万家寨引黄南干线五寨引水工程设计

2016-04-10曹崇文

山西水利 2016年6期

关键词：孤山调蓄高程

曹崇文

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024）

万家寨引黄南干线五寨引水工程设计

曹崇文

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024）

通过对山西省万家寨引黄南干线五寨县引水工程整体规划，综合考虑引水线路、调蓄水库位置、坝型选择、供水方式、供水管道等，确定了五寨县引水工程设计方案。五寨县引水工程作为一项民生工程，对当地工农业发展，生态环境改善和经济社会发展具有重要的促进作用。

万家寨引黄南干线；引水工程；孤山调蓄水库

1 工程概况

万家寨引黄工程南干线是连接黄河、汾河的输水通道，是山西大水网第二纵汾河——涑水河线的骨干工程，设计供水量6.4亿m3，2002年通水到太原。万家寨引黄南干线于神池县城东经过，可利用引黄南干线工程供水的地理优势，解决五寨县水资源不足、供水保障低的问题。

2 工程规划

山西省万家寨引黄南干线五寨县引水工程规划概括为“一线，一库，四支线”。“一线”指从引黄南干线6号洞开始，经地下节制进水闸、3.7km长无压隧洞、分水闸、竖井、30km长、直径800mm的球墨铸铁管道至孤山调蓄水库的一条输水线路。“一库”指位于五寨县城以北，孤山村和南坪村之间的孤山调蓄水库。针对万家寨引黄枢纽八九两个月不引水的情况，进行水量调节。孤山调蓄水库正常蓄水位1450m，坝顶高程1452.3m，最大坝高15m，为一边靠山，三面围封的平原水库，采用土工膜全库盆防渗。“四支线”指孤山调蓄水库分水闸后设置分水阀室，分为生活、生态支线，北外环工业支线，三岔支线及李家坪灌区支线。其中，生活、生态支线负责五寨县的生活和生态用水；北外环工业支线负责向北外环工业园区供水；三岔支线负责向南坪灌区、胡会灌区、小河头灌区、三岔灌区、小河头和三岔堡工业园区供水；李家坪灌区支线负责向李家坪灌区供水。

3 方案比选

3.1 调蓄水库位置

由于万家寨水库每年八九两月降低水位排沙不宜引水，引水时段为每年的10月至第二年的7月，引水期10个月，且供水过程不均匀，因此需设调蓄水库。

3.1.1 分水口及各用水户高程

取水口引黄南干线6号洞水位1517.7m，五寨县自来水公司高程1420m，农业灌区李家坪灌溉区高程1410m，南坪灌溉区高程1430m，胡会灌溉区高程1380m，小河头灌溉区高程1360m，三岔灌溉区高程1300m，生态供水高程1430m，小河头工业园区高程1350m，三岔堡工业园区高程1300m。合理选择输水干管以控制水头损失，恰当选择调蓄水库正常蓄水位，对所有供水户实现自流供水。

3.1.2 地形条件

五寨县地形东南高西北低，县城东部和南部建库，蓄水位高程均在1520m以上，扬水入库，费用较高；县城西部建库输水距离较远，且不能实现自流入库。

在县城东北部的孤山村和南坪村之间洼地修建孤山水库，紧邻输水干线、公路和孤山新增农业灌区，高程1450m，除李家坪灌区外，其他供水用户均可实现自流，且交通便利。因此选择在孤山村与南坪村之间兴建调蓄水库，一边靠山，三边筑坝围封，土工膜全库盆防渗。此方案的缺点是由于李家坪灌区支线上的老牛坡村高程（1470m）较高，需要设置泵站为灌区供水，提水工作扬程39m，装机75kW。

在县城东北部的老牛村北面的洼地修建老牛坡水库，高程1476m，可向各用户自流供水，但山势较陡，开挖工程量较大。

综合比较，孤山水库方案明显优于老牛坡水库，本次设计选取孤山水库。

3.2 调蓄水库坝型

孤山调蓄水库位于山前冲积扇区，水库周边土料丰富，但石料相对缺少；库区下部的石灰岩为强透水层，因此需要对全库盆进行防渗，水库水平全防渗采用较多的材料为土工膜。

土坝施工简单，对坝基及坝肩地质条件要求较低，尤其是土坝采用土工膜防渗体的技术已相当成熟。碾压均质土坝坝型无论从经济上还是与库区全防渗土工膜接合的技术上均具有明显优势，因此，孤山调蓄水库最后决定采用土工膜全库盆防渗的碾压均质土坝。

3.3 供水方式

本工程供水对象为城乡生活生态用水和工农业用水，作为距离长、保证率高的输水工程，对抗外界不利因素性能、耐久性能等方面的要求较高。

管道布置的优点：除泵站、调节阀室等局部占地外，其他地段可覆土种植作物，大大减少占地面积，有利于环境保护；避免输水过程中的蒸发渗漏，输水损失小；不存在冬季和早春结冰情况，有利于保证常年正常供水；当输水线路与河流、道路以及其他管线交叉时，采用管道处理方式要比渠道简单得多。缺点是：线路受地形影响较大；渠道线路长，施工质量控制难度大；渠道必须由专职人员管理，运行成本较高；开挖量大，占地多；蒸发渗漏大，输水损失大。

本工程输水管线地形为首尾高、中间低；孤山调蓄水库往李家坪灌区的供水线路首尾低、中间高，这两条线路均受地形条件限制，不适合修建渠道。

综合本工程线路较长、供水户较多且分散的特点，结合管道布置和渠道布置的优缺点，输水线路选择管道布置方式。

3.4 输水区间及设计流量

根据选定的供水方案，本工程供水线路包括孤山调蓄水库输水线路和孤山调蓄水库以下各供水支线，其中工业供水线路根据分水口情况划分又可为两个输水区间。通过孤山调蓄水库的调节，各出库供水支线采用重力流压力管道全年不间断输水方式；水库入库输水管线每年运行10个月，在满足向下游供水的同时，为孤山调蓄水库充库。

此外，按照有关规范的要求，城镇和工业供水工程管线的设计流量应按最高日供水量确定。考虑到本工程线路末端均设置有事故调节池，故管线按均匀供水设计。

根据本次设计水资源供需分析成果和万家寨枢纽调度运行方式，结合输水、水库、工程建筑物的任务、功能和线路检修的需要，确定五寨县输水供水各建筑物的设计流量。

3.5 管材选择

该工程输供水线路的重力流管道管径范围为250～850mm，公压范围0.5～1.5MPa。

根据输供水管线总体布置方案、沿线地形、地质条件及管道承压力等情况，结合工程重力流、小流量的供水特点，综合考虑目前国内输水管道管材使用情况的调查，本次设计选择了钢管、球墨铸铁管、预应力钢筒混凝土管以及聚乙烯管等4种管材进行比较。

钢管的优点是管材强度较高，耐压力高，施工敷设方便，适应性强，接口形式灵活，管道渗漏较少，单位管长重量较轻，适合用于地形复杂地段和穿越各种障碍。其缺点是价格相对较高，需对管道的内外壁进行防腐处理且处理难度较大，很少用于长距离输水。

球墨铸铁管的优点是使用年限长，管道承压能力较高，采用橡胶圈接口，柔性较好，对地基适应性较强；防腐处理简单，防腐能力较钢管强；有标准配件，适用于配件及支管较多的管段。对于中口径管道球墨铸铁管具有价格低的明显优势。其工作压力高、安全性能高，实际管道可能的爆裂压力是工作压力的3倍，一般用于1.6MPa以下的管道。

预应力钢筒混凝土管（PCCP）的特点是抗渗能力强，止水效果好，安装方便。缺点是适应地基变形能力差，对地基有较高的要求。对于直径800mm的管道，由于其内部砂浆面为离心施工工艺，导致管道糙率比大口径管道大，从而使沿程水头损失量加大。因此，PCCP适用于直径800mm以上的管道。

聚乙烯管（PE）具有综合造价低，耐腐蚀使用寿命长，连接方便，施工简单，冬季施工有保证的优点，而且对地形的适应性较强。

管道的高抗压性能直接关系到管网能否安全使用，并提供长期稳定的供水。本工程输水线路较长，基本沿公路及河道边埋设，管道内压较大，沿线地形条件复杂，多为路边或河滩地，对管道安全防护要求较高。经综合各管材的特性，直径500mm以上公压较高的供水管线采用球墨铸铁管，其余均采用PE管。