巩留县城乡供水一体化工程管道方案比选

2022-04-12陈斌

水利科学与寒区工程 2022年3期

陈斌

(深圳市水务规划设计院股份有限公司新疆分公司，新疆乌鲁木齐 830000)

为尽快解决巩留县西片区农村及城镇饮水安全问题，规划对水厂、配套建筑物和管网改扩建，使城乡供水互连、互通、互补，建立健全统一管理机构和机制，建立起“从源头到龙头”的供水工程建设和运行管护体系，达到城乡供水一体化[1-2]，可解决巩留县1乡(塔斯托别乡)、5镇(县城镇、东买里镇、阿尕尔森镇、提克阿热克镇、阿克图别克镇)4场(牛场、羊场、综合农场、良繁场)的工业、农业、生活及生态用水需求。

1 工程概况

巩留县是伊犁州直属县市之一，位于伊犁河谷中部，特克斯河由南向北将巩留县分为东西两部分，东部主要为巩留县牧业、特色种植业及旅游区，分布有吉尔格朗乡和库尔德宁镇，西部为巩留县主要的工、农、商业生产基地，是巩留县政治、经济和文化中心。年平均气温7.4 ℃，最大冻土深度1.4 m。多年平均降雨量256.6 mm，降水特点集中春夏两季。多年平均蒸发量1422.5 mm。

目前，巩留县西片区供水工程存在水源保证率较低、水厂规模不能满足日常用水需求、输水管道过流能力无法满足远期输水规模、配水管网老化，末级计量设施不完善等问题。城乡供水一体化工程主要解决巩留县西城区现状年1乡5镇4场15.63万人及43.32万头牲畜，规划年2033年19.59万人及47.42万头牲畜的饮水安全工程。工程类型属于Ⅰ类，水源为特克斯山口水库，现状年供水规模为3万m3/d，规划年供水规模达到12万m3/d，新增供水规模9.0万m3/d。工程输水管道起点为山口水厂，沿线有15座分水口控制高位蓄水池，高程在840～860 m之间起伏，现状输水管道均为重力流。设计采用现状管道+新建管道共同输水的原则，沿线设置3根连通管，连通管布置的间距主要考虑单根管某一段出现事故时，另一根管道能够通过75%供水量，而且能保证最末端有一定富余工作压力。

2 管道输水方式选择

2.1 单双管布置方案比选

目前供水系统原水管道、输水管道、高位水池、配水管道均正常运行，由于供水规模偏小，无法满足人口增长和生活水平提高导致用水量增大的需求。

输水管道宜采取双管布置，应设连通管和检修阀，输水管道任何一段发生事故时仍能通过70%的设计流量。新建双管布置方案可满足远期供水规模、供水保证率较高、后期工程运行管理较为方便，但将现状供水管网废弃，会造成管道沿线占地面积较大，局部地段无法实现双管铺设、施工难度较大，作业面较宽、工程直接投资增大等问题。故本次新增单管供水系统，结合利用现有供水管道，互为事故备用，可提高保证率，既可满足供水要求，又可节省投资。设计采用现状管道+新建单管共同输水的原则，沿线设置连通管。

2.2 输水方式比选

本工程输水管道起点为山口水厂，出水口水压高程890 m，末端七乡蓄水池地面高程 846.4 m，最低位置位于红光村分水口，地面高程810 m，沿线有15座分水口控制高位蓄水池，高程在840～860 m之间起伏。现状输水管道均为重力流,输水规模为59 104.68 m3/d。

方案一：重力流输水方式，由于总体落差仅40 m左右，输水线路总长55 km，为保证全线各分水口有富余水头，适当增大管径，降低水头损失。

方案二：部分重力流+加压泵站输水方式，从水厂至奥依塔木村村县城分水口处，前段14.5 km 管道管径由DN1200减小为DN900，通过重力流输水满足过流能力和水压要求，在此处新建加压泵站，采用DN600输水管道输送至七乡末端蓄水池。

通过不同管径组合、泵站扬程、工程投资、后期运行费用等因素进行综合比选确定最优输水方案[3-5]，不同方案输水方式比选见表1。

表1 输水方式比选

综合以上因素考虑，方案一前期一次性投资相对较大，重力流管径偏大，但从长远角度考虑，管径偏大，可满足远期供水规模需求，并且每年可减少泵站运行电费，因此本阶段推荐方案一，全程重力流输水方式。

3 取水口方案比选

目前山口水库左岸有两处取水口，2009年从山口水库至山口水厂铺设一根DN800原水管道给县城水厂和农村水厂供水，取水口采用大坝底部埋管方式，管底高程903.5 m，水库正常蓄水位为912.0 m(常年发电水位)，死水位为905.0 m，属于淹没式取水，入口处设拦污栅，坝后设置闸阀井，可随时控制管道的引水；2014年大坝左岸岩体内修建无压隧洞，断面尺寸3.0 m×2.8 m城门洞型，采用0.5 m厚C25钢筋混凝土衬砌，隧洞全长186.8 m，隧洞取水口高程907.0 m，入口设置钢筋混凝土工作闸井，分别布置工作闸门和检修闸门2 m×2 m。隧洞设计引水流量为4.5 m3/s，通过闸门控制开度从水库引水至坝后矩形钢筋混凝土集水池内(6 m×6 m)，壁厚0.8 m，池底板高程901.87 m，池顶板高程909.22 m，池内设计水位高程906.84 m，集水池内铺设2根DN1200出水管和一根DN1200溢流管，出水管中心高程均为903.47 m，通入道路右侧已建闸阀井内，闸阀井预留分水口DN1200管顶高程902.95 m，供山口水厂远期取水，属于淹没式取水。

根据水库设计资料，取水口坝前河床高程约880 m，运行100年时坝前泥沙淤积厚度为3.98 m，两处取水口均不会受到水库泥沙淤积的影响，可满足本项目取水要求。

新建原水管道根据以上两处取水口布置两个方案。方案一：利用大坝底部埋设DN800管道，在坝后40 m现状闸阀井处，新建闸阀井一座，重新铺设一条原水管道。方案二：在坝后100 m处无压隧洞出口矩形钢筋混凝土集水池底部预留DN1200分水口作为山口水厂原水管道取水口，重新铺设一条原水管道。两个方案的水力计算表详见表2。取水口比选方案见表3。

表2 方案一管道水力计算

表3 取水口方案比选表

两个取水方案均可以满足新建水厂所需最低水压高程的要求，但方案一缺点是大坝底部预埋钢管为DN800，现状管径较小，运行时坝体内取水口经常被杂物所淤堵，需定时停水清淤，导致原水管道均无法正常供水，引水量保证率较低，采用方案二取水量有保证，通过闸门控制，不受泥沙和杂物淤堵影响，并且可与现状DN800取水口同时使用，检修清淤时可互为备用，不会出现停水现象，提高供水保证率。本次设计推荐方案二，从水库左坝肩已建无压隧洞集水池取水。