南水水库供水输配套规划实践研究

林泽奇

(广东粤海韶投水务有限责任公司,广东 韶关 512000)

0 引 言

南水水库供水工程位于广东省北部某市。南水水库供水工程的任务是供水,通过引水和输水管道等工程,将南水水库的水资源引到市区,提供市区的生活和生产等用水。

解决单一水源:片区原先只有河水作为供水水源,现有河水和水库水,双水源并满足今后长期用水发展的需要,建设南水水库供水输配套工程是非常必要的。文章拟通过对现主要饮水水源地—南水水库的水配套提升工程为例,探究城市饮用水源地改造提升规划的思路方案。

1 供水现状问题

市区供需水量矛盾逐渐突出。近年来,某市经济发展迅速,随着城市的发展和人民生活水平的逐步提高,城市供水事业也在不断地发展壮大[1]。现有水厂供水能力将不能满足规划供水需求。

供水水源比较单一,原先只有河水作为供水水源地,存在供水安全隐患。某市区现有七座水厂中有五座水厂为主要供水水源,供水能力占总供水能力的86%,水源单一。在突发性水源事故或取水河段自然灾害时,将严重影响市区居民正常生活生产。

2 取水量规模预测分析

2.1 用水量预测

本次预测供水范围内的用水量采用单位人口综合用水量指标法,考虑到水资源的严格管理和节水措施,而且2020年某镇单位人口综合用水量指标采用450L/(人·d),2030年某镇单位人口综合用水量指标采用500L/(人·d)。一六、游溪、桂头、东坪4个镇2020年单位人口综合用水量指标采用350L/(人·d),2030年某镇单位人口综合用水量指标采用400L/(人·d)。根据以上人口预测和用水量指标,某镇2020年平均日用水量为3.18万m3;2030年平均日用水量为3.82万m3。按照平均日用水量计算人口综合用水量指标,2020年某市区人口综合用水量指标为644L/(人·d),2030年为738L/(人·d)。根据某市水资源公报有关统计数据,某市区现状水平年2010年日平均人口综合用水量指标为770L/(人·d)。

2.2 工程规模分析

根据需水预测计算的成果,到2030年某市区最高日用水量为105.98万m3/d。现状某市区自来水厂总规模为34.5万m3/d,规划仅保留规模较大的韶钢和韶关冶炼厂自备水厂,其余自备水厂全部关闭,由市政统一集中供水,保留的自备水厂规模为20.86万m3/d。

经计算本次初步设计2030年某市区需要新增水厂规模为50万m3/d。水厂自用水按照水厂供水规模的4%计算,输水管道的水量损失按照水厂供水规模的10%计算,经计算从南水水库取水的最大规模为57万m3/d,换算成流量为6.60m3/s,即远期设计水平年2030年某市区从南水水库取水流量规模为6.60m3/s。

加上分水口的流量,本工程近期设计水平年总的取水流量规模为4.10m3/s,远期设计水平年总的取水流量规模为7.80m3/s。

2.3 取水量分析

取水量根据供水量以及水厂自用水量、管道损失水量计算。水厂自用水量比例取4%,管道损失水量的比例取10%,经计算设计水平年2030年本工程从南水水库取水的水量为19295万m3。

2.4 设计水位、规模

南水水库原设计正常蓄水位220.74m,汛限水位为216.24m。2001年水库安全鉴定时,经复核泄洪洞泄流能力达不到设计要求,因此水库开始降低水位运行,正常运行水位降低到216.24m,汛限水位也维持216.24m。水库发电死水位为197.74m,极限死水位为194.74m。本工程从南水水库发电站4#施工支洞取水,取水口底板高程为175.74m。设计最高取水水位采用南水水库的校核洪水位226.64m;设计最低取水水位采用南水水库发电死水位197.74m。本工程设计正常取水水位采用南水水库现状正常运行水位216.24m,低于原设计正常蓄水位220.74m。考虑到采取一定的工程措施恢复泄洪洞泄流能力之后,南水水库正常运行水位可能回复220.74m,这种情况下,本工程设计水头将提高4.5m,经过复核管道的承压能力仍然能够满足正常运行的要求。

根据需水预测,考虑输水管道的水量损失、水厂自用水、市政供水管网的水量损失以及未预见的水量等要求,本工程2030年的设计取水规模为7.8m3/s,其中1.2m3/s供水厂,6.6m3/s供某市新建(扩建)水厂。本工程规划新建(扩建)水厂总规模为50万m3/d,分两期建设:一期工程新增水厂规模25万m3/d,设计水平年2020年,在西河二水厂基础上扩建;二期工程新建水厂规模为25万m3/d,在二狮岭新建:即原水管道部分、北配水管道部分。

供水对象重要性属“重要”,最大输水流量7.8m3/s,年供水量16925万m3,因此确定本工程等别为Ⅱ等,工程规模为大(2)型[2]。

3 输水线路规划

3.1 输水线路选择

工程水源为南水水库,为便于施工,减少工程投资,拟利用南水水库～南水电站现有D5500mm引水隧洞(L=4079m,其中明管123m,隧洞3956m)取水。

从南水电站引水隧洞4#施工支洞内,通过改造现有南源电站引水钢管,加大引水钢管直径,达到供水工程与南源电站共同取水目的。从4#支洞取水后,压力管道经南源电站厂房与电厂办公楼之间的空地,向东偏南方向跨越南水河,穿过水厂,之后沿G323国道布置,经山前新村、移民村、红卫中学,在26+000桩号处设置二狮岭水厂分水口,在27+129桩号处沿沐溪工业园规划道路布置,在36+040交叉口处沿G323国道西侧布置,从37+287桩号处穿越G323国道,向东北方向延伸,在37+948桩号处进入扩建西河二水厂配水池,输水管道全长约37.95km。

本工程交水点为水厂和某市西河二水厂(扩建)、二狮岭水厂(新建)。设计水平年2030年新(扩)建水厂总规模为50万m3/d,拟分两期建设:一期工程新增水厂规模25万m3/d,设计水平年2020年,在西河二水厂基础上扩建,地面高程为119m,配水井水面高程为128m;二期工程新建水厂规模为25万m3/d,在二狮岭新建水厂,地面高程为130～135m,配水井水面高程为138m。

采用沐溪水库水作为备用水源,西河二水厂(扩建)采用武江水作为备用水源。

3.2 输水管线选择

跨南水河段(K0+367～0+526)工程管线在出南源电站后向东南方向跨越南水河。南水河底高程约84.7～87.5m,两岸地面高程93.5～96m;跨河段桩号K0+367～0+526,长约159m。围堰分期导流,干地埋管施工过河方案。围堰采用均质土围堰,基坑内放坡开挖至输水管道建基面,钢管外包混凝土。

3.3 输水方式比选

考虑到南水水库水头较高,从节能和方便系统管理角度考虑。选用重力式输水的方式,在南水电站引水隧洞4#施工支洞处、南水电站引水管上游通过扩大原有管道并设置分水岔管作为取水口,接1DN2000管道,沿G323国道布置,在26+000桩号到达二狮岭水厂分水口,二狮岭水厂配水池水面标高138m。26+000桩号之后主管管径缩小,采用1DN1800管道,沿G323国道布置,在27+129桩号处沿沐溪工业园规划道路布置,在36+040交叉口处沿G323国道西侧布置,从37+287桩号处穿越G323国道,向东北方向延伸,在37+948桩号处进入扩建西河二水厂配水池,配水池水面标高128m。

该方案管道工作压力为1.8MPa。该方案库水位位于发电极限水位194.744m时,到达二狮岭水厂水头为140.47m,到达西河二水厂水头为130.92m,满足水厂自流供水要求。

3.4 输水管道条数的选择

在南水电站引水隧洞4#施工支洞处、南源电站引水管上游通过扩大原有管道并设置分水岔管作为取水口,接1DN2000管道,沿G323国道布置,在26+000桩号到达二狮岭水厂分水口,二狮岭水厂配水池水面标高138m[3]。26+000桩号之后主管管径缩小,采用1DN1800管道,沿G323国道布置,在27+129桩号处沿沐溪工业园规划道路布置,在36+040交叉口处沿G323国道西侧布置,从37+287桩号处穿越G323国道,向东北方向延伸,在37+948桩号处进入扩建西河二水厂配水池,配水池水面标高128m。管道工作压力为1.8MPa。

二狮岭水厂(新建)采用沐溪水库水作为备用水源,西河二水厂(扩建)采用武江水作为备用水源。当原水管道检修或出现故障时,启用备用水源。

3.5 管材管径选择

取水头部不建电站,本工程埋管工作压力在1.0～1.8MPa左右,为保证供水的安全性,主管材采用球墨铸铁管(DIP),在过河、过路或明敷等地段管材采用SP或SP外包混凝土[4]。

因本工程采用重力式自流输水方式,不存在泵站加压,最经济管径即满足南水水库不同水位的水力计算即可,根据水力计算0+000～0+291桩号段采用1DN2400SP,0+291～26+000桩号段采用1DN2000SP(DIP),26+000～37+948桩号段采用1DN1800DIP(SP)。

4 输水管道布置及结构型式

4.1 陆地埋管

4#施工支洞取水口～二狮岭分水口段埋管,管线长为26.00km,主管材为球墨铸铁管,型号为K9级DN2000DIP(GB/T13295-2008),管道工作压力为1.8MPa。明敷、跨河、穿公路、弯头、三通等位置管材采用钢管。二狮岭分水口～扩建西河二水厂段埋管,管线长为11.948km,主管材为球墨铸铁管,型号为K9级DN1800DIP(GB/T13295-2008),管道工作压力为1.8MPa。穿公路、弯头、三通位置管材采用钢管。根据地质报告,输水线路沿线大部分位于盆地中,局部于山坡中穿过。管底地基大多为冲积粉质黏土(2-1)层、砂卵砾石(2-2)层、坡积粉质黏土(3)层或全风化带(Ⅴ)等土层。除桩号14+100～14+580、16+865～16+945、23+800～23+970等段为强风化带或弱风化带以外,桩号4+950、10+940、11+930、24+100、33+480等处第四系覆盖层较薄,弱风化带埋藏较浅,管底为弱风化灰岩,(2-1)层局部呈软塑状,采用垫层处理[5]。

输水管道施工开挖的临时边坡多为人工填土、冲积粉质黏土、砂卵砾石、坡积粉质黏土或全风化带组成的土质边坡,施工时采用坡面防护,避免水流冲刷,坡顶不宜堆载。输水线路部分地段位于道路一侧,交通繁忙、周边建筑物较密集,不宜进行放坡开挖,采取临时基坑支护措施。部分地段现有地下管线复杂,在施工过程中需调查清楚。输水线路沿线地下水位埋藏较浅,局部位于开挖深度范围内,开挖时采用基坑排水。对于管道天然基础淤泥层厚度≤2.0m处采用中粗砂换填处理,以满足承载力要求。

4.2 穿G4京港澳高速

输水管线与G4京港澳高速交叉一次,桩号为K26+000～K26+095,因不允许大开挖,故采用顶管方案,顶DN2400×30SP后内套DN1800×20SP,顶管段长度为82.516m。

4.3 穿G323国道

输水管线合计8次与G323国道交叉,因不允许大开挖,且G323国道一侧均存在国防光缆,故采用顶管方案。对于穿越G323国道,按照交通行业规范,必须采用套管内铺管型式,两端分别设矩形出发井和接收井,采用连续墙形式。

4.4 过河段埋管

本工程管线在出南源电站之后向东偏南方向跨越南水河,跨河段桩号K0+367～0+526,跨河段管道长159m,南水河底高程约84.7～87.5m,两岸地面高程93.5m。根据地质报告:附近河流较直顺,近南北走向,河宽60～70m。根据钻孔资料,河床主要分布砂卵砾石层,厚度3～5m,中密～密实。其下为弱风化粉砂岩夹石英砂岩。输水管道采用埋管过河方案。

5 输水管线监测设计

在输水管线沿线根据地形地质条件,分别在3#镇墩、钢管外包混凝土段、土钉支护段及钢板桩支护段共布置13个监测断面,主要监测项目有变形监测、渗流监测、内水压力监测、土压力监测、支护应力监测、钢筋应力监测和钢板应力监测。

变形监测:在输水管线K0+750桩号设置1个监测断面,在基坑两侧各布置1根监测斜管和1个垂直位移测点,监测基坑开挖对周围建筑物及路面的影响,在变形影响区域外设置基准点组。

地下水位监测:在输水管线K0+750桩号设置1个监测断面,在测斜管旁布置1个测压管,监测基坑开挖对地下水位的影响[6]。

内水压力监测:在输水管道沿程检修阀及位置布置压力传感器和压力表,共布置9个测点,用于监测不同部位管道内水压力状态;监测仪器电缆引至就近检修阀内的MCU,采集数据通过GPRS模块传输至工程管理中心[7]。

土压力监测:在土钉支护段及钢板桩支护段监测断面顶部及两侧分别布置1支土压力计,对管顶及侧向土压力进行监测;监测仪器电缆引至就近检修阀内的MCU,采集数据通过GPRS模块传输至工程管理中心。

6 结论与展望

文章以通过建设南水水库供水配套设施工程,后期再辅助二期水厂建设,增强的供水保障能力,从南水水库取水的最大规模为57万m3/d,远期设计水平年2030年某市区从南水水库取水流量规模为6.60m3/s。得到主要结论如下:

1)本工程设计水平年2030年某市区供水量约为14301万m3,日平均供水量为39.2万m3/d。供水范围内2030年平均日用水量为7.19万m3,年供水量为2624万m3。因此本工程2030年总的设计供水量为16925万m3,日平均供水量为46.4万m3/d。

2)取水量根据供水量以及水厂自用水量、管道损失水量计算。水厂自用水量比例取4%,管道损失水量的比例取10%;设计水平年2030年本工程从南水水库取水的水量为19295万m3。新建南水水库到韶关市区的输水主管、配水主管后,从南水水库取水,提供城,供水方式为重力式自流输水。