王家院水库向泰城供水工程输水方案比选

杜晓宇，金 哲，赵建辉

（泰安市王家院水库管理服务中心，山东 泰安 271000）

泰安市属于水资源严重缺乏地区，人多地少水缺是泰安市基本水情，人均占有水资源量仅有311 m3，低于全省平均水平的334 m3。泰安市具有降水时空分布不均的特点，70%多的降水集中在汛期，雨洪资源未能得到有效开发利用。随着近年来降雨量逐年减少，以及气候变化和人类活动对地下水的影响，泰城水资源形势发生了显著变化，大部分地区水资源量减少明显。

王家院水库位于泰安市岱岳区大汶口镇与马庄镇交汇处南侧，大汶河干流右岸汶口2 号坝下游1 km 处，是一座集防洪除涝、城市供水、农业灌溉于一体的中型水库。水库于2016 年8 月正式开工，2018 年9 月完工，主要蓄水引自汶口2 号坝，正常蓄水位90.0 m 时水库库容1 853.25万m3，死库容为332.18 万m3，兴利库容1 521.07万m3。王家院向泰城供水工程作为泰安市骨干水网工程，经过岱岳区、旅游经济开发区两大片区，实施后为两大片区提供可靠水源保障，缓解两大片区水资源紧缺状况，并为大河水库及泰城提供生态用水和城市景观用水，干旱年份可为泰城提供后备水源，有效缓解全市水资源时空分布不均问题。该工程选择了几种方案进行了比选，输水方案选择如下：

1 明渠输水

明渠输水一般多用于超大流量、跨流域的输水，其优点是输水量大、投资省、调节能力强、施工较简单。明渠输水的缺点是永久占地多、实施困难，受地形影响较大，水量蒸发渗漏等损失较大，沿途易受污染，日常运行管理较为困难。针对本工程特点，泰安市王家院水库向泰城供水工程沿线穿越乡镇村庄较密集，沿途穿越满庄镇、夏张镇、泰肥一级公路、泰肥铁路、泰山大街等，沿途渗漏污染控制困难，输水渠道若要沿河、沿路布置，输水线路较长，沿途耗水量大，在此范围内地形弯道多，渠系建筑物结构复杂且建设困难，不便布置，明渠输水难以保证饮用水水质的安全要求。受沿途建设条件及地下水影响，本工程不宜采用明渠输水。

2 暗渠输水

为减少工程占地，暗渠输水也是长距离有压输水常用的输水方式。暗渠的断面尺寸直接影响沿程损失和加压泵站装机的选取，断面尺寸大沿程损失小、加压泵站扬程小、运行费用低但工程建设投资大，断面尺寸小工程建设投资小但沿程损失大、运行费用高。为便于与管道输水综合比选论证，暗渠断面尺寸按与管道输水同等加压泵站规模进行比选。有压涵洞净尺寸按下式计算：

式中：μ 为流量系数；w 为涵洞出口断面面积，m2；T0涵洞进口水头，m；hp为涵洞出口水头，m。

以王家院水库至大河水库输水工程为例：涵洞进口压力水头按泵站设计流量1.5 m3/s 设计扬程运行时确定，T0为150 m；出口压力水头2.0 m。

经试算，涵洞单孔净尺寸1.5×2.0 m 时计算流量1.5 m3/s。暗渠输水涵洞断面净尺寸采用单孔净尺寸1.5×2.0 m 的混凝土箱涵。

由于洞内水头压力较高，箱涵采用高性能混凝土；箱涵内压力水头大，分缝处采用双层止水设计，中层为紫铜止水片，面层为不锈钢压板橡胶止水带。主要工程量见表1。

表1 每公里暗渠输水主要工程量表

箱涵的建筑工程直接投资约1 100 万元/km，同样过水断面的埋地钢管直接投资800 万元/km，暗涵方案直接投资较管道方案大，且施工周期长，排水费等临时费用高；混凝土箱涵受较高内压，且沿线需配置检修、排气、排水、调流调压等辅助设施，对混凝土施工质量、止水安装要求高，现场施工受人工、设备、天气等因素影响，控制难度大，施工风险较高；此外，砂石料等建材也易受当地环境因素影响，质量控制较难，施工风险较高。经综合比选论证，不推荐暗渠箱涵方式。

3 埋地管道输水

管道输水埋管可减少占地，水量利用率较高，管线布置灵活，管线多为直线枝状，较渠线布置长度短。管道输水的主要优点是供水保证率高、损失水量少、施工方便，可以实现长距离的水源输送。埋地管道占地面积小，可以减少水的蒸发、渗漏和浪费，提高水的利用率；运行维护方便、防污染性能强，目前很多城镇供水项目大多采用埋地管道输水，管道可以按照需要进行灵活布置，可以通过地下或地面通行，适应不同的地形和地貌条件。但是采用埋地管道输水方式的主要缺点是水头损失大且工程投资相对较高。

4 输水方案比选

该研究采用多指标综合评价方法，综合考虑技术指标、经济效益和环境影响等因素。在技术方面，主要考虑输水能力、管道材料、水质保护和工程可行性等指标；在经济方面，主要考虑建设成本、运营维护成本和投资回报等指标；在环境方面，主要考虑对生态环境的影响和可持续性等指标。通过综合评价，比较不同输水方案的优劣，选择最佳方案。在城镇供水工程中，供水安全性和供水水质的保证率是考虑输水方式选择的首要条件。所以，虽然采用埋地管道输水的投资较明渠输水方式高，但由于其具备征迁难度小、供水可靠度高、水质不易受污染、水量损失少、施工工期短等优点，本次王家院水库向泰城供水工程推荐采用埋地管道输水方式。

5 结 语

输水方案的比选是复杂的决策问题，需要充分考虑技术、经济和环境等多方面的指标。具体到本研究中，采用综合评价方法，并结合实际情况，为选择最适合的输水方案提供了科学有效的决策支持。然而，由于不同地区和项目的特殊性，输水方案的选择仍需根据具体情况进行调整和优化。