景泰县黄崖坝电力提灌工程建筑物线路及布置优化研究

马耀忠

(甘肃甘兰水利水电勘测设计院有限责任公司，甘肃 兰州 730000)

1 工程概况

兰州新区是西北建成的第一个国家级新区，由于建设占用大量耕地，而其可供开发利用的土地后备资源数量有限，在新区范围内已无法完成耕地占补平衡任务。在甘肃省国土资源厅的协调下，经兰州新区管理委员会和白银市人民政府协商，依托白银市丰富的土地后备资源，由兰州新区管理委员会筹资，在白银市辖区内实施土地开发整理项目，新增耕地指标用于兰州新区耕地占补平衡。鉴于上述原因，在景泰县委、县政府的高度重视下，进一步优化国土资源开发的格局，确定开发黄崖滩撂荒土地，新建黄崖坝灌区。灌区总灌溉面积2.7万亩，其中一期2.1万亩，二期0.6万亩，黄崖坝灌区自景电一期灌区取水，取水流量不大于1.0m3/s，所取水量通过景电一期灌区高效节水工程节出，后期限将提供对景电一期灌区总干渠、西干渠沿线相关泵站、渠道及渠系建筑物进行扩建改造，共同为灌区发展提供水资源保障[1]。

灌区分两级提水灌溉，一级泵站控制灌溉面积2.7万亩，二级泵站控制灌溉面积1.25万亩，取水位置在景电一期西干五泵站出水池下游西干九支渠2+500处，通过输水钢管、渠道、一级、二级座提水泵站以及其他附属建筑物，最后将水输送至灌区。在现有成果基础上，从线路和建筑物布置的合理性、可行性、施工难易程度及工程投资等出发进行对比分析，从而优化线路和建筑物布置。

2 灌区总线路优化比选

2.1 总线路布置

对黄崖坝灌电力提灌工程拟定两条提水线路方案，即上线方案压力管道加明渠，下线方案长距离压力管道。线路布置如下：

1)上线方案。压力管道加明渠方案，管线沿灌区外侧由东南向西北布置，具体布置为：在景电一期西干五泵站出水池下游西干九支渠2+500处取水，通过311m暗渠输水至双营高速公路旁一级泵站，由一级泵站利用2591m输水管提水到至一级泵站出水池，几何扬程83.26m；出水池后用4662m(弧底梯形明渠2405m，倒虹吸全长2257m)弧底梯形明渠及倒虹吸与二级泵站进水池相联，经二级泵站通过2181m管道提水至二级泵站出水池，几何扬程39.56m。经计算该方案建筑部分工程投资为4650.26万元。

2)下线方案。长距离压力管道方案，该管线从东向西北由灌区中部穿过，由于灌区内总体地势为东南低、西北高，因此该段只能通过压力管道联接。具体布置为：在景电一期西干五泵站出水池下游西干九支渠2+500处取水，通过311m暗渠输水至双营高速公路旁一级泵站，由一级泵站利用7163m输水管提水到至一级泵站出水池，几何扬程79.27m，再经二级泵站通过2181m管道提水至二级泵站出水池，几何扬程39.51m。经计算该方案建筑部分工程投资为5030.44万元。

2.2 上、下线方案比选

1)从技术角度比较：因本工程灌区设计已由土地部门完成，根据要求，本次设计灌区分水口已确定，且灌区内平整后土地地势西北高东南低，上水管道不具备在灌区内沿路分水条件，而管线上上线方案压力管道距离较短管理相对简单；

2)从施工角度比较：上线方案提输水线路全长8846m全部为荒地，下线方 案压力管道全长9344m，其中4572m要从灌区内穿过(2306m沿灌区道路布设，2266m穿过耕地)，临时征地面积约60亩，因此下线方案在施工中干扰大，施工难度大；

3)从运行角度比较：上线方案几何扬程83.26m，总扬程93.35m，下线方几 何扬程79.27m，总扬程95.56m，两方案总扬程基本相同，故两运行费用也基本相同；

4)从投资上看上线方案比下线方案节省投资约380.18万元，上、下线方案投资对比见表1。

表1 上、下线方案投资对比表

根据工程区内地形、地质条件的特点，在工程布置时尽可能使输水线路沿线短，避免深挖高填，以减少施工难度，降低工程造价，便于工程的维护和管理；在条件许可时，优先选择采用自流灌溉，以减少运行费用；为达到工程设计在技术上可行，经济上合理，既降低工程造价，又满足工程运行的需求，因此输水总线路推荐采用上线压力管道加明渠方案，并进行优化。

2.3 线路优化

经过大量踏勘和线路比选，确定管线基本维持原方案，即在景电一期西干五泵站出水池下游西干九支渠2+500处设总分水闸取水，通过311m暗渠输水至双营高速公路旁一级泵站，由一级泵站利用2591m输水管提水至一级泵站出水池，出水池后用梯形明渠及倒虹吸与二级泵站进水池相联，经二级泵站通过2181m管道提水至二级泵站出水池，本次设计仅对一级泵站出水池至二级泵站进水池之间的线路进行优化设计，优化方案如下：

方案一：原线路一级泵站出水池至二级泵站进水池之间的渠线全长为4662m，其中明渠段全长2405m，分别位于桩号2+565～4+361、6+604～7+226.9，倒虹吸段全长2257m，位于桩号4+349-6+603；由于本段位于基岩剥蚀低中山丘陵区与山前洪积倾斜平原区的交接部位，地形略有起伏，明渠段大部分为填方段，其中桩号3+131-4+349全为填方段且最大填高约10m，经计算该段工程投资为1291.06万元，见表2。

方案二：进一步比较后确定将桩号2+882-6+603处渠线进一步优化，优化后该段全部改为倒虹吸。优化后一级泵站出水池至二级泵站进水池之间的渠线路长度由原来的4662m缩短到4080m，较原线路短581 m，其中明渠段全长940m，分别位于桩号2+565-2+882、6+022-6+645，倒虹吸段全长3140m，位于桩号2+882-6+022，经计算该段工程投资为1173.93万元，经济比较见表2。

表2 两种方案优化经济比较表

方案一与方案二从技术角度比较，两种方案均可行，均能满足输水要求，但方案二较方案一渠线短528m。从施工及运行角度比较：方案二避开了高填方区，且施工难度较方案一小，将高填方渠道改为管道输水，对保证工程安全运行较有利。从投资上看方案二比方案一节省投资约927.99万元。故本阶段推荐方案二即将桩号2+882-6+603处渠线进一步优化，优化后该段全部改为倒虹吸，改线后桩号为2+882-6+022为设计方案。

2.4 泵站站址选择

1)一级泵站。根据泵站功能要求和地形条件，结合取水口位置确定一级泵站位置，选取两处可作为泵站站址，分别为方案一、方案二，现分别表述如下：

方案一。从西干九支渠2+500处取水后，通过20m暗渠输水至西九支公路北侧一级泵站，再通过压力钢管(该压力钢管长2591m)输水至桩号2+565处(高程1815.0m)一级泵站出水池。该方案将一级泵站位置选在排洪冲沟(为黑山沟和土塘子沟的 汇合沟)左侧耕地上，上水钢管暗埋于排洪沟道。

方案二。从西干九支渠2+500处取水，通过305m暗渠输水至双营高速公路旁一级泵站，再通过压力钢管(该段压力管道长2565m)输水至桩号2+565处(高程1815.0m)一级泵站出水池。该方案将泵站位置选在双营高速公路南侧，距取水口约311m的台地上，取水口与泵站采用暗渠连接。

方案比较。两方案在技术上均可行，方案一在施工难度上优于方案二，但由于方案一中需占用耕地，征地难度大，且施工点具民房较近施工中干扰难以避免，因此为了避免产生施工中纠纷本次设计推荐采用方案二作为一级泵站站址。

2)二级泵站。根据《兰州新区易地占补平衡景泰县寺滩乡黄崖坝土地开发整理项目（一期）可研设计报告》确定的一支渠、二支渠分水口位置及地形条件确定[2]，将二级泵站置于五个墩的山前洪积平原上。本次设计对二级泵站位置重新进行了勘察，进行方案比选。

方案一：泵房位置不进行调整，仅对基础进行必要的处理，以满足设计要求。泵站置于五个墩的山前洪积平原上，距一支渠分水口约251m，该处地势平坦，地面高程1813.0m左右，渠底高程1810.48m。据勘探结果显示，其上部为粉质壤土，具中等湿陷性，厚度8.0～8.5m，中部为含砾粉质壤土厚3m，底部为砂砾石。设计将厂区地坪置于高程1812.27m，泵站为半地下式，室内地坪高程1808.8m，底板厚0.5m，基础采用井桩，桩长约10m左右，桩径0.8m，底部设扩大头，扩大头全长1m，桩径1.2m，扩大头置于砂砾石层，扩底端底面成锅底形，失高0.15m。

方案二。泵房位置由可研初选位置沿水流方向移动890m，将泵房基础直接置于砂砾石层上。泵站置于五个墩的山底，距一支渠分水口1120m，该处地势较为平坦，地面高程1823.0m左右，进水渠底高程1809.73m。据勘探结果显示，其上部为粉质壤土，具中等湿陷性，厚2.0m左右，底部为砂砾石。设计将厂区地坪置于高程1810.27m，泵站为半地下式，室内地坪高程1808.63m，底板厚0.5m，基础直接置于砂砾层上。

从基础形式来看，方案一厂区最大挖深0.8m，地基采用桩基，厂区开挖量小，深度较浅。方案二厂区挖深12m以上，挖深较大存在基坑边坡稳定问题；从施工角度看，方案一较方案二工程量小；就技术可行性而言，两方案均能保证灌区取水要求，但方案二厂区位于深坑中排水防洪难度较大。经综合比选，推荐方案一作为二级泵站站址。

3 工程布置

本工程为泵站提水工程，主要由取水口(总分水闸)、引水暗渠、一级提水泵站及压力管道、输水渠道、跨沟建筑物、二级提水泵站及压力管道等组成。

本工程取水口位于已建景电一期西干五泵站出水池下游西干九支渠桩号2+500处。取水口设总分水闸，分水闸后通过矩形暗渠将水引至一级泵站前池，此段输水暗渠全长305m。一级泵站至一级泵站出水池采用DN1000mm的焊接钢管输水，管线全长2591m。一级泵站出水池后接输水渠道及跨沟建筑物与二级泵站前池相连接，总长4080m(其中明渠940m，倒虹吸3140m)。二级泵站至二级泵站出水池之间采用DN800mm的焊接钢管输水，管线全长2181m。

3.1 取水线路布置

桩号0+000～0+283为总分水闸与一级泵站输水暗渠，该段位于土塘子沟下游沟口，基本沿主沟槽及沟道左侧山体边缘布置，其中桩号0+000～0+103及桩号0+228～0+300两段位于主沟槽，沟槽上部为砂砾石层，其厚度大于6m；桩号0+103～0+228段位于沟道左侧山体边缘，两岸基岩裸露。根据地形地质条件，该段采用暗渠输水。

桩号0+305处设双向分水闸，闸后接暗渠将水分别引入一泵站前池。

3.2 输水线路布置

（1）一泵站～一泵站出水池输水线路布置。一泵站压力管道桩号为0-036～2+565，长2601m，其中桩号0+597～0+856、0+959～1+421、1+691～1+761、1+940～2+000段管道采用明管布置，其余桩号段管道采用暗敷布置。

（2）一泵站出水池～二泵站进水池输水线路布置。桩号2+565～6+645，长4080m，本段位于基岩剥蚀低中山丘陵区与山前洪积倾斜平原区的交接部位，地形略有起伏，本段为自流段输水渠道，其中桩号2+882～6+022渠线跨越古墩子沙河，为倒虹吸，其余段为明渠段。

（3）二泵站进水池～二泵站出水池输水线路布置。该段桩号为6+693～8+874，长2181m，该段位于山前洪积倾斜平原的边缘部位，地势平坦、开阔，地形略有起伏。地基岩性以粉质壤土为主，局部为砂砾石该段，管道采用暗敷布置。

3.3 泵站厂区布置

双营高速公路南侧为一泵站，厂区东西宽42m，南北长30m，占地面积1260m2，由进水池、泵站、管理房等组成。由前池左侧进入厂区，泵房呈东南向布置，左侧为主厂房右侧为副厂房，管理房布置在前池的右侧，厂区四周设有围墙。

五个墩的山前洪积平原上，距一支渠分水口约251m处为二泵站，厂区东西宽25m，南北长35 m，占地面积875m2，由进水池、泵站、管理房等组成。由前池右侧进入厂区，泵房呈南北向布置，北面为副厂房，南面为主厂房，管理房布置在前池的左侧，厂区四周设有围墙。

4 结论及建议

本项目实施后，景泰县水利基础设施可进一步加强，农业生产条件得到进一步改善，使农民收入提高，对发展农村经济，促进农业综合开发和经济稳步增长，加快群众奔小康的进程奠定坚实的物质基础，是一项扶贫、富民工程。同时，项目实施后，对改善项目区及周边地区的人畜饮水和生态环境将起到极大作用，还可促进和带动城镇化建设的进程。线路优化及建筑物布置关系到整个工程的施工进度、工程投资以及后期运行安全等，在本次设计中尤为重要，在设计中要注重各方案 比选分析，得到工程选线及布置合理可行、宜于施工、投资少且后期运行安全可靠的方案。