册亨水库输水工程设计方案探讨

2022-11-30邰志海张立雄

陕西水利 2022年12期

邰志海，张立雄，荣昊

（1.中水北方勘测设计研究有限责任公司,天津 300222；2.中水珠江规划勘测设计有限公司,广东广州 510610）

1 工程概况

册亨水库工程位于贵州省黔西南州册亨县城上游约9 km的者楼河中游河段,由水库枢纽、输水管道等组成,工程的开发任务是以城镇供水、农业灌溉为主,兼顾农村人畜饮水等综合利用。水库最大坝高75.7 m,坝址多年平均流量1.43 m3/s,水库校核洪水位为738.31 m,总库容为1819 万m3,正常蓄水位为736.0 m,兴利库容为1431.4 万m3,为多年调节水库。设计灌溉面积3.7685 万亩,其中,水田2.0725 万亩,旱地1.696 万亩；设计供水人口8.31 万人,其中,城镇人口5.8 万人,农村人口2.51 万人；设计年供水量（灌溉需水、城乡供水、人畜饮水）1864 万m3,总干管管首最大引用流量为3.1578 m3/s。

2 输水工程

2.1 输水线路选择

工程灌区及城乡供水点位于册亨县者楼镇和岩架镇,为狭长地带,沿着楼河两岸分布,输水线路选择研究了高线与低线方案,低线方案输水管道沿者楼河布线,线路略短,但管道承受设计水头大幅增加,对管材性能要求很高,管材价格相应也高,且高压运行管道风险增加,因此采用低压运行的高线方案,左干管、县城干管、左支管、右支管线路选择均沿者楼河两岸的灌区顶部边缘布置,线路布置思路明确,管线长度合理,纵坡可满足自流灌溉,总体输水线路方案基本确定,且具有唯一性,不再进行方案比较。

总干管输水线路走线布置初步考虑三个方案,方案一为左岸方案,方案二为右岸方案,方案三为两岸单独走线,设两个取水口,取消总干管段。方案三左右岸管线路互不影响,单独走线,减少分水建筑物,但此方案管线长,需增设一条引水隧洞及相应金属结构工程量,工程投资相对较高,因此方案三不作为选线方案。

（1）左岸方案

引水放空隧洞布置在左岸,总干管接引水放空隧洞后顺着者楼河左岸向下,穿过河边组,至坝稿桥下游约440 m,设分水口后分为左干管和县城干管。左岸方案引水放空隧洞长363.63 m,总干管长1625 m。引水放空隧洞加总干管工程投资为1288.67 万元。

（2）右岸方案

引水放空隧洞布置在右岸,总干管接引水放空隧洞后顺着者楼河右岸向下,穿过河边组,至坝稿桥下游约380 m,设分水口后分为左干管和县城干管。右岸方案引水放空隧洞长428.77 m,总干管长1122 m。引水放空隧洞加总干管工程投资为1102.39 万元。

左、右岸两种方案线路所在的地形地质条件基本相同,设分水口后均需通过跨者楼河倒虹管分水到对岸。工程投资方案一比方案二少186.28 万元。因此选方案二即右岸方案为总干管推荐走线。

2.2 输水方案确定

输水方案的比选在渠道输水和管道输水之间进行,输水方式均采用自流式。

渠道输水的优点在于施工技术要求相对简单,建筑材料单价较便宜,破损后容易修复,缺点在于输水水量损失较大,永久占地多,环境负面影响大。

管道输水的优点在于输水水量损失小,永久占地少,环境负面影响小,缺点在于施工技术要求相对复杂,建筑材料单价较高,破损后不易修复。

本工程输水线路较长,既要输送农业灌溉用水,又要输送城乡用水。本阶段拟定两种输水方案进行比较：方案一为管道输水方案,灌溉用水和城乡用水共用一根管道进行输水；方案二为管渠输水方案,灌溉用水采用明渠输水,城乡供水采用管道输水,明渠与管道并排布置。

2.2.1 管道输水方案（方案一）

供水灌溉工程输水管线包括总干管、左干管、县城干管、左支管和右支管,管线总长74.272 km。总干管接引水放空隧洞末端,总干管顺着者楼河右岸向下,穿过河边组,到达总干管末端,桩号由总干0+000～总干1+122。总干管平面总长1.122 km,底坡为1/500,管首最大流量3.1578 m3/s,管道采用DN1400 玻璃钢夹砂管。在总干管末端设分水口,分为左干管和县城干管。

左干管接总干管末端,经河边倒虹管跨过者楼河到达左岸,后顺着者楼河左岸向下,在坡荣到达左干管末端,桩号由左干0+000～左干15+220。左干管平面总长15.22 km,底坡为1/500,管首最大流量2.5971 m3/s,管末最大流量2.2885 m3/s,管道采用DN1200～DN1400 玻璃钢夹砂管。左干管共设置跨沟（河）管9 处,分别为河边倒虹管、坝考倒虹管、纳岜1#倒虹管、纳岜2#管桥、纳岜3#倒虹管、纳岜4#倒虹管、下玢1#倒虹管、纳者倒虹管和攀支花倒虹管,总长4.115 km。在左干管末端设分水口,分为左支管和右支管。

县城干管接总干管末端,后顺着者楼河右岸向下,在县城到达县城干管末端,桩号由县城干0+000～县城干10+710。县城干管平面总长10.71 km,底坡为1/500,管首最大流量0.5649 m3/s,管道采用DN500～DN700 玻璃钢夹砂管。县城干管共设置跨沟（河）管15 处,分别为河边2#倒虹管、者孟农中1#管桥、者孟农中2#管桥、者孟农中3#倒虹管、者孟农中4#倒虹管、坝潮倒虹管、下玢2#倒虹管、下玢3#倒虹管、下玢4#倒虹管、下玢5#倒虹管、纳阳1#倒虹管、纳阳2#倒虹管、纳阳3#倒虹管、册亨1#倒虹管和册亨2#倒虹管,总长3.013 km。

左支管接左干管末端,后顺着者楼河左岸向下,在岩架集镇到达左支管末端,桩号由左支0+000～左支25+490。左支管平面总长25.49 km,底坡为1/500,管首最大流量1.2932 m3/s,管道采用DN500～DN1200玻璃钢夹砂管。左支管共设置跨沟（河）管9 处,分别为坡荣倒虹管、坪秧倒虹管、下寨1#倒虹管、下寨2#倒虹管、平浪倒虹管、郎祥倒虹管、尾好倒虹管、尾排倒虹管和上新寨倒虹管,总长6.317 km。

右支管接左干管末端,经浪沙农场倒虹管跨过者楼河到达右岸,后顺着者楼河右岸向下,在岩架新寨到达右支管末端,桩号由右支0+000～右支21+730。右支管平面总长21.73 km,底坡为1/500,管首最大流量0.9617 m3/s,管道采用DN500～DN900 玻璃钢夹砂管。右支管共设置跨沟（河）管8 处,分别为竹林倒虹管、郎州倒虹管、羊场小寨倒虹吸、羊场倒虹吸、小吨上倒虹管、弄应倒虹管、边坡倒虹管和小纳碰倒虹吸,总长6.486km。

本工程输水管道铺设采用埋管,管槽开挖边坡为1∶0.75（土坡）和 1∶0.5（石坡）,安装管道前根据管径在基础铺设100 mm～250 mm 粗砂垫层,管道两侧预留300 mm～450 mm 的施工空间,管道安装后,回填开挖料（跨沟管地面以下500 mm采用回填大块石防冲）,并压实,管道埋深大于800 mm。管道在平面或立面转弯设C15 镇墩,镇墩后管道上设伸缩节。

总干管、左干管、县城干管、左支管、右支管等各级管首均设置检修阀,并沿管道每隔5 km～10 km布置一个检修阀；总干管检修阀后及左干管末端各设一个减压恒压阀,以降低阀前过剩水头；在管道沿线各供水点进口均设置检修阀和流量控制阀；在管道凸起点设置快速排气阀,长距离无凸起点的管段每隔1 km 左右设置排气阀；在管道低凹处设置泄水冲沙阀。在管道末端设置水击泄放阀。本工程输水管道共设置各式阀门394 个。

方案一工程总投资为34950 万元。方案一典型剖面见图1。

图1 输水方案一典型剖面图

2.2.2 管渠输水方案（方案二）

灌溉总干渠接坝内取水放空孔下游消力池,顺着者楼河右岸向下,穿过河边组,到达总干渠末端,桩号由总干渠0+000～总干渠1+1188。总干渠总长1.188 km,底坡1/1000,渠首流量3.073 m3/s,渠道断面为梯形,采用混凝土衬砌,断面尺寸为1.1 m×2.18 m（宽×高）。在总干渠末端设分水口,分为左干渠和右干渠。供水总干管走线与总干渠线相同,与总干渠同槽布置,位于总干渠内侧,管首流量0.4263 m3/s,管道采用DN700 玻璃钢夹砂管。在总干管末端分出左干管和右干管。

灌溉左干渠经河边倒虹吸管跨过者楼河到达左岸,后顺着者楼河左岸向下,依次经过纳岜倒虹吸管、下玢1#倒虹吸管、纳者倒虹吸管、坡荣倒虹吸管、下寨1#倒虹吸管、下寨2#倒虹吸管、平浪倒虹吸管、尾好倒虹吸管、上新寨倒虹吸管,到达（岩架镇）左干渠末端,桩号由左干渠0+000～左干渠47+466。左干渠平面总长47.466 km（含建筑物）,底坡1/1000,渠首流量1.707 m3/s,渠末流量0.199 m3/s,其中,渠道总长42.415 km,渠道断面为梯形,采用混凝土衬砌,断面尺寸为0.85 m×1.46 m～0.4 m×0.75 m（宽×高）。倒虹管10 座,总长5805 m,管径Φ1100～Φ400。供水左干管走线与左干渠线相同,管道采用DN300～350 玻璃钢夹砂管。

灌溉右干渠顺着者楼河右岸向下,依次经过坝潮倒虹吸管、下玢2#倒虹吸管、册亨倒虹吸管、浪乃1#倒虹吸管、浪乃2#倒虹吸管、加寒倒虹吸管、竹林倒虹吸管、郎州倒虹吸管、小吨上倒虹吸管、弄应倒虹吸管、边坡倒虹吸管,到达（岩架新寨）右干渠末端,桩号由右干渠0+000～右干渠41+371。右干渠平面总长41.371 km（含建筑物）,底坡1/1000,渠首流量1.309 m3/s,渠末流量0.19 m3/s,其中,渠道总长35.805 km,渠道断面为梯形,采用混凝土衬砌,断面尺寸为0.8 m×1.64 m～0.35 m×0.76 m（宽×高）；倒虹管11 座,总长6250 m,管径Φ900～Φ400。供水右干管走线与右干渠线相同,管道从右干管首至册亨县城水厂（右干管0+000～右干管15+364）共15.364 km 采用DN700 玻璃钢夹砂管,册亨县城水厂至岩架新寨采用dn90～dn225 PE 管。

由于渠道多为梯形断面的傍山渠道,考虑到采用半挖半填设计,渠道的回填部分不易稳定,故将渠道中的正常水位放在挖方断面内,以形成以挖方为主的挖方渠道。整个渠道中临山侧挖方在位于残坡积土及风化岩等地层中倾斜开挖,开挖坡比根据地质条件采用1∶0.5～1∶1。为防止边坡上的石块、泥块入渠,边坡每开挖5 m 高度即加设1 m 宽戗道一条。对开挖后形成的永久边坡,视地质情况采用随机锚杆,挂网喷混凝土支护处理。总干渠和干渠均采用现场浇筑C10 素混凝土作为防渗衬砌,横断面和渠道横断面协调一致,结构型式为等厚板,厚度为10 cm。本方案在渠道、倒虹管进出口、泄水渠进口共设置各类闸门（含拦污栅）153 扇。

输水管道铺设采用埋管,开挖边坡为1∶0.5,安装管道前根据管径在基础铺设100 mm～250 mm 粗砂垫层,管道两侧预留200 mm～300 mm 的施工空间,管道安装后,回填开挖料,并压实,管道埋深200 mm～1300 mm。管道在平面或立面转弯设C15 镇墩,镇墩后管道上设伸缩节。总干管进口处设置检修阀,检修阀后设减压稳压阀,以保持阀后水头不变；左干管和右干管管首均设置检修阀；在管道沿线各供水点出口均设置流量控制阀；在管道沿线每隔5 km～10 km 和倒虹管位置布置一个检修阀；在管道凸起点设置快速排气阀,长距离无凸起点的管段每隔1 km 设置排气阀。在管道低凹处设置泄水冲沙阀。本方案共设置各式阀门204 个。

方案二工程总投资为40003 万元。方案二典型剖面见图2。