泸州纳西区清溪河—马庙水库—野鹿溪河水系连通工程中关于调水方案的探究

(1.中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300222; 2.杭州水利水电勘测设计院有限公司唐山分公司，河北 唐山 063000)

随着当前社会经济的快速发展，以及各类用水行业规模的不断扩大，地区性缺水问题日益严重。且由于天然降水时空不均，造成不同流域间的水量丰沛与紧缺差距大，缺水地区的经济社会发展、生态环境以及居民生活均受水资源的制约。水资源问题已经成为制约人类21世纪生存与可持续发展的瓶颈因素，水资源分布不均匀性与人类社会需水不均衡性的客观存在使得调水成为必然，采用跨流域、跨地区调水的方法，重新分配水资源，是缓和乃至解决地区缺水问题的迫切需要。在调水工程设计中，输水方式与线路的选择，对工程建设难度以及投资的影响较大，以此，对其进行方案比选也是十分必要的。

1 项目介绍

本案例工程位于四川省泸州市纳溪区，涉及野鹿溪河、清溪河两条河流。为了保证马庙水库下游河道——野鹿溪河生态用水及灌溉用水需求，实施了自清溪河至马庙水库的补水工程。此引水工程取水口位于清溪河象鼻嘴处，终点为马庙水库学堂沟支沟(野鹿溪河上游)，调水管道全长约6km，年均共计从清溪河引入毛水量600万m3，铺设1条DN600输水管道，引水流量约0.231m3/s。管线于天堂村附近山脊高位处建调节水池1座。

2 输水方式选择

输水方式可分为重力流输水和加压输水两大类，而根据线路与地面线关系，可分为地下式(暗渠、管道、隧洞)和地表式(明渠)。明渠及暗渠输水一般为重力流输水，而管道输水、隧洞输水一般为有压输水。采用压力管道输水还是明渠重力流输水，则应根据输水线路的水头线情况、水源安全情况、灾害的影响、投资经济性以及施工条件等因素综合确定。当输水线路水头线为正时，可采用明渠或暗渠(管)等重力流输水；当输水线路地形复杂、起伏大且水头线为负时，一般采用加压管道输水方式。

各种输水方式有其不同的优缺点及适用性。明渠输水存在渗漏量大、自然蒸发耗损量大以及跑冒现象严重，其输水量不易保证；输水过程中，水质易受到污染；渠道断面往往较大，造成永久性占地多；受地形地质条件影响大等问题。隧洞与渠道相比，可缩短输水路线，避开沿线地表不利的地形及地质条件，同时隧洞安全保障性也较高；但隧洞对地质条件、施工技术及机械化的要求较高，工期较长，投资较大。而管道输水具有蒸发渗漏损失小、占地少、水源水质安全度高，且施工方便、后期运行管理便捷等优点。

案例项目特点是：工程项目地处川南盆地边缘，地形复杂，管道沿线高低起伏较大；调水起点高程低而终点高程高。根据测量成果，起点取水口设计高程约376m(采用1985年国家高程基准，下同)，终点受水处高程为437.5m，高程差为61.5m。管线中间还需翻越山脊制高点(高程约490m)，输水线路水头线为负，无法采用重力流输水，因此必须建设加压泵站，采用压力管道进行输水。所以项目最终确定的输水方式为加压管道输水，其施工便捷，安全有保障，且符合国家大力倡导节能降耗、建设节水型社会的要求。

此外考虑明铺管道抗破坏能力差，容易被人为干扰及破坏，运行不安全；对周边环境影响大，且涉及永久占地问题；钢管常年暴露在外易受腐蚀破坏，所以在管道敷设方式上，采用开挖埋管的敷设方式。

3 输水线路比选

输水线路选择原则，应尽量使输水线路短且平顺；线路纵向起伏小，工程量少，造价经济；尽可能避开村庄房屋，少占用农田；宜沿道路定线，施工维护方便且运行安全可靠；并应结合输水方式，地质、交通等综合条件，多方案比选后确定线路。案例中供水线路进行了南、北两条线路可行性方案的比选， 两线路沿线走向、总长度基本相差不大，总长共计约6km，北线线路翻越山脊点高程为485m，南线线路山脊点高程为490m，两条线路管线走向见图1，两方案布置及纵断见图2和图3。绿线为南线方案，洋红线为北线方案。

图1 南、北两方案管线走向示意图

图2 北线方案布置及管线纵断

图3 南线方案布置及管线纵断

根据查勘沿线地形地貌条件可知，管道沿线基本为多山丘陵地带，上述两条线路均需翻越最高处山脊，纵断面呈现两头低中间高的趋势。虽然北线最高点高程比南线略低约5m，但其对水泵选型无太大影响，且在山脊穿越方案中可忽略此差值；此外北线线路基本为山地，无施工道路，条件较差，估算工程征迁及工程直接费会增加约1000万元；从生态环保的角度看，北线需破坏山间林地较多，因此最终推荐南线方案。

4 山脊穿越方案

根据项目前期勘测成果，南线推荐方案于管道桩号2+300处翻越山脊分水岭，高程约490m，根据计算，取水泵站设计总扬程约为123m。在项目论证过程中，发现此扬程阶段，水泵配套的电机功率正好处于一分界段，不小于120m扬程的水泵功率较大。为降低水泵扬程，选择低一级功率的电机，从而减小后期运行费用，我们对穿越山脊方案进行优化比选，增加了隧洞方案、定向钻方案、沿等高线铺设方案和虹吸方案四个不同穿越方案的比选。

4.1 隧洞方案

本次工程地质条件基本为泥质粉砂岩。如采用有压隧洞，根据隧洞设计规范，最小隧洞直径约2m，与本工程供水规模不相符，明显偏大，经济上不合理；根据调查及勘测成果，采用隧洞穿越山脊方案，可避开山脊制高点，高程可降至470m左右，方案可行，且可将管线最高顶点高程由490m降至470m，降幅达20m。经查勘，推荐方案隧洞长度为200m。根据以往工程经验，打隧洞方案至少投资约500万元左右，比管线方案投资多增加300万元。隧洞穿越布置见图4。

图4 隧洞穿越布置

4.2 定向钻方案

定向钻方案基本与隧洞方案线路及高程参数一致，穿越山脊方式改为定向钻的方式。本次穿越采用DN600复合钢管，根据定向钻施工经验，定向钻费用约6000元/延米，本次定向钻方案总长共计约200m，总计造价120万元，费用较隧洞方案低约380万元，且施工快捷，对周边环境影响较小。

4.3 沿等高线铺设方案

根据调查，管线沿线最低抬升需达到470m高程左右，再沿等高线进行铺设，则需绕过低山丘陵，管道长度增加约2km，沿程水头损失加大，此方案最大高程下降约20m，但线路施工时无施工道路，施工难度加大，会增加施工占地及工程建设成本，按此方案投资估算需增加约900万元，虽然年运行费用减少了15万计算，但效益并不明显，因此沿等高线铺设并不经济适用。

4.4 虹吸方案

虹吸及倒虹吸是一种输水管型式，它是在渠道与道路、河流发生交叉或在渠道穿越山谷时经常采用的一种立交水工建筑物。虹吸管和倒虹吸管的输水原理相同，都是借助于上下游的水位差。虹吸在开始工作时需人为地制造管中的真空，且管的最高点距上容器的水面高度不得高于大气压支持的水柱高度，出水口比上容器的水面必须低。而本工程如果采用虹吸管方式穿越山脊的话，最多能将水泵扬程降低10m左右，且须在山脊两端同时修建高位水池，估算增加工程建设投资约400万元；此外管道运行时需专门管理和维护，因此本工程不推荐采用虹吸的方式穿越山脊最高点。

4.5 方案推荐

根据以上分析可知，南线定向钻穿越山脊方案较合理，投资少且后期运行费用低，因此项目最终确定采用南线定向钻穿越山脊方案。

5 结 语

本文通过对案例项目中输水方式选择、输水线路比选以及穿越山脊方案的优化等三方面论述，重在说明设计过程中方案比选的意义及重要性，以及它们对整个项目的工程建设难度、工程建设投资、后期运行维护及管理等各方面的影响。当然在设计过程中还会有其他影响因素，比如建设场地地质条件、输水管材、输水管径和输水管道条数等等，对比均需在设计中进行必要的比选，或通过严格计算来确定，本文对此不再详细论述，希望此文对类似工程能有一定的帮助和借鉴。