宁武供水工程可研设计中的取水方案比选

2012-06-13张力鹏

科学之友 2012年1期

张力鹏

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024）

1 工程概况

宁武供水工程是山西省宁武县工业及城市生活用水的引水工程，分别为：潞宁煤化工有限公司供水，供水流量为0.44m3/s；中电投宁武坑口电厂和同煤北辛窑矿井供水，供水流量为0.17m3/s；华润宁武煤矸石电厂供水，供水流量为0.05m3/s；宁武县城供水，供水流量为0.18m3/s。

宁武供水线路主要建筑物包括龙泉水库进水线路、旁通线路、供水线路及龙泉水库。

2 取水方案研究

宁武供水工程的取水水源——山西省万家寨引黄工程南干线，是山西省万家寨引黄工程的重要组成部分，从万家寨水库取水，经总干线到达南干线。

南干线以隧洞或埋涵输水方式从宁武县附近通过，比较理想的取水口位置有两处，分别为小狗儿涧支洞和周家堡支洞，需要进行方案比较。

由于万家寨水库每年8、9月份降低水位排沙不宜引水，引水时段为每年的10月至翌年7月，引水期为10个月，因此需要设置调蓄水库。

本工程是向宁武县提供工业用水和城市生活用水，年供水量2 520万m3，其中，城市供水545万m3，工业供水1 975万m3。工业供水包括潞宁煤化工项目1 329万m3，中电投坑口电厂项目348万m3，同煤北辛窑矿井建设项目138万m3，华润宁武煤矸石电厂160万m3。

由于工业供水对象均为用水大户，因此采用直接送至各用水点的供水方式，各供水点的位置见表1。

表1 用水户分布情况表

在进行《万家寨引黄南干忻州供水工程规划报告》编制时，各供水点的位置尚未确定，因此，该报告按距宁武县城最近的原则确定取水口位置为周家堡支洞，对应的调蓄水库为李家庄库址。该库址位于李家庄村附近，在沟口筑坝成库，坝体总长约470m左右，库容按照两个月的调节水量再加死库容确定，总库容为550万m3，库水位为1 490m，最大坝高为35m。

目前，各供水点大致位置已经确定，因此本次可研设计中，根据各供水点位置并结合调蓄水库条件，提出了单水源和双水源两个方案进行比较。

2.1 单水源方案（方案一）

根据各供水点位置和调蓄水库条件，小狗儿涧支洞具备作为单一水源的条件。

本方案从小狗儿涧支洞取水，经交通洞、小狗儿涧支洞至支洞出口，支洞出口附近兴建龙泉水库作为本工程的调蓄水库，支洞出口至调蓄水库以1.44 km管道相接。

龙泉水库位于小狗儿涧村北，高程关系、库容条件、地形和地质条件均较为适宜。按调蓄库容需要和满足向各用水户自流供水的要求（沿线各供水点高程范围为1 360～1 390m），龙泉水库正常蓄水位确定为1 450m，总库容400万m3，坝型为碾压均质土坝，由于库区出露灰岩，根据地质建议库盆采用复合土工膜全库盆防渗。

输水管线从龙泉水库出水口起开始，经过大水口村，后折向东经过马家梁村、阳方口镇，后沿恢河向南，途经石咀村、东麻峪寨、马家湾、新建村到宁武县城北部附近，末端设置事故调节池，沿线设置3条分水支线及调节池为各主要用水户供水，供水干管长19.7 km，支管长5.9 km，干管管线沿省道崞五线或恢河岸边铺设。

2.2 双水源方案（方案二）

分别从小狗儿涧支洞和周家堡支洞取水，向各供水户供水。

小狗儿涧支洞取水点的布置在龙泉水库前同方案一，本水源仅负责向潞宁工业园区供水。龙泉水库正常蓄水位1 450m，调节库容210万m3，供水线路从龙泉水库起，至大水口村东北部的潞宁工业园区止，供水管线长5.55 km，沿省道崞五线铺设。

周家堡支洞取水点负责向其余供水点供水。在周家堡支洞南干线桩号CH71+470.854附近建造地下分水闸室一座，闸室布置在原周家堡支洞与主洞衔接处的人工钻爆法施工洞段下游，将7#洞主洞段向下扩挖后形成底部格栅引水式进水池，通过一段1.3km无压隧洞将引黄水自流引出。

《万家寨引黄南干忻州供水工程规划报告》中提出的本引水口的调蓄水库为李家庄库址。该库址地质条件较差，下游沟口有朔黄铁路（填方路段）通过。本次设计时该水源只负责宁武县的部分供水，所需调蓄库容减少，因此，在李家庄坝址南侧邻谷新选了大洼沟库址，该库址库容条件虽差，但总库容可达到220万m3，能够满足调蓄需要，且地质、地形条件较李家庄好。除这两处库址外，附近没有适宜的库址。

大洼沟水库正常蓄水位为1 492m，总库容190万m3，采用面板堆石坝，垂直防渗。供水线路从大洼沟水库开始，基本沿恢河布置，经过宁武县城、新建村、马家湾村、石湖河、东麻峪寨至石咀村结束。供水管线长20.56 km，沿途设置宁武分水口、在石湖河设置华润分水口、至石咀为中电投宁武坑口电厂和同煤北辛窑矿井供水，均为自流输水。

3 方案比较

两方案均可满足工程需要，需要从取水方式、线路布置、管线压力等级、调蓄水库、施工条件、管理运行等方面进行全面比较。

（1）取水方式：方案一从引黄南干线7#隧洞小狗儿涧支洞一处取水，方案二从引黄南干线7#隧洞小狗儿涧支洞处和周家堡支洞两处取水。小狗儿涧支洞处主洞底高程高于支洞出口洞底高程，可利用小狗儿涧支洞布置输水管线自流出洞，而周家堡支洞处主洞底高程远低于支洞出口洞底高程，无法利用周家堡支洞布置管线，需要通过1.3 km隧洞与引黄南干线7#隧洞主洞相接才能实现自流引水。方案一明显较优。

（2）线路布置：方案一为单水源布置，线路从取水口开始，至龙泉水库，后沿崞五线至阳方口，再沿恢河向南至宁武县城附近，干线长22.5 km，支线长5.9 km，总长度为28.4 km。方案二为双水源布置，分为龙泉供水线路和大洼沟供水线路。小狗儿涧线路起点和线路布置同方案一，只是终点为大水口村西北部的潞宁工业园区，线路长8.4 km。大洼沟供水线路从周家堡隧洞出口开始后沿恢河右岸布置，向北经过宁武县城、新建村、马家湾村、石湖河、东麻峪寨至石咀村结束，干线长20.56 km，支线长1.4 km，两条线路总长度合计为30.33 km，其中，管线长度29.03 km，隧洞长1.3 km。两方案线路比较，方案一总长度小，方案一总体管径要大于方案二，但方案二包括1.3 km隧洞，方案一稍优。

（3）管线压力等级：方案一线路压力等级为根据龙泉水库正常蓄水位和管线埋设高程计算，最大工作压力为3.1MPa。方案二中，龙泉供水线路最大工作压力为0.8MPa；大洼沟供水线路压力等级根据大洼沟水库正常蓄水位和管线埋设高程计算，最大工作压力为2.8MPa。方案二稍优。

（4）调蓄水库：方案一为所有用户供水，只需设置一座调蓄水库（龙泉水库），调蓄库容为400万m3；方案二需要设置两座调蓄水库。在总库容基本相同、建库条件允许的情况下，兴建一座水库投资较低，因此方案一明显较优。

（5）施工条件：引黄南干线7#洞小狗儿涧支洞断面为马蹄型，具备洞内开挖管槽的条件，具备施工方便、节省投资的优点。方案一明显优于方案二。

（6）方案一利用已建的小狗儿涧支洞，可作为以后管理运行的交通通道使用且距离调蓄水库较近，可结合调蓄水库设置供电、管理系统，既不产生新的征地范围，又便于统一管理。也明显优于方案二。

综上所述，方案一投资较低、施工简单、便于管理，因此推荐方案一。