王小永

(陜西水環(huán)境工程勘測設(shè)計研究院，陜西 西安 710018)

隴縣段家峽水庫供水工程取水樞紐方式選取探討

王小永

(陜西水環(huán)境工程勘測設(shè)計研究院，陜西 西安 710018)

取水樞紐是供水工程最重要的組成部分，形式多樣。研究隴縣供水工程段家峽水庫取水樞紐的取水方式及選取問題，通過對總干渠取水、放水洞取水、泵站取水等方案進(jìn)行分析論證，確定合理的取水方案，認(rèn)為由壩后灌溉總干渠取水方案最合理。為其它由水庫供水的類似工程設(shè)計和建設(shè)提供參考。

供水;水庫;取水樞紐

隴縣位于寶雞市西北、渭北高原西部邊緣地區(qū)，屬暖溫帶半干旱半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，由于受地形及氣候影響，降雨地域分布及年季分布很不均勻，春旱夏澇、晚秋又旱、旱澇交替、旱澇不均是旱情的總體特點(diǎn)。建國60多年來，發(fā)生大干旱60多次，嚴(yán)重干旱21次，平均兩年一次，一般性區(qū)域干旱年年發(fā)生，有“十年九旱”之說，并且連年荒旱在歷史上屢見不鮮。近幾年受全球氣候變暖影響，旱災(zāi)發(fā)生更加沒有規(guī)律，連年大旱大澇相間情況接連發(fā)生，旱情的預(yù)防造成很大困難。

現(xiàn)狀供水水源為泉水、淺井，受氣候影響明顯，且不具備調(diào)節(jié)能力，干旱時期供水能力明顯下降，不能滿足需要。由于村鎮(zhèn)不斷發(fā)展，人民生活水平不斷提高，需水量不斷增加，同時工業(yè)、農(nóng)業(yè)等也不斷發(fā)展，需水量增加迅速，現(xiàn)有水源開發(fā)利用率接近極限，為滿足需水要求，村鎮(zhèn)無序、過度開采水資源，造成可供水量大幅下降，由于地下水位下降，現(xiàn)有供水水源供水能力明顯降低。

基于現(xiàn)狀情況，正常年份定時供水尚可保證群眾生活用水，若遇干旱年份水量嚴(yán)重不足，不能滿足群眾的基本生活用水，2014年抗旱期間組織抗旱服務(wù)隊為項目區(qū)群眾送水解困，因此，隴縣規(guī)劃由段家峽水庫取水，向縣城及沿線村莊供水。

1 段家峽水庫概況

段家峽水庫是一座以灌溉、防洪為主，兼顧水力發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的中型水利工程。水庫樞紐包括大壩、溢洪道、放水洞等三部分。大壩為土石壩，壩高43 m，壩長187.5 m，壩頂寬12 m，設(shè)計壩頂高程1 090 m，設(shè)計死水位1 065 m，設(shè)計正常蓄水位1 083 m，設(shè)計洪水位1 085.3 m，校核洪水位1 086.6 m，死庫容145萬 m3，正常蓄水位以下庫容1 030萬 m3，調(diào)節(jié)庫容410萬 m3，總庫容1 440萬 m3。溢洪道布置在右岸，為側(cè)槽式，設(shè)計泄洪流量490 m3/s，設(shè)計泄洪流量490 m3/s，校核泄洪流量1 070 m3/s。放水洞布置在左岸，放水洞進(jìn)口高程1 065 m，洞內(nèi)徑2 m，為壁厚0.4 m的鋼筋混凝土圓形埋管，洞長162.65 m，為圓形壓力洞，最大流量36 m3/s，進(jìn)口為放水塔，檢修閘門為平板鋼閘門，1扇，寬×高=2 m×1.8 m，啟閉機(jī)為螺桿啟閉機(jī)，1臺，放水洞出口設(shè)置工作閘門，為1扇弧形閘門，2 m×1.8 m，啟閉機(jī)為搖擺液壓式啟閉機(jī)，放水洞出口高程1 064.07 m。

總干渠位于水庫與配水樞紐之間，全長6 km，其中砼U型襯砌817 m，隧洞2 987 m，矩形漿砌石襯砌2 196 m，設(shè)計流量 7.7 m3/s，校核流量 10 m3/s。

2 工程區(qū)地形地質(zhì)條件

水庫樞紐區(qū)千河河谷呈“U”型發(fā)育，河谷底部寬度100～150 m，壩頂處河谷寬210～260 m。發(fā)育有一、二級基座階地。一級階地分布于左壩基及壩址下游左岸，階面高程1 063～1 069 m，基座高出河床13 m左右。

大壩左壩肩粒狀灰?guī)r為塊狀結(jié)構(gòu)，裂隙切割強(qiáng)烈，強(qiáng)風(fēng)化帶厚度1～3 m，弱風(fēng)化帶厚度大于20 m;泥質(zhì)頁巖加薄層灰?guī)r受斷層影響，巖體揉皺強(qiáng)烈，強(qiáng)風(fēng)化帶厚度10～40 m，弱風(fēng)化帶厚度大于40 m。

大壩右壩肩主要受侵入體影響，巖體構(gòu)造裂隙切割強(qiáng)烈，強(qiáng)風(fēng)化帶一般厚度3～5 m，局部厚度6～14 m，弱風(fēng)化帶厚度30～60 m，微風(fēng)化厚度大于60 m。

河床由于受河水的沖蝕作用，基巖以弱風(fēng)化為主，灰?guī)r及頁巖弱風(fēng)化帶厚度15～40 m，在斷層附近風(fēng)化帶要厚一些。

3 取水樞紐選址、取水方案

根據(jù)水庫樞紐區(qū)地形地質(zhì)條件，取水樞紐及方式有3種方案，分別為:總干渠取水方案，放水洞取水方案，泵站取水方案(見表1)。

1)方案一:總干渠取水方案

由放水洞下游灌溉渠道總干渠樁號0+470處取水，該處渠頂右側(cè)為一處狹長平臺，長55 m，寬13 m，現(xiàn)狀為耕地，平臺右側(cè)坎底部為耕地，耕地寬度50 m，其右側(cè)為千河河道，根據(jù)現(xiàn)場查勘及實(shí)測地形成果，該平臺具有修建取水樞紐的地形條件。

擬建取水平臺向上游段渠道均為開挖山坡修建渠道，左岸為開挖渠道形成的陡峭山坡，渠道右側(cè)岸坎以下山坡坡比1:1，坡腳即為千河河道。由于岸坡滑塌等原因，渠首段修建了200 m長的涵洞。根據(jù)現(xiàn)場查勘，該段不具備修建取水樞紐的地形條件。

擬建取水平臺向下游段渠道左岸為開挖渠道形成的陡峭山坡，渠道右側(cè)為平均寬約5 m的平臺，右側(cè)岸坎以下山坡坡比1:1。擬建取水平臺向下游170 m處為公路爬山S段穿渠道處，其下游為段家峽村，根據(jù)現(xiàn)場查勘，該段不具備修建取水樞紐的地形條件。

取水口選擇在灌溉渠道總干渠樁號0+470處，取水樞紐布置在右岸平臺。取水樞紐段總干渠底寬3.3 m，頂寬8.0 m，渠高2.7 m，設(shè)計水深2.2 m。本次設(shè)計在總干渠樁號0+480處修建節(jié)制閘，采用PGZ3.5×2.5 m型平面拱形鑄鐵閘門，閘孔寬 3.5 m，高 2.5 m，啟閉機(jī)選用 QL—200—SD 型手電兩用啟閉機(jī)。由總干渠采用引水管道側(cè)向引水，采用DN400鋼管，為減少泥沙進(jìn)入管道，取水口高于渠底10 cm，管道長12 m，按縱比降1%設(shè)計。引水管道采用閘閥控制，閘閥型號為DN400，閘閥設(shè)置在閘閥井內(nèi)。壓力前池按100 m3清水池設(shè)計，中間采用混凝土墻分隔為兩座50 m3清水池，分兩組獨(dú)立運(yùn)行。

表1 取水樞紐方案比較表

2)方案二:放水洞取水方案

放水洞布置在左岸，放水洞進(jìn)口高程1 065 m，洞內(nèi)徑2 m，為壁厚0.4 m的鋼筋混凝土圓形埋管，洞長162.65 m，為圓形壓力洞，最大流量36 m3/s，進(jìn)口為放水塔，檢修閘門為平板鋼閘門，1扇，寬×高=2 m×1.8 m，啟閉機(jī)為螺桿啟閉機(jī)，1臺，放水洞出口設(shè)置工作閘門，為1扇弧形閘門，2 m×1.8 m，啟閉機(jī)為搖擺液壓式啟閉機(jī)，放水洞出口高程1 064.07 m。

放水洞出口處修建有壩后電站，電站引水管道由放水洞工作閘門前接引，由放水洞工作閘門控制流量水位，放水洞出口下游消力池與電站尾水池合建，均為開挖山體巖石修建，右側(cè)即為山坡陡坎，消力池末端左岸修建有灌溉渠道總干渠引水閘，閘門尺寸3.6×3.6 m。

根據(jù)放水洞等建筑物布置情況，由放水洞中段的壩后電站平臺處前引水，首先開挖壩體、放水洞埋設(shè)管道，由放水洞側(cè)面引水，管道沿電站平臺上沿鋪設(shè)，沿壩坡鋪至千河河道，之后沿千河河道左岸山坡腳埋設(shè)管道，避免穿消力池、總干渠進(jìn)水閘、總干渠等建筑物。

放水洞及上下游建筑物較多，且處于壩體范圍，同時山體陡峭，施工困難對放水洞、下游壩坡影響大。

3)方案三:泵站取水方案

在大壩迎水坡左側(cè)修建浮船泵站，由泵站抽水，提水至壩頂高程，之后為重力輸水，水庫設(shè)計死水位1 065 m，設(shè)計正常蓄水位1 083 m，設(shè)計洪水位1 085.3 m，校核洪水位1 086.6 m，設(shè)計壩頂高程1 090 m，設(shè)計揚(yáng)程10 m，最大揚(yáng)程30 m。

浮船泵站選用DFSS200－13/2型臥式單級雙吸泵，共3臺，2用1備，設(shè)計單泵流量280 m3/h，揚(yáng)程34 m，配用電機(jī)型號200L2－2，電機(jī)功率37 kw，軸功率30.6 kw，效率84%?？购祽?yīng)急年運(yùn)行電費(fèi)21.31萬元。

浮船總長度為23 m，水線長為23.0 m;型寬為8.0 m，總長度為 9.5 m;浮船型深為1.5 m，結(jié)構(gòu)吃水深度為0.8 m，設(shè)計吃水深度為0.7 m，保證水泵抽水的需要。浮船采用CCSA船用鋼板。機(jī)組單列式布置，廠房總長度為17 m，寬度為6.0 m，主要由值班區(qū)域和機(jī)組區(qū)域兩部分組成。整體機(jī)組采用上承式安裝方式，共同安裝在甲板上。浮船式泵站三根壓力管道在水泵倉內(nèi)并為一根管道，出倉后經(jīng)過球形萬向轉(zhuǎn)動接頭、托管浮塢、支墩將管道輸送到壩頂，根據(jù)地形及水流條件，浮船的錨固形式采用系泊。在浮船首尾各設(shè)電動絞盤底座、簡易導(dǎo)纜器，同時為滿足水流流速較大時對浮船的推力和船擱淺時能牽引的要求，在岸邊設(shè)置鋼筋混凝土系纜樁，導(dǎo)纜樁與浮船之間采用鋼絲繩連接。

輸水管道埋設(shè)在壩體內(nèi)，埋設(shè)管道需開挖大壩迎水坡、壩頂?shù)缆?、背水壩坡，在壩頂需設(shè)置鎮(zhèn)墩和排氣閥，在背水坡腳需采取防沖措施，沿左岸山坡腳埋設(shè)管道。

根據(jù)現(xiàn)場查勘及分析計算，該取水方案取水樞紐建筑物多、對壩體影響大、施工復(fù)雜、運(yùn)行費(fèi)高、管理麻煩、投資大。

4 結(jié)語

本文對段家峽水庫總干渠取水、放水洞取水、泵站取水等方案分析論證，從地形、地質(zhì)、取水樞紐建筑物、工程投資、工程施工、運(yùn)行管理等角度進(jìn)行比較，認(rèn)為由壩后灌溉總干渠取水方案最為合理。本文推薦的方案可為其它的由水庫供水類似工程取水樞紐設(shè)計提供參考。

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1004－1184(2015)04－0097－02

2015－06－16

王小永(1979－)，男，陜西西安人，高級工程師，主要從事水利工程設(shè)計工作。