沙坝水库“两库一站”、“一管三用”创新设计

张 娜，黄春明

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵阳 550002)

0 前 言

水库是我国重要的水资源储备方式，水库调度直接影响着当地的国民经济效益，其防洪、供水的作用也对国民生计产生了举足轻重的作用。代家坝水库集雨面积较大，水资源丰沛，而代家坝水库所在流域水资源存在严重的供需差异，为提高水资源利用率，减少水资源浪费，多余弃水正好可以向相邻沙坝水库补水，以满足沙坝水库的供水需求，促进当地工业发展，提高人民生活质量。为此，研究如何将两座水库连接起来，又做到社会效益和经济效益同步提升，是决解思南县水资源优化调度的重中之重。

沙坝水库的工程任务是向双塘工业园区供水。项目建成后可向该园区供水597万m3/a，下放环境水50.5万m3/a，总可供水量647.5万m3/a。水库正常蓄水位660m，死水位625m，调节库容385万m3，总库容为465万m3，多年调节。

枢纽主要建筑物包括混凝土面板堆石坝，最大坝高64.7m，坝顶长212.0m。左岸布置岸边式溢洪道，平面总长178.0m；右岸布置放空兼泵站上水管隧洞。

由于沙坝水库坝址以上集水面积较小(仅为8.5km2)，设计流域用水缺口较大，为充分利用水资源，达到建坝成库调蓄后最优的供水效益，经技术经济论证后，将距离坝址约7.6km外的代家坝泉水通过输水管道引至沙坝水库，但同时需保证原代家坝水利工程各项功能，故仅引代家坝弃洪水，引水流量0.5m3/s。

代家坝引水坝(代家坝泉出口)正常蓄水位618.00m，而沙坝水库大坝正常蓄水位660m，因此，代家坝引洪水须通过泵站加压后才能进入沙坝水库库内，并进行水库调蓄后向工业园区供水。而泵站位置的选择和上水管的线路的选择，又将是关乎本工程技术可行和投资经济的关键所在[1]。“两库一站”平面布置示意图见图1。

1 泵站站址选择

代家坝引水坝两岸地形较陡，地质条件复杂，没有理想的泵站站址可供选择，而且若采取管线进口提水，则后段约7.6km的长管线全线处于高压水头状态，泵站扬程也很大，极不经济；代家坝引水管沿线地形条件较差，沟豁纵横，且同样存在泵站上水管过长导致扬程大，运行费用高的问题。因此泵站的选择在地理条件满足条件的情况下，越靠近终端沙坝水库越经济。

通过初步布置及水力计算，引水管管材采用夹砂玻璃钢管时，管线水头损失约6m，管线完全可以重力输水至坝址附近，也就是说，泵站位置完全可以设置在坝脚，减小泵站上水管长度，泵站最大净扬程53.74m，装机3×132kW。

同时，提水泵站设置在坝区原则上可以充分利用代家坝-沙坝的宝贵水头，同时可以方便运行管理。如此，泵站的位置基本选定，接下来的问题就是泵站至沙坝水库之间上水管的路线选择。

2 泵站上水管路线比选

泵站上水管出厂区后，存在两条可供布设上水管的线路：

线路1：穿过沙坝水库建库前期的“导流隧洞”改造成的“放空隧洞”，实现“水库放空”兼“泵站供水”功能合一，进入库内；

线路2：沿大坝下游坝面，翻越坝顶，进入库内。

线路1结合导流洞布置，由于导流洞必须通过改造形成放空通道，且放空管计算管径为1.2m，为上水管、放空管的控制管径(上水管计算管径0.7m，<1.2m)，因此该方案对于泵站上水管，该部分投资增加为零；线路1的泵站上水管明管段(即从厂区-导流洞出口段)管径为DN700，管材为Q345-C钢管，壁厚8mm，该段长度75.665m。隧洞内埋管段由于充分利用导流洞进行改造，并结合放空管进行布置，因此该段管径及管材受放空管控制，管径为DN1200，管材为Q345-C钢管，壁厚12mm。该段上水管长度283.166m。

泵站上水管结合“导流隧洞”、“放空管”布置，放空管与泵站上水管由于不可能在同一时间段运行，为节约投资，采用“一管三用”的布置型式，使得该工程经济效益进一步升级。水库建设期，发挥泄洪导流作用；水库及泵站正常运行时，发挥泵站上水管及下放环境水管的作用；当水库需要放空时，泵站停机，管道发挥放空作用[2-4]。

放空兼上水管与下放环境水管均布置在大坝左岸导流隧洞内，导流洞底板高程614.10m，受坝前淤沙(617.10m)及死水位(625.00m)的限制，放空管进口管中心高程选择为620.60m，满足既能在泵站提水及下放环境水管管口不被淤沙堵塞，又能满足在死水位以下发挥放空及下放环境水功能。由于导流洞底板高程与放空管进口管中心高程之间存在6.5m高差，导流洞高3.0m，因此放空兼泵站上水管、下放环境水管在隧洞进口段采用“龙抬头”的型式进行布置。

线路2：由于本工程推荐坝型为面板堆石坝，若在坝身埋设管道解决放空及下放环境水、泵站上水通道，则面临坝体自身不均匀沉降的问题必须单独设置泵站上水管并翻越坝顶进入库区，上水管管径为DN700，管材为Q345-C钢管，壁厚8mm，总长度255m，提水总扬程56.0m(含水损)。

上水管线路1 、2综合比较见表1。

表1 泵站上水管线路综合比较表

从以上综合分析比较可知，上水管线路1占绝对优势，即采用放空管兼作泵站上水管，铺设在“导流隧洞”改造后的“放空隧洞”内的方案。因此，从方便布置及施工、节能、节省投资及方便运行管理等角度，充分利用右岸导流洞进行改造而形成水库放空、下放环境水及泵站上水的通道，达到“一管三用”的目的。“一管三用”布置图如图2所示。

图2 “一管三用”布置图

3 结 语

经泵站站址、泵站上水管布置型式的比选，采用通过“导流隧洞”改造成的“放空隧洞”铺设“泵站上水管”及“下放环境水管”的布置方案，是技术可行、经济合理、施工方便的。主要体现在：

1)充分利用导流隧洞这一临时建筑物，节省投资，对于投资不大的中小型水利工程建设，有至关重要的意义。

2)泵站上水管从低高程进入库区，避免上水管翻越坝顶造成的能量损耗，通过泵站变幅扬程，库区低水位时，泵站低扬程运行；库区高水位时，泵站高扬程运行，充分满足节能降耗要求。

3)从技术及实际实施角度，由于泵站上水管及水库放空管的运行不同时这一特性，充分考虑工程措施满足导流洞导流和上水管运行时洞口不被淤塞，以及放空管运行时的管口高程要求，导流洞封堵后集成泵站上水管、大坝放空管及下放环境水管的布置，是经济合理的，更是一种枢纽布置的创新。

4)安全性方面，导流隧洞在整个施工期导流安全是满足的；大坝建成下闸蓄水后，导流洞封堵改造施工，铺设放空兼泵站上水钢管及下放环境水管；改造施工完毕后，放空洞内埋管在补水时发挥泵站上水管功能，在大坝需要放空时发挥放空管功能，两者互不干扰互不影响。

5)在水利水电工程枢纽布置中，单体建筑物的设计往往因为技术成熟、规范规定、强条限制而无法进行较大幅度的优化，但“永临结合”、“一物多用”等思路，会给前期优化设计带来可观的效果。

通过泵站及输水管线将代家坝水库和沙坝水库连接起来，有效实现了水资源的充分利用，既在保证代家坝水库自身功能的前提下一定程度上解决了代家坝坝下游的防洪问题，又提高了沙坝水库的供水效益，水尽其用，实现了“十三五”规划中“创新、协调”的发展理念。综合考虑安全可靠、投资经济、施工条件及时序、运行管理、征占地等因素，采用“两库一站”、“一管三用”的创新组合。