能力仍然能夠滿足正常運行的要求。

根據(jù)需水預測,考慮輸水管道的水量損失、水廠自用水、市政供水管網(wǎng)的水量損失以及未預見的水量等要求,本工程2030年的設(shè)計取水規(guī)模為7.8m3/s,其中1.2m3/s供水廠,6.6m3/s供某市新建(擴建)水廠。本工程規(guī)劃新建(擴建)水廠總規(guī)模為50萬m3/d,分兩期建設(shè):一期工程新增水廠規(guī)模25萬m3/d,設(shè)計水平年2020年,在西河二水廠基礎(chǔ)上擴建;二期工程新建水廠規(guī)模為25萬m3/d,在二獅嶺新建:即原水管道部分、北配水管道部分。

供水對象重要性屬“重要”,最大輸水流量7.8m3/s,年供水量16925萬m3,因此確定本工程等別為Ⅱ等,工程規(guī)模為大(2)型[2]。

3 輸水線路規(guī)劃

3.1 輸水線路選擇

工程水源為南水水庫,為便于施工,減少工程投資,擬利用南水水庫～南水電站現(xiàn)有D5500mm引水隧洞(L=4079m,其中明管123m,隧洞3956m)取水。

從南水電站引水隧洞4#施工支洞內(nèi),通過改造現(xiàn)有南源電站引水鋼管,加大引水鋼管直徑,達到供水工程與南源電站共同取水目的。從4#支洞取水后,壓力管道經(jīng)南源電站廠房與電廠辦公樓之間的空地,向東偏南方向跨越南水河,穿過水廠,之后沿G323國道布置,經(jīng)山前新村、移民村、紅衛(wèi)中學,在26+000樁號處設(shè)置二獅嶺水廠分水口,在27+129樁號處沿沐溪工業(yè)園規(guī)劃道路布置,在36+040交叉口處沿G323國道西側(cè)布置,從37+287樁號處穿越G323國道,向東北方向延伸,在37+948樁號處進入擴建西河二水廠配水池,輸水管道全長約37.95km。

本工程交水點為水廠和某市西河二水廠(擴建)、二獅嶺水廠(新建)。設(shè)計水平年2030年新(擴)建水廠總規(guī)模為50萬m3/d,擬分兩期建設(shè):一期工程新增水廠規(guī)模25萬m3/d,設(shè)計水平年2020年,在西河二水廠基礎(chǔ)上擴建,地面高程為119m,配水井水面高程為128m;二期工程新建水廠規(guī)模為25萬m3/d,在二獅嶺新建水廠,地面高程為130～135m,配水井水面高程為138m。

采用沐溪水庫水作為備用水源,西河二水廠(擴建)采用武江水作為備用水源。

3.2 輸水管線選擇

跨南水河段(K0+367～0+526)工程管線在出南源電站后向東南方向跨越南水河。南水河底高程約84.7～87.5m,兩岸地面高程93.5～96m;跨河段樁號K0+367～0+526,長約159m。圍堰分期導流,干地埋管施工過河方案。圍堰采用均質(zhì)土圍堰,基坑內(nèi)放坡開挖至輸水管道建基面,鋼管外包混凝土。

3.3 輸水方式比選

考慮到南水水庫水頭較高,從節(jié)能和方便系統(tǒng)管理角度考慮。選用重力式輸水的方式,在南水電站引水隧洞4#施工支洞處、南水電站引水管上游通過擴大原有管道并設(shè)置分水岔管作為取水口,接1DN2000管道,沿G323國道布置,在26+000樁號到達二獅嶺水廠分水口,二獅嶺水廠配水池水面標高138m。26+000樁號之后主管管徑縮小,采用1DN1800管道,沿G323國道布置,在27+129樁號處沿沐溪工業(yè)園規(guī)劃道路布置,在36+040交叉口處沿G323國道西側(cè)布置,從37+287樁號處穿越G323國道,向東北方向延伸,在37+948樁號處進入擴建西河二水廠配水池,配水池水面標高128m。

該方案管道工作壓力為1.8MPa。該方案庫水位位于發(fā)電極限水位194.744m時,到達二獅嶺水廠水頭為140.47m,到達西河二水廠水頭為130.92m,滿足水廠自流供水要求。

3.4 輸水管道條數(shù)的選擇

在南水電站引水隧洞4#施工支洞處、南源電站引水管上游通過擴大原有管道并設(shè)置分水岔管作為取水口,接1DN2000管道,沿G323國道布置,在26+000樁號到達二獅嶺水廠分水口,二獅嶺水廠配水池水面標高138m[3]。26+000樁號之后主管管徑縮小,采用1DN1800管道,沿G323國道布置,在27+129樁號處沿沐溪工業(yè)園規(guī)劃道路布置,在36+040交叉口處沿G323國道西側(cè)布置,從37+287樁號處穿越G323國道,向東北方向延伸,在37+948樁號處進入擴建西河二水廠配水池,配水池水面標高128m。管道工作壓力為1.8MPa。

二獅嶺水廠(新建)采用沐溪水庫水作為備用水源,西河二水廠(擴建)采用武江水作為備用水源。當原水管道檢修或出現(xiàn)故障時,啟用備用水源。

3.5 管材管徑選擇

取水頭部不建電站,本工程埋管工作壓力在1.0～1.8MPa左右,為保證供水的安全性,主管材采用球墨鑄鐵管(DIP),在過河、過路或明敷等地段管材采用SP或SP外包混凝土[4]。

因本工程采用重力式自流輸水方式,不存在泵站加壓,最經(jīng)濟管徑即滿足南水水庫不同水位的水力計算即可,根據(jù)水力計算0+000～0+291樁號段采用1DN2400SP,0+291～26+000樁號段采用1DN2000SP(DIP),26+000～37+948樁號段采用1DN1800DIP(SP)。

4 輸水管道布置及結(jié)構(gòu)型式

4.1 陸地埋管

4#施工支洞取水口～二獅嶺分水口段埋管,管線長為26.00km,主管材為球墨鑄鐵管,型號為K9級DN2000DIP(GB/T13295-2008),管道工作壓力為1.8MPa。明敷、跨河、穿公路、彎頭、三通等位置管材采用鋼管。二獅嶺分水口～擴建西河二水廠段埋管,管線長為11.948km,主管材為球墨鑄鐵管,型號為K9級DN1800DIP(GB/T13295-2008),管道工作壓力為1.8MPa。穿公路、彎頭、三通位置管材采用鋼管。根據(jù)地質(zhì)報告,輸水線路沿線大部分位于盆地中,局部于山坡中穿過。管底地基大多為沖積粉質(zhì)黏土(2-1)層、砂卵礫石(2-2)層、坡積粉質(zhì)黏土(3)層或全風化帶(Ⅴ)等土層。除樁號14+100～14+580、16+865～16+945、23+800～23+970等段為強風化帶或弱風化帶以外,樁號4+950、10+940、11+930、24+100、33+480等處第四系覆蓋層較薄,弱風化帶埋藏較淺,管底為弱風化灰?guī)r,(2-1)層局部呈軟塑狀,采用墊層處理[5]。

輸水管道施工開挖的臨時邊坡多為人工填土、沖積粉質(zhì)黏土、砂卵礫石、坡積粉質(zhì)黏土或全風化帶組成的土質(zhì)邊坡,施工時采用坡面防護,避免水流沖刷,坡頂不宜堆載。輸水線路部分地段位于道路一側(cè),交通繁忙、周邊建筑物較密集,不宜進行放坡開挖,采取臨時基坑支護措施。部分地段現(xiàn)有地下管線復雜,在施工過程中需調(diào)查清楚。輸水線路沿線地下水位埋藏較淺,局部位于開挖深度范圍內(nèi),開挖時采用基坑排水。對于管道天然基礎(chǔ)淤泥層厚度≤2.0m處采用中粗砂換填處理,以滿足承載力要求。

4.2 穿G4京港澳高速

輸水管線與G4京港澳高速交叉一次,樁號為K26+000～K26+095,因不允許大開挖,故采用頂管方案,頂DN2400×30SP后內(nèi)套DN1800×20SP,頂管段長度為82.516m。

4.3 穿G323國道

輸水管線合計8次與G323國道交叉,因不允許大開挖,且G323國道一側(cè)均存在國防光纜,故采用頂管方案。對于穿越G323國道,按照交通行業(yè)規(guī)范,必須采用套管內(nèi)鋪管型式,兩端分別設(shè)矩形出發(fā)井和接收井,采用連續(xù)墻形式。

4.4 過河段埋管

本工程管線在出南源電站之后向東偏南方向跨越南水河,跨河段樁號K0+367～0+526,跨河段管道長159m,南水河底高程約84.7～87.5m,兩岸地面高程93.5m。根據(jù)地質(zhì)報告:附近河流較直順,近南北走向,河寬60～70m。根據(jù)鉆孔資料,河床主要分布砂卵礫石層,厚度3～5m,中密～密實。其下為弱風化粉砂巖夾石英砂巖。輸水管道采用埋管過河方案。

5 輸水管線監(jiān)測設(shè)計

在輸水管線沿線根據(jù)地形地質(zhì)條件,分別在3#鎮(zhèn)墩、鋼管外包混凝土段、土釘支護段及鋼板樁支護段共布置13個監(jiān)測斷面,主要監(jiān)測項目有變形監(jiān)測、滲流監(jiān)測、內(nèi)水壓力監(jiān)測、土壓力監(jiān)測、支護應(yīng)力監(jiān)測、鋼筋應(yīng)力監(jiān)測和鋼板應(yīng)力監(jiān)測。

變形監(jiān)測:在輸水管線K0+750樁號設(shè)置1個監(jiān)測斷面,在基坑兩側(cè)各布置1根監(jiān)測斜管和1個垂直位移測點,監(jiān)測基坑開挖對周圍建筑物及路面的影響,在變形影響區(qū)域外設(shè)置基準點組。

地下水位監(jiān)測:在輸水管線K0+750樁號設(shè)置1個監(jiān)測斷面,在測斜管旁布置1個測壓管,監(jiān)測基坑開挖對地下水位的影響[6]。

內(nèi)水壓力監(jiān)測:在輸水管道沿程檢修閥及位置布置壓力傳感器和壓力表,共布置9個測點,用于監(jiān)測不同部位管道內(nèi)水壓力狀態(tài);監(jiān)測儀器電纜引至就近檢修閥內(nèi)的MCU,采集數(shù)據(jù)通過GPRS模塊傳輸至工程管理中心[7]。

土壓力監(jiān)測:在土釘支護段及鋼板樁支護段監(jiān)測斷面頂部及兩側(cè)分別布置1支土壓力計,對管頂及側(cè)向土壓力進行監(jiān)測;監(jiān)測儀器電纜引至就近檢修閥內(nèi)的MCU,采集數(shù)據(jù)通過GPRS模塊傳輸至工程管理中心。

6 結(jié)論與展望

文章以通過建設(shè)南水水庫供水配套設(shè)施工程,后期再輔助二期水廠建設(shè),增強的供水保障能力,從南水水庫取水的最大規(guī)模為57萬m3/d,遠期設(shè)計水平年2030年某市區(qū)從南水水庫取水流量規(guī)模為6.60m3/s。得到主要結(jié)論如下:

1)本工程設(shè)計水平年2030年某市區(qū)供水量約為14301萬m3,日平均供水量為39.2萬m3/d。供水范圍內(nèi)2030年平均日用水量為7.19萬m3,年供水量為2624萬m3。因此本工程2030年總的設(shè)計供水量為16925萬m3,日平均供水量為46.4萬m3/d。

2)取水量根據(jù)供水量以及水廠自用水量、管道損失水量計算。水廠自用水量比例取4%,管道損失水量的比例取10%;設(shè)計水平年2030年本工程從南水水庫取水的水量為19295萬m3。新建南水水庫到韶關(guān)市區(qū)的輸水主管、配水主管后,從南水水庫取水,提供城,供水方式為重力式自流輸水。