重力自流与加压供水方式在引水工程中的比选

沈丽妍

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

重力自流与加压供水方式在引水工程中的比选

沈丽妍

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

遵化市般若院水库至工业园区引水工程主要是为工业园区提供工业用水。依据工程规模、水源及引水线路，提出重力自流及泵站加压两种供水方案，并从经济指标、土地占用、动力资源、施工条件与建设周期等方面综合比选，确定最优供水方案，从而解决工业园区用水问题。

般若院水库；重力自流；泵站加压；综合比选；节约能源

1 工程背景［1］

遵化市工业园区位于遵化城区东部，地处京、津、唐、承、秦腹地核心位置，属于京津唐“一小时经济圈”范围。承唐高速、清东陵高速贯穿城市南北、东西，市区设有8个高速出口，西距北京158km，西南距天津（滨海新区）175km，南距唐山市区70km（曹妃甸港155km），北距承德175km，东南距秦皇岛150km，是唐山地区承接京津产业、资金、人才梯度推移的重要桥头堡，具有接受环渤海经济区辐射的优势。

随着遵化市工业园区的不断发展，园区内企业新建项目不断开工建设，特别是港陆公司节能项目煤气综合利用二期、三期、四期工程，回转窑替代白灰坚窑项目、清洁环保型全能量回收焦电一体化项目、冷轧项目等项目开工，用水量不断增大，当地水源已不能满足工业用水，严重制约着当地经济发展，必须研究新的供水方案。

2 工程规模

2.1 工业园区用水规模

根据工业园区年度用水计划，目前其需水量1750万m3，供水水源部分来自供水公司，部分为地下水。随着园区的发展，预计2020年需水量将不小于2000万m3。

2.2 来水量

根据2005年 《遵化热电厂二期工程2×300MW供热机组水资源论证报告》，般若院水库水库多年平均径流量3130万m3。不同水平年径流量如表1。

表1 不同保证率径流成果 单位：万m3

2.3 供需水量

为合理确定工程规模，分别采用典型年调节和长系列多年调节计算对水库可供水量进行分析。

2.3.1 典型年调节计算

根据典型年水库兴利调节计算结果，扣除不同保证率下水库蒸发渗漏损失量和管网损失量 （取来水量的10%）及水库下游沙河河道生态用水（多年平均径流量313万m3，均匀放水）后，不同水平年可供水量成果如表2。多年平均可供水量990万m3。

表2 不同水平年供水量成果

2.3.2 长系列调节计算

根据 《河北省唐山市般若院水库除险加固工程初步设计报告》，般若院水库1973～2001年28年间还原后的天然径流系列，扣除规划水平年2020年水库上游用水，使用长系列兴利调节计算可得，满足规划水平年工业园区2000万m3用水，水库设计保证率46%，多年平均可供工业园区水量1552万m3。

长系列调节计算，供水保证率与典型年相当，因水库有一定的多年调节作用，多年平均供水量要高于典型年计算结果。考虑长系列调节计算中所用系列为1973～2001年，未包含2002～2016年较多的枯水年，成果偏大，保守起见，兴利调节计算推荐采用典型年调节计算成果。

2.4 引水管道规模的确定

根据典型年兴利调节计算结果，水库95%保证率时的供水量只有99万m3，75%保证率时只有935万m3，50%保证率时为1984万m3，多年平均供水量990万m3，即水库枯水年和特枯水年水库的可供水量都远小于工业园区需水，平水年可基本满足用水要求。

鉴于引水工程不是工业园区的唯一水源，同时为了充分利用地表水，减少、控制地下水的开采，本工程的供水保证率适当降低，工程规模按工业园区需水量确定，年供水量2000万m3，管道设计流量0.69m3/s，供水保证率为50%。

3 工程线路

目前遵化市港陆公司蓄水池存蓄能力为3万m3，只能维持30h的正常供水，为提高工业园区内事故保障率和供水调度的灵活性，般若院水库至工业园区引水工程按铺设2根管道设计。

经对引水管线路多次踏勘，本工程引水管线自般若院水库放水洞开始，后沿沙河埋设管道，于上石河村和下石河村中间向东埋设至上港村西，入双城河后，继续向南敷设，穿越邦宽线至下港村，最后接入港陆钢铁公司工业园区。

4 工程管材

目前长距离输水工程大都在钢管、球墨铸铁管、预应力钢筋混凝土管、玻璃钢管等方面选择。

本工程敷设条件大多位于河道内，预应力钢筋混凝土管价格虽然较低，但该管材较重、运输困难，且周边地区生产企业较少，不予推荐；玻璃钢管对于管道埋设基础和回填材料要求较高，不予推荐；钢管具有管材重量轻、强度高、管道接口精度高、对各种地形和地质条件适应性强、运输及施工相对较容易的优点，球墨铸铁管具有优越的耐久性能、防腐性能、承压性能、抗震能力和密封性能，综合比选钢管和球墨铸铁管可作为本工程推荐管材。

本工程引水管线大部分沿沙河和双城河敷设，考虑钢材价格处于上涨趋势，通过钢管［2］和球墨铸铁管［3］比选计算，并考虑施工安装及工程进度的要求，确定取水头部连接管线及下石河村东北局部山包处管线采用给水涂塑钢管；其余管段均采用内自锚式球墨铸铁管。

5 工程方案

本工程难点在于对管线中途下石河村东北山包局部高点水压如何解决的问题。初步考虑重力自流和取水首端设置泵站加压2种方案。

5.1 重力自流

本方案自般若院水库放水洞开始，结合已建进水闸闸室，工程管线起始于已铺设的DN900输水管线，沿沙河、双城河敷设后，最后接至工业园区规划清水池内。取水头部最高设计水位101.66m，最低设计水位90.7m；钢厂水池水位62m，两端存在29～40m可利用水头，但管线中途下石河村东北山包局部高点地形高程94m。为充分利用起始端水位差，又考虑工程整体水压，采用谢才公式进行水力计算，重力引水管道采用DN800球墨铸铁管，管道压力等级选用1.0MPa。

工程采用DN800引水管道，由设计水压线可知，为保证中途下石河村东北山包局部高点管段0.02MPa的富裕水头，管道中心高程确定为81.0m，需对该处山体采取隧洞穿管或深开挖工程措施。

5.1.1 隧洞工程

根据水压线要求，管道中心高程81.0m，则设计隧洞洞底高程80m，隧洞长1000m，隧洞最大挖深12m。经对局部高点桩号K4+500～K4+780段地质情况进行勘察，该地段地面高程87.0～94.0m，地表为第四系全新统壤土覆盖，其下为红黏土、全风化花岗岩、强风化花岗片麻岩。针对隧洞沿线土壤性质、岩性条件进行分析，此地段成洞比较困难，不具备成洞的有利条件。

5.1.2 深开挖工程

桩号K4+500～K4+780段，勘探期间钻孔稳定地下水位高程76.3m，设计地下埋管高程81.0m，地下水位低于引水管道。埋管施工采用先开挖再回填的方法，开挖深度6～12m，临时开挖边坡1∶0.75～1∶1.0。高程87.0m设马道，左侧马道宽2.0m，右侧马道宽8.0m，兼作施工道路。临时边坡开挖过程中应保持干场作业。

经分析，对局部地形高点采用深开挖工程措施。

5.2 泵站加压

本方案自般若院水库放水洞开始，将已建DN900的输水管线延伸铺至取水首端设置的新建加压泵站进水池，原水经泵站加压后至工业园区规划清水池内。

当管材确定后，管径的选择直接影响工程投资和年电耗。对于加压管道，采用最小年值分析确定经济管径。管道输送相同流量时，管径越小一次性投资越小，但运行动力费用升高；管径越大一次性投资越大，但运行动力费用降低。输送流量0.69m3/s时，确定经济管径为DN700。

为保证中途下石河村东北山包不进行深开挖，即能满足引水管线有0.02MPa的富裕水头。通过水力计算，泵站扬程［5］18.50m。兼顾泵站适应流量变化和投资两方面因素，加压泵站选用S300-250-280型离心泵4台，3台工作、1台备用。加压泵站水泵性能参数如表3。

表3 加压泵站性能参数

5.3 工程方案比较

通过对两种方案基建投资和年经营费用进行经济评价，除了经济指标外，还包括土地占用、动力资源、施工条件与建设周期、原有设施利用程度等内容，从而确定工程最优方案。

5.3.1 重力自流方案

本方案优点为可充分利用般若院水库与工业园区清水池水位高差，实现重力自流，从而节省动力费用；缺点是为保证管线中途下石河村东北山包高点处有足够的水压，埋设该段的管道必须进行深开挖，最大处可达12m，造成土石方大量开挖，临时占地增多。

5.3.2 泵站加压方案

本方案优点为设置加压泵站提水后，管线不需进行深度开挖，即可保证中途下石河村东北山包高点处有足够水压。另外，通过设于泵站处的超越管线：当般若院水库达到正常蓄水位103.66m，能满足工业园区5.6万m3/d重力自流供水。缺点是设置加压泵站后，造成永久占地费用、泵站运行电费和管理维护费用增加，后期水价成本也较自流供水增高。

5.4 工程方案选择

重力自流方案总投资略高于泵站加压方案，但若采用泵站加压方案，需增加泵站的永久占地，后期也需增加对泵站的管理维护，工程运行电费和水价成本也较自流供水增高。综上所述工程采用重力自流方案。

6 结语

长距离引水工程方案选择中，保证给水管道输水畅通、运行可靠的前提下，经济合理的方案尤为重要。从节约能源的角度考虑，首先选取重力自流供水方案。

［1］河北省水利水电勘测设计研究院.般若院水库至工业园区引水工程初步设计报告［R］.2016.

［2］CECS141—2002，给水排水工程埋地钢管管道结构设计规程［S］.

［3］CECS142—2002，给水排水工程埋地铸铁管管道结构设计规程［S］.

［4］GB50013—2006，室外给水设计规范［S］.

［5］GB/T 50265—2010，泵站设计规范［S］.

（责任编辑：尹健婷）

The com parison and selection of gravity flow and pressurized water supply in the water diversion project

SHEN Li-yan
（HebeiResearch Institute of Investigation＆Design ofWater Conservancy＆Hydropower，Tianjin 300250，China）

Thewater diversion project from Banruoyuan Reservoir to Industrial Park in Zunhua city ismanly provide industrial water to the industrial park.According to the engineering scale，water source and water diversion lines，the author put forward two water supply schemes：gravity flow and pumping pressurized.Through comprehensive comparison，the optimal scheme of water supply is determined from economic indicators，land use，power resources，construction conditions and construction cycle，finally the problem of industrialwater is solved.

Banruoyuan Reservoir；gravity flow；pumping pressurized；comprehensive comparison；energy saving

TU991.3

B

：1672-9900（2017）04-0089-04

2017-05-08

沈丽妍（1979-），女（汉族），河北定州人，工程师，主要从事给水排水设计工作，（Tel）13821365437。