冯家山取水口至文家山站供水管线布设方案分析论证

2016-05-15何向红文永勤

陕西水利 2016年3期

关键词：文家取水口干渠

何向红文永勤

（1.凤翔县横水河灌溉管理处陕西凤翔721400；2.凤翔县水利局陕西凤翔721400）

冯家山取水口至文家山站供水管线布设方案分析论证

何向红1文永勤2

（1.凤翔县横水河灌溉管理处陕西凤翔721400；2.凤翔县水利局陕西凤翔721400）

供水工程管线设计方案的拟定是取决工程设计成败和工程建设实效的重要环节。作者通过参与对冯家山取水口至文家山站拟选的三个供水方案的分析比较，提出了如何利用工程投资、供水安全、施工难易性和后期运行管理的便利性等因素选择最优设计方案的办法，为今后同类项目的方案选择提供了借鉴意见。

供水工程；方案拟定；论证分析

1 项目概况

取水口位于宝鸡市冯家山水库干渠右岸，冯家山水库向宝鸡市供水取水口出口。供水管线主要沿干渠右岸平行布设，在凤翔县供热管线与冯家山干渠交叉前段穿越干渠，爬升至冯家山干渠东北0.98km丘陵台塬的文家山泵站。该段地处关中平原西部末端，与千陇丘陵山峦交汇处，沟壑与冯家山干渠和供水管线正交，山体实方与干渠填方共存，可施工断面狭窄，多在50m～10m之间，期间长青能化公司DN500双管供水管线与冯家山干渠和该项目供水管线并驾齐驱布设，区段大小沟壑四处，填方段四处，地形地貌复杂，在过冯家山干渠后，沿干渠左岸丘陵台田阶地爬升至文家山泵站。取水口与文家山泵站高差123.8m，区段有冯家山干渠顶巡查道路和上山段生产道路。

2 方案拟定

在进行了该段线路详细查勘后，根据工程处地形地貌条件，拟定了三种供水方案，既方案一泵站压力供水方案；方案二自流与压力联合供水方案；方案三两级泵站压力供水方案。三种方案均采用地埋或顶管和倒虹与管桥结合布线方案敷设，管线布设方案中根据供水方案的不同，分别采取不同形式的布设方案。

2.1 泵站压力供水方案（方案一）

建设内容包括在冯家山水库向宝鸡市取水口处并排新建一级抽水站，一级抽水站至文家山泵站采用DN400压力球墨铸铁管，压力2.0MPa，管线布设方案拟定三种，线路①为热力管线前2070m，热力管线后压力管线1310m，其中过沟填方段新建跨沟管桥200m，共2座，跨沟倒虹160m，共2座，新建过干渠管桥24m，1座，其余实方段机械开挖直埋；线路②为热力管线前2070m，热力管线后压力管线1310m，其中过沟填方段新建跨沟管桥200m，共2座，跨沟倒虹40m，共1座，定向钻施工100m，1处，其余实方段机械开挖直埋；线路③为热力管线前2070m，热力管线后压力管线1310m，其中过沟填方段新建跨沟管桥280m，共3座，跨沟倒虹40m，共1座，新建过干渠管桥22m，1座，其余实方段机械开挖直埋。

2.2 自流加压力联合供水方案（方案二）

拟定将一级站建在冯家山向宝鸡市供水取水口与文家山泵站中间的支沟内，一级泵站与取水口之间采用重力自流供水，一级站至文家山泵站采用DN400压力管道供水，一级泵站至取水口采用DN400球墨铸铁管供水。管线布设采用直埋与定向钻和管桥以及倒虹相结合的方案布设。

建设内容包括一级泵站前管线2390m，一级站至文家山泵站1340m。管线布设采用一种方案，既过沟填方段新建跨沟管桥200m，共2座，跨沟倒虹40m，共1座，定向钻施工100m，1处，其余实方段机械开挖直埋。

2.3 两级泵站压力供水方案（方案三）

该方案在取水口宝鸡市供水厂内或一侧设置低扬程一级管道泵站，将新增二级泵站建在取水口至文家山泵站中间，新增二级泵站高程高于干渠顶3.0m～5.0m，再抽水提升至文家山泵站，利用三级抽水提升。

建设内容包括新增二级泵站前1.0MPa压力管线2150m，采用DN400球墨铸铁管，新增二级泵站后为压力2.0MPa，压力管道1230m，采用DN400钢管，管线布设采用一种方案。过沟填方段新建跨沟管桥200m，共2座，跨沟倒虹160m共2座，过干渠管桥24m，1处，新建1处管道泵站，其余实方段机械开挖直埋。

2.1 感官审评与传统工艺制作的黄观音红茶做对比，感官审评结果见表1。由表1可知，新工艺黄观音红茶的综合评分(93.2分)高于传统工艺黄观音红茶(90.4分)，具体表现在外形油润、花香持久、滋味醇和爽口、叶底光泽无花杂。

3 方案比选

根据拟定的供水方案和管线布设方案，主要采用工程投资、供水安全、施工难易性和后期运行管理的便利性等四个指标进行了比选。

3.1 泵站压力供水方案

（1）水泵选型的确定

一级泵站位置处于宝鸡市供水取水口一侧，与宝鸡市取水口并排建设，管道选用DN400球墨铸铁管，管道设计压力2.0MPa，管道设计水力坡降为0.0025.一级泵站至文家山泵站管线长3700m，沿干渠右岸布设，基本位于渠顶路与长青能化输水管线之间的平台上，管线为地埋方案，管顶以上覆土不小于1.2m。

一级泵站地面高程为692.20m，泵站进水池低水位为687.00m，一级泵站水泵净扬程为127m，输水管线水头损失为3700m× 0.0025=9.25m，泵站站内水头损失为2.0m，安全水头3.0m，水泵总扬程为127m+9.25m+2m+3m =141.25m，水泵选型为KQSN200-N4/360，电机功率为160kW，设计流量为0.05m3/s（180m3/h）。

（2）管线方案

由于文家山泵站位于干渠左岸，取水口至文家山泵站需要跨越或穿越干渠，同时，输水管线跨越干渠前后要跨或穿越沟道，按照拟定的三种线路布设方案，进行投资估算比较,见表1。

表1 线路方案投资比较一览表

依据投资估算，线路3方案投资最大，沿线交叉建筑多，跨沟管桥比线路2、线路1长80m；线路2方案投资最小，但需采用定向钻施工穿越冯家山干渠底，长度100m，工程量小，施工单位难以寻找，且定向钻穿越干渠影响渠道安全，需征得冯家山管理局同意，协调力度大；线路1方案投资居中，跨沟管桥长度短，施工容易，且不影响干渠，协调工作量小。

经分析比较，泵站压力供水方案，泵站水泵选型在通用水泵系列，水泵运行工况经济可行，线路1方案虽投资居中，但施工难易程度、后期运行检修和供水安全容易保证，是较优方案，缺点是投资不是最低。3.2自流加压力联合供水方案

本方案将一级泵站建在取水口至文家山泵站中间的支沟内，线路布设与方案一的线路2方案相同，一级泵站前管线长2390m，一级泵站至文家山泵站管线长1340m。一级泵站的地面高程为681.00m，低于取水口水池底687.00m，有自流条件，一级泵站至文家山泵站为压力供水。

（1）水泵选型

一级泵站地面高程为681.00m，泵站进水池低水位为679.00m，一级泵站水泵净扬程为135m，输水管线水头损失为1340m× 0.0025=3.35m，泵站站内水头损失为2.0m，安全水头3.0m，水泵总扬程为135m+3.25m+2m +3m=143.35m，水泵选型为KQSN200-N4/360，电机功率为160kW，设计流量为0.05m3/s（180m3/h）。

（2）自流管线设计

取水口至一级泵站为自流供水，地面高差为7.0m，管道最浅埋深为5.0m，最大埋深为12.5m，开挖埋设管道不经济，考虑采用定向钻施工。经管道水力计算，选用DN450PE管。管道设计水力坡降0.002，水头损失5.0m，自流富裕水头仅2.0m。经估算，该方案总投资560.12万元。

经分析，该方案水泵选型同方案一，泵站水泵选型在通用水泵系列，水泵运行工况经济可行。线路选择方案一中的线路2方案，优点是一级站前为自流重力输水，减少了工程总体投资。缺点一是一级站位置处在沟道内，对泵站在防汛安全方面不利，后期运行安全风险大。二是一级泵站前重力输水富裕水头仅2.0m，对一级泵站水泵安全运行不利，保障供水存在隐患，三是施工难度大，施工协调难。

3.3 两级泵站压力供水方案

该方案在宝鸡市取水口厂内或出口旁通管设置低扬程管道泵，在距取水口2150m冯干渠左岸距干渠高程3.0m～5.0m处新增二级抽水站，再由新增二级站抽水至文家山泵站。

表2 方案分析对比表

（1）水泵选型

泵站后压力管道设计为DN400钢管，压力为2.0Mpa。新增二级站地面高程701.00m，泵站进水池低水位为697.20m，新增二级站至文家山泵站净扬程113m，输水管线水头损失1230m×0.0025=3.08m，泵站内水头损失2.0m，安全水头3.0m，水泵总扬程113m+3.08m+2.0m+3.0m=121.08m，水泵选型为KQSN200-N4/360，电机功率160kW,设计流量0.05m3/s（180m3/h)。

（2）新增管道泵设计

宝鸡市取水口地面高程687.00m，管道泵装置在进水池管道低水位679.00m处，需要将取水口出水提升至新增二级站进水池低水位696.20m处，需增加流量在0.02m3/s，扬程在20m范围能的管道泵，通过管道泵加压至新增二级泵站，管道为压力1.0Mpa的DN400球墨铸铁管。

新增二级泵站至文家山泵站为压力2.0Mpa的DN400钢管供水。经估算，该方案总体投资为653.05万元。

经过分析，该方案优点是新增二级站位置利于防汛安全。缺点是包含文家山泵站已形成三级抽水，泵站多，运行成本大，后期维护投入较大，且方案工程总体投资最大。

4 分析确定

经过三种供水方案和管线布设方案比选，形成了分析对比表（见表2）。

根据工程方案分析对比表，泵站压力供水方案为最优方案，管线布设采用过沟填方段新建跨沟管桥200m，共2座，跨沟倒虹160m，共2座，新建过干渠管桥24m，1座，其余实方段机械开挖直埋，该方案也为最优。均满足了投资适中，总投资介于三种供水方案之间；施工难度小，管桥与倒虹结合设计，长度最短；供水安全保证率高，由于是两级供水，泵站之间抽水协调一致；施工难度小，无顶管施工方案，管道埋深较浅；利于建后的运行管理维护，供水泵站位置均在防汛安全范围之内，同时便于泵站维护和管道检修。