何本才,蘇艾麗,何　牧,高　丹,沃琳紅,張立偉

(1.水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院,北京　100120;2.小井溝水利工程環(huán)境與水土保持監(jiān)理部,四川 榮縣　643000)

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小井溝水庫(kù)副壩上游匯水導(dǎo)流至主壩下游的可行性論證與效益分析

何本才1,蘇艾麗2,何牧2,高丹2,沃琳紅2,張立偉2

(1.水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院,北京100120;2.小井溝水利工程環(huán)境與水土保持監(jiān)理部,四川 榮縣643000)

論證了從小井溝水庫(kù)副壩上游匯水導(dǎo)流至主壩下游方案的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性,分析了該方案的環(huán)境效益與供水水質(zhì)保證效益。結(jié)果表明,從小井溝水庫(kù)副壩上游匯水導(dǎo)流至主壩下游的項(xiàng)目,技術(shù)上可行,并具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益,可顯著提高城市供水取水水質(zhì)。

導(dǎo)流;副壩上游;主壩下游;水下管道;城市供水;效益分析;可行性研究;小井溝水庫(kù)

1　研究背景

小井溝水利工程位于岷江一級(jí)支流越溪河上游的榮縣保華鎮(zhèn)紅豆樹村小井溝峽谷，干流全長(zhǎng)232 km，壩址控制流域面積587 km2，工程主要由水庫(kù)樞紐、輸水工程和灌區(qū)渠系工程組成，主壩壩型為混凝土面板堆石壩，最大壩高88.37 m，正常蓄水位429 m，水庫(kù)總庫(kù)容1.66億m3，興利庫(kù)容1.11億m3，總干渠年引水量1.1億m3，主干渠首過流能力10 m3/s，為二等大(2)型工程，估算總投資26.59億元[1]。工程建成后每年可以向自貢地區(qū)提供工業(yè)用水及生活用水17 855萬m3，包括灌溉土地0.97萬hm2，解決灌區(qū)23.35萬人的飲水安全問題。

小井溝水庫(kù)擔(dān)負(fù)自貢市城市供水7 496萬m3/a,灌溉與農(nóng)村人畜用水5 126 m3/a。按環(huán)評(píng)批復(fù),非汛期以0.86 m3/s(10%的年均徑流作為基流流量)、而汛期以2.55 m3/s的流量作為環(huán)境生態(tài)用水排往壩下,生態(tài)環(huán)境用水5 233萬m3,其中生態(tài)基流2 712萬 m3,占了興利庫(kù)容1.1億m3較大的比例。

小井溝水庫(kù)副壩以上流域31.6 km2[2],匯水量年均3 000余萬m3,副壩上游9 km有中型水庫(kù)新店水庫(kù),匯水面積19.5 km2,總庫(kù)容2 601萬m3,有生態(tài)用水與洪水下泄;犍為縣年平均降水量1 141.3 mm,新店水庫(kù)到副壩有匯水面積12.1 km2[2],水質(zhì)相對(duì)較好,可直接供城市用水,但也需要按集中式生活飲用水水源地給予保護(hù)。如能把該匯水1 000余萬m3導(dǎo)流到大壩下游,就可以相應(yīng)減少水庫(kù)下泄的生態(tài)流量,增加城市供水,并可兼顧水能利用。初步設(shè)計(jì)為減少淹沒而筑副壩改道穿分水嶺排往樂山水系月波河。樂山市境內(nèi)江河眾多,年平均產(chǎn)水量113.7億m3,過境水741.4億m3,水資源總量855億m3,水能資源理論蘊(yùn)藏量約800萬kW,經(jīng)濟(jì)可開發(fā)量約750萬kW,截至目前,樂山市水電開發(fā)裝機(jī)348.26萬kW[3]。

2　技術(shù)可行性

2.1技術(shù)路線

從28.5 m壩高的主副壩(副壩壩址河底海拔約410 m,副壩外排洪渠進(jìn)口海拔409.5 m,副壩外可蓄水416 m)用PE管在庫(kù)內(nèi)按設(shè)計(jì)坡比敷設(shè)大壩。卞家橋副壩到小井溝大壩最短折線里程7.87 km,經(jīng)生態(tài)環(huán)境基流下泄通道,或左岸調(diào)水取水口(海拔396 m)與發(fā)電壓力豎井,或右岸泄洪洞(海拔380 m)到大壩下游壩腳(海拔344 m),導(dǎo)流管道落差達(dá)72 m,導(dǎo)流幾乎射流而出。通過閘閥可以調(diào)節(jié)控制導(dǎo)流。導(dǎo)流管具有平直順暢的特點(diǎn),能量損失較小,導(dǎo)流管內(nèi)流速可以在很大的范圍內(nèi)加以調(diào)節(jié),為導(dǎo)流控制提供了極大的便利。

2.2管線選擇與鋪設(shè)

2.2.1選線與鋪設(shè)原則

盡量選擇直線貼地鋪設(shè),必要時(shí)人工結(jié)構(gòu)支撐固定跨溝谷,以控制管線長(zhǎng)度,節(jié)約水頭損失,節(jié)約工程投資。8 km導(dǎo)流耗用水頭44 m,導(dǎo)管坡降分布可參考最速管線,以克服設(shè)計(jì)流速管道內(nèi)摩擦阻力、減少管道受力以及提高導(dǎo)流能力為原則。為利用較大的水頭提高導(dǎo)流能力,導(dǎo)流管過主壩采用虹吸結(jié)構(gòu)。鋪設(shè)導(dǎo)流管時(shí),整個(gè)管線分段,PE管則采用段內(nèi)電融熱工藝接管,管線支撐與分段接頭方式要考慮鋪設(shè)與檢修更換作業(yè)的安全與方便,保證管線鋪設(shè)與維護(hù)在適當(dāng)水庫(kù)低水位時(shí)實(shí)施不難(死水位海拔404 m),導(dǎo)管穿大壩、副壩并設(shè)控制閥不難實(shí)現(xiàn)。HDPE管具有強(qiáng)耐磨性和優(yōu)異的液壓性,在埋地管道作業(yè)時(shí)無須外層保護(hù),可用沉入法在江河底敷設(shè)。沉入法管道敷設(shè)在海上石油工程中常見,有關(guān)理論和設(shè)備工藝完備,實(shí)踐案例也較多,大陸往海島給水也采用水下管道工程輸水方式。

2.2.2上游段的選線與鋪設(shè)

從副壩到水庫(kù)死水位的上游段,導(dǎo)流管道在原河槽中鋪設(shè),在副壩處、西家灣以及郭家灣3處裁彎取直,可以縮短930 m。管段總長(zhǎng)度4 500 m,管段兩端的高差19 m,再加上副壩上游蓄水,可增加水頭6～7 m,這樣上游區(qū)段導(dǎo)管可以保證每公里5.5 m水頭并有富裕,保證以約1.2 m/s設(shè)計(jì)流速導(dǎo)流。該管段屬于自流管段,管內(nèi)外水位差小于13 m, 1.2 m/s設(shè)計(jì)導(dǎo)流流速的管內(nèi)壓降為0.007 3 kg/cm2,可規(guī)避或遠(yuǎn)離(直接)負(fù)水錘, 設(shè)計(jì)流速(直接)正水錘25.1 m,0.6 MPa的PE管安全系數(shù)達(dá)4,建議選用。

在鋪管作業(yè)時(shí)需要對(duì)死水位處往上游的500 m段于河槽內(nèi)清挖管溝,在上游段有水壩阻斷的地方應(yīng)穿壩下部的底孔或成孔穿管,以保證管段落差基本均勻分布,減少水錘影響。

2.2.3下游段的選線與鋪設(shè)

死水位到大壩前段長(zhǎng)3 332 m,沿著鐵山河右岸從404 m高程以每公里5.5 m落差選線,到壩前500 m處導(dǎo)管高程為380 m,已經(jīng)低于大壩最低取水泄排水口—右岸泄洪洞,在水庫(kù)非流動(dòng)庫(kù)底水體過溝谷到壩前,以保證不受泄洪庫(kù)內(nèi)水流的影響。同樣該2 831 m段為自流段,建議采用0.6 MPa的PE管。

壩前500 m段到大壩下游,建議經(jīng)過396 m高程取水洞采用虹吸管過壩,出口高程應(yīng)低至372 m以下,并安裝節(jié)制開關(guān)。導(dǎo)管受到額外的虹吸負(fù)壓力,每10 m水位差約0.1 MPa,還考慮到(上游入口)閥門先關(guān)閉誤操作的直接負(fù)水錘內(nèi)水負(fù)壓25.1 m水頭,所以建議采用1.0 MPa的PE管。需要注意的是,流速大于設(shè)計(jì)流速時(shí),虹吸管段即管內(nèi)流體負(fù)壓力段會(huì)延伸上移;反之亦然。

2.3水下管道的支撐、掩埋與保護(hù)

2.3.1水下管道工程特點(diǎn)

由于管線在水庫(kù)水下鋪設(shè),而PE管可以做成與水同比重,或通過配重導(dǎo)流管重力浮力抵消,豎向荷載為0,因此,管線既可貼地面布設(shè),又可跨溝谷走捷徑(這一優(yōu)勢(shì)是海上石油管道工程難以企及的,另石油管道內(nèi)徑小,不及外徑的1/3,原油黏性大,管道內(nèi)外壓差高,皆為金屬?gòu)?fù)合管,要求抗浮,抗壓,以至保溫,并嚴(yán)禁泄露);但水平管線方向因管內(nèi)水流(穩(wěn)定流與非穩(wěn)定流)產(chǎn)生荷載,需要對(duì)管線分段鎮(zhèn)墩控制,在轉(zhuǎn)彎處要布置鎮(zhèn)墩,直線段則可以少設(shè)置鎮(zhèn)墩,全程支撐固定,以避免軸向力長(zhǎng)距離作用于管道,避免破壞性水平(蛇行)串動(dòng)。

2.4節(jié)中設(shè)計(jì)工況下導(dǎo)流有0.5%坡降的水能損失,但能量都消耗在紊流層流里,在水力學(xué)上可以表述為導(dǎo)管內(nèi)流體剪切運(yùn)動(dòng)黏性阻力為管內(nèi)水重0.5%水平,但管內(nèi)穩(wěn)定流作用在管內(nèi)壁軸向的荷載是微分量。只有開啟與關(guān)閉導(dǎo)流,以及在其他水流速度突變情況下,對(duì)閘閥以及管道才會(huì)產(chǎn)生水錘作用。穩(wěn)定流與非穩(wěn)定流在管道轉(zhuǎn)彎處產(chǎn)生沖擊作用力與沖擊力變化,可導(dǎo)致管線(蛇行)串動(dòng)。

2.3.2水下管道固定形式

管道工程的結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)與鋪設(shè)保護(hù)可以參照CJJ101—2004《埋地聚乙烯給水管道技術(shù)規(guī)程》。水下管道支撐固定的方式可根據(jù)地形、地質(zhì)、水文情況來定。

a. 下游區(qū)段(死水位以下段)的土質(zhì)非基巖地基,作為導(dǎo)管分段處,導(dǎo)管段間用法蘭盤連接,采用混凝土坐墩加卡扣,便于維修更換;或澆筑或埋設(shè)標(biāo)準(zhǔn)混凝土開口向上的U形管座或半圓形管座(按照水電壓力管道的術(shù)語,在承受各種力,包括水壓力、管重、水重、溫度力、地震力等條件下,完全固定管道使所在管段不發(fā)生移動(dòng)的,叫鎮(zhèn)墩;通過滾軸容許管道軸向串動(dòng)的,叫支墩),法蘭盤可直接把力傳到管座。

b. 根據(jù)下游區(qū)段基巖地質(zhì)情況,直接用金屬基座固定到基巖上,或鉆孔外套管加內(nèi)套管卡扣,孔口外圍澆筑混凝土,內(nèi)外套管可以伸縮調(diào)節(jié)導(dǎo)管標(biāo)高,作為支墩實(shí)現(xiàn)導(dǎo)管水頭合理分配;

c. 在上游區(qū)段(死水位以上段),導(dǎo)管在原河槽中鋪設(shè),基巖地質(zhì)可用U形扣,以膨脹螺栓入基巖固定,采取防劃傷物理措施保護(hù)掩埋的管道并用土料與小粒徑料埋管,必要時(shí)形成小的過水壩,使各管段整體始終浸沒于水中而受到保護(hù)。

d. 在上游區(qū)段,導(dǎo)管在原河槽中鋪設(shè),非基巖地質(zhì)可以澆筑混凝土半圓基座,或埋設(shè)預(yù)制基座,半圓卡扣固定。段內(nèi)可以用U型或馬蹄型混凝土塊扣住管道,必要時(shí)輔以覆土以固定管道。

2.4導(dǎo)管選型

2.4.1選擇PE管

導(dǎo)管可選擇特制的HDPE管(理論上0.96密度HDPE工藝中再多添加3%左右的石粉;醫(yī)用有0.98密度的HDPE),或HDPE管增加法蘭盤連接以及混凝土套管配重,以達(dá)到綜合比重為1的效果,這樣導(dǎo)管可以跨溝谷走捷徑。管內(nèi)徑由導(dǎo)流流量、流速?zèng)Q定;對(duì)導(dǎo)管的耐壓性要考慮大氣壓力、外部(大庫(kù))水壓、導(dǎo)流內(nèi)水(靜態(tài))水頭以及內(nèi)水最大流速壓降。根據(jù)多次驗(yàn)算,按0.28 m3/s目標(biāo)的導(dǎo)流能力(即年導(dǎo)流1 000萬m3),可選擇600(或560)mm的管徑;流速設(shè)計(jì)為1.2 m/s(最大流速1.32 m/s)時(shí),8 km導(dǎo)流損失44(或48)m水頭,72 m總水頭尚有28(或24)m余量?jī)?chǔ)備;庫(kù)內(nèi)導(dǎo)流管的抗壓強(qiáng)度為0.6MPa即可,只有虹吸段與出大庫(kù)水體段導(dǎo)流管的抗壓強(qiáng)度要求分別為0.8 MPa與1.0 MPa。如若采購(gòu)成品,宜按0.56 m直徑選管,管徑寧小勿大,以節(jié)約投資,且水源相對(duì)充裕,利于運(yùn)行監(jiān)控,此外,管道安全系數(shù)較大,水頭富裕。PE管還具有易回收使用,環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn)。

2.4.2低阻力涂層

船舶、軍工等行業(yè)對(duì)低阻力涂層的研究較多,并富有成果。增加涂層的工藝簡(jiǎn)單,導(dǎo)管內(nèi)壁可采用疏水涂層、水中低摩擦阻力涂層、納米涂層,管壁阻力會(huì)極大地減小。納米涂層的導(dǎo)流能力高,微納米表面結(jié)構(gòu)凸出與凹陷面積比遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1,而在低速情況下水與氣體的摩擦力相對(duì)于與固體的摩擦力可以忽略,液體微觀尺度表現(xiàn)出的張力也是一種彈性力。摩擦損失包括水管內(nèi)壁、層流與湍流的能量損失,在理論上可以極大地減小。

2.5水能利用

要充分利用水能,則要加大導(dǎo)流管徑,降低流速;采用低阻力涂層新技術(shù),可減少管壁與水的摩擦力,減少導(dǎo)流水頭損失。用流速與水頭損失曲線,管徑與導(dǎo)管成本曲線,水機(jī)水頭與出力效率曲線,求解計(jì)算期扣除成本費(fèi)用的水能產(chǎn)出凈效益最大解。干渠首建節(jié)制閘,成巨型調(diào)壓蓄水池。當(dāng)大庫(kù)發(fā)電時(shí),停止導(dǎo)流發(fā)電,導(dǎo)流入干渠渠首段;大庫(kù)停止發(fā)電時(shí),可啟動(dòng)導(dǎo)流與渠首蓄水發(fā)電以保證生態(tài)下泄流量,實(shí)時(shí)70%導(dǎo)流能力發(fā)電出力水頭可達(dá)44 m,發(fā)電出力達(dá)71.43 kW。當(dāng)?shù)?月初到9月底皆為汛期,4—10月皆可導(dǎo)流發(fā)電,年發(fā)電52.15萬kW·h。

2.6導(dǎo)流安全與流速控制

2.6.1開啟與關(guān)閉導(dǎo)流

開啟導(dǎo)流。首先關(guān)閉通往大庫(kù)水體的閘閥,導(dǎo)流入口控制閘閥先開,導(dǎo)流出口控制閘閥后開,開啟導(dǎo)流沒有慣性內(nèi)水,不發(fā)生水錘。

關(guān)閉導(dǎo)流。緩慢關(guān)閉壩下出口閘閥,同時(shí)同步緩慢打開壩頭前通往大庫(kù)水體的閘閥(可設(shè)置在設(shè)計(jì)流速虹吸段最高處高程396 m處,比導(dǎo)流入口水位低20 m),讓慣性管道內(nèi)水泄入大庫(kù),待導(dǎo)流上端入口水流趨于靜止并在反向流前關(guān)閉入口閘閥。這樣,水錘僅在出口閘閥與通往大庫(kù)閘閥之間(以及出口閘閥以下)管段發(fā)生。

2.6.2三通球閥完全消除關(guān)閉直接水錘

圖1　三通T型球閥每轉(zhuǎn)1/4周切斷導(dǎo)通介質(zhì)流向圖

如把出口開關(guān)與壩前通往大庫(kù)的開關(guān)合二為一,在壩前安裝三通球閥開關(guān),實(shí)現(xiàn)B、C狀態(tài)的切換(圖1)?？裳芯扛脑霻型球閥,不難實(shí)現(xiàn)切換中T球閥內(nèi)入出通道不嚴(yán)重縮徑(嚴(yán)禁通道切斷, X、A狀態(tài)嚴(yán)禁出現(xiàn)),慣性內(nèi)水泄入大庫(kù),則(除球閥出口以下段外)完全消除關(guān)閉導(dǎo)流較大的直接水錘。

2.6.3導(dǎo)流安全的其他問題

通過實(shí)驗(yàn)研究確定導(dǎo)流進(jìn)水口最低安全水位,并采取措施,避免導(dǎo)流管進(jìn)氣與放空;一旦進(jìn)口進(jìn)氣就關(guān)閉出口閘閥,再開啟通往大庫(kù)水體的閘閥,內(nèi)水上行利于排氣,排氣畢關(guān)閉進(jìn)口閥門,待恢復(fù)正常工況再次開啟導(dǎo)流設(shè)施。在導(dǎo)流管道最上端第一段的中部,利用管段內(nèi)進(jìn)入的氣體浮力與上升運(yùn)動(dòng),自動(dòng)打開連通大庫(kù)的開關(guān),并提前關(guān)閉出口,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)上述保護(hù)管道防浮力破壞的程序。

研究管道內(nèi)水流因?yàn)閷?dǎo)流開關(guān)非穩(wěn)定流的對(duì)閥門、管道支撐固定的沖擊力,研究確定在轉(zhuǎn)彎處影響較大的敏感的管道固定支點(diǎn)采用減避震器,即允許非破壞性軸向與橫向串動(dòng)緩沖,以保護(hù)支撐固定結(jié)構(gòu),避免管道各固定結(jié)構(gòu)連鎖破壞。導(dǎo)流管道可研究設(shè)置增、減壓閥。由于虹吸結(jié)構(gòu)的原因,運(yùn)行期調(diào)壓池措施行不通。

入口出口皆關(guān)閉后,庫(kù)內(nèi)導(dǎo)流管可開啟通往庫(kù)內(nèi)水體的控制開關(guān),使導(dǎo)流管處于不承壓狀態(tài),以延長(zhǎng)導(dǎo)流設(shè)施使用壽命。在壩頭緊臨出口閘閥處,或?qū)Ч茉诟眽蜗掠翁幣c死水位處,可設(shè)置兼具水錘泄水與城市供水取水功能的閘閥。

2.7防止淤塞

利用大庫(kù)清水或副壩外建清水池,每當(dāng)導(dǎo)流渾濁洪水后,在保證導(dǎo)流設(shè)施安全的前提下,適量利用部分水頭余量?jī)?chǔ)備高速導(dǎo)流清水,置換清水越冬,防止泥沙長(zhǎng)期滯留附著管道。

2.8管線監(jiān)控

管線間隔重點(diǎn)地安裝壓力傳感器,監(jiān)測(cè)管內(nèi)壓力。若發(fā)現(xiàn)壓力過大,管道破損,反向?qū)Я鲀?nèi)水上行間歇注入壓縮空氣沿線查找出氣冒泡點(diǎn),或利用特殊軟套套管拖行力傳感探測(cè),以及水下攝像查找,標(biāo)記并GPS定位,適時(shí)維護(hù)(外壓大于內(nèi)壓利于外粘貼,有水下蛋白黏合劑報(bào)道);但若發(fā)現(xiàn)壓力過小,應(yīng)立即關(guān)閉管道出口,開啟通往大庫(kù)的開關(guān),排氣后關(guān)閉入口閘閥,并保護(hù)管道,待解除異常情況(即管道入口外水位過低,出現(xiàn)了放空進(jìn)氣的情況),再次開啟導(dǎo)流[6-9]。

2.9副壩選型

原副壩泥巖心墻土石壩也考慮了兩面迎水,但兩面迎水高程以下壩體應(yīng)嚴(yán)格控制上壩石料足夠耐水并保證強(qiáng)度。

其他技術(shù)問題,如管道外部可能的風(fēng)浪、水流、地震的荷載需要研究規(guī)避和采取的結(jié)構(gòu)措施,如可研究特別設(shè)置低強(qiáng)度螺栓法蘭接管。

本研究突破完全消除關(guān)閉的直接水錘三通球閥技術(shù),以及運(yùn)用兩自由度緩沖滑軌支撐結(jié)構(gòu),利用庫(kù)水為介質(zhì)的液壓阻尼器,鎮(zhèn)墩、支墩的設(shè)計(jì)施工,加速導(dǎo)流取水等是該管道工程關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新之處。

總的來說,在項(xiàng)目特殊工況下,導(dǎo)流設(shè)施較大直接水錘問題可以得到根本的消除和規(guī)避,在這一關(guān)系管道系統(tǒng)安全與造價(jià)的問題上,其他管道系統(tǒng)難以企及,非常難得。

3　經(jīng)濟(jì)可行性

3.1新增經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出

如果年導(dǎo)流932萬m3,相應(yīng)增加等量調(diào)水并入自來水管網(wǎng),而業(yè)主公司產(chǎn)業(yè)鏈涵蓋了水源、輸水、自來水水廠與管網(wǎng)業(yè)務(wù),故可按現(xiàn)行1.825元/m3單價(jià)計(jì)算,則增加年經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出約1 701萬元。在新增計(jì)算口徑上僅考慮導(dǎo)流。

3.2新增經(jīng)濟(jì)投入

從大壩到副壩管線長(zhǎng)7.87 km。2015年4月詢價(jià)的結(jié)果是:560 mm管徑(流速1.20 m/s左右,年導(dǎo)流932萬m3),0.6 MPa抗壓強(qiáng)度, 519元/m,7 070 m(設(shè)計(jì)自流段);0.8 MPa, 636元/m,500 m(包括自流虹吸過渡段與較小虹吸壓力段);1.0 MPa,777元/m,300 m(較大虹吸壓力段),則PE管材投資計(jì)約422.043萬元。

經(jīng)估算,閥門3臺(tái)計(jì)10萬元;上游段郭家灣、西家彎以及副壩下游河槽裁彎取直可縮短930 m,成溝埋管工程約100萬元;支撐固定砼結(jié)構(gòu)、金屬結(jié)構(gòu)建安費(fèi)計(jì)120萬元。

副壩原設(shè)計(jì)就兩面迎水,在排洪隧洞入口保留并改造圍堰成滾水壩,并建閘,即可成三岔型河道水庫(kù),長(zhǎng)3 000余m,寬均50～10 m,庫(kù)容近50萬m3,水深達(dá)7～5 m,水位可達(dá)416 m以上，這幾乎不增加投資。調(diào)水與水處理等也幾乎不新增加投入。

瓦滓排洪渠工程從4#副壩上游約400 m處卞家橋起,沿學(xué)堂頭溝逆流而上,通過隧洞穿張家坳分水嶺,匯入月波河,流經(jīng)三江匯口入月溪河。排洪渠線總長(zhǎng)8 610.88 m,其中,渠道長(zhǎng) 923.3 m,隧洞總長(zhǎng)1 305.58 m,連接段長(zhǎng)290.54 m,河道改造段長(zhǎng)5 930.22 m。概算投資分為:排洪洞工程1 870.99萬元,排洪渠工程921.85萬元[1]。如導(dǎo)流則大部被分流,可對(duì)排洪渠護(hù)坡與月波河疏浚調(diào)整。純新增經(jīng)濟(jì)投入預(yù)計(jì)632萬～850萬元(工料對(duì)半估算則850萬元,未計(jì)上述設(shè)計(jì)調(diào)整)。

3.3效益指標(biāo)

導(dǎo)流10年計(jì)算期增量效益費(fèi)用比達(dá)26(而管道使用壽命50年),新增投資回收期(1個(gè)汛期)1年?？梢?新增方案經(jīng)濟(jì)可行。相對(duì)小井溝水利工程27億元投資開發(fā)利用2.7億m3水資源,新增不到1 000萬元投資導(dǎo)流副壩庫(kù)外水源,可獲得1 000萬m3的水資源開發(fā)利用效益,無疑經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)越。

4　環(huán)境效益與供水水質(zhì)保證效益

4.1有利于下游水生態(tài)保護(hù),增加飲用水源

導(dǎo)流向壩下補(bǔ)水,較水庫(kù)水下泄更有利于下游水生態(tài)保護(hù),因?yàn)閷?dǎo)流水具有河道水質(zhì)和原河道水環(huán)境的周期性,使生態(tài)補(bǔ)水更可靠,更有保證;同時(shí)也減少了對(duì)月波河原生態(tài)的影響。鑒于現(xiàn)在新店水庫(kù)水中氯化物偏高,如作為集中式生活飲用水地表水源地應(yīng)予相應(yīng)的治理和保護(hù),在治理達(dá)標(biāo)前,新店水庫(kù)水下泄期間可導(dǎo)流供生態(tài)利用。另新店水庫(kù)下游現(xiàn)有1個(gè)鹽廠廢水排入趙家河,需要關(guān)閉取締排放。

4.2取水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)防范

鑒于水庫(kù)水質(zhì)保護(hù)面臨長(zhǎng)山鎮(zhèn)生活污水特別是上游(自貢境外)工業(yè)排放較嚴(yán)峻局面,長(zhǎng)山鎮(zhèn)污水處理廠不滿足原設(shè)計(jì)A2O處理工藝,對(duì)新建的污水處理廠擬按照Ⅳ類水質(zhì)出水要求,采用膜生物法等新工藝,實(shí)現(xiàn)提標(biāo)排放一步到位,然而其300萬m3/a的Ⅴ類排放轉(zhuǎn)為Ⅳ類水排放,對(duì)劣Ⅲ類干流2億m3/a徑流水質(zhì)改善的效果不會(huì)顯著[10]。大壩發(fā)電取水用水不進(jìn)開闊庫(kù)區(qū)而是到壩前左岸干渠取水口,干流補(bǔ)水直抵壩前,右岸支流鐵山河開闊庫(kù)區(qū)相對(duì)優(yōu)質(zhì)水難以或者說根本就不能自流抵近干流左岸取水口,深水河道自然凈化能力差,凈化時(shí)間較短,因此,存在一定取水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。如必要可利用導(dǎo)流設(shè)施伸入水庫(kù)3 km的水庫(kù)中西部(如觀音橋、金山島附近)實(shí)現(xiàn)從Ⅱ類水質(zhì)水體[2]取水,年取水量可達(dá)1 398萬m3,伸入水庫(kù)1 km,改用0.63 m管,則可年取水3 243.9萬m3,鐵山河產(chǎn)水約6 000萬m3/a?？裳芯坎捎?大庫(kù))水機(jī)與(導(dǎo)流)水泵軸傳動(dòng)技術(shù),內(nèi)外管同軸軸流泵技術(shù)(內(nèi)管段旋轉(zhuǎn),內(nèi)管內(nèi)外皆有泵葉片而外葉片可調(diào)節(jié),外管與內(nèi)管間的大庫(kù)水流直接推動(dòng)內(nèi)管的導(dǎo)流水流),利用大庫(kù)取水洞水流(對(duì)吶叭口放大降速的導(dǎo)流水)負(fù)壓抽吸作用,或枯水期外來動(dòng)力,加速導(dǎo)流取水入干渠。

4.3時(shí)分取水調(diào)水,節(jié)約人工凈化成本

由于Ⅱ類水質(zhì)取水量與城市居民供水量可比,因此可顯著提高城市供水取水水質(zhì),并可以適當(dāng)降低越溪河上游污水處理廠的負(fù)荷與出水水質(zhì)要求[10],污水處理廠僅進(jìn)行A2O工藝處理。干流水主要供發(fā)電灌溉利用,采用時(shí)分取水、調(diào)水、供水技術(shù),城市用水盡量利用開闊庫(kù)區(qū)具有自然凈化能力的鐵山河產(chǎn)水,這樣可減輕自來水廠的水處理負(fù)荷,節(jié)約自來水廠水質(zhì)凈化處理的成本費(fèi)用。

小井溝水源保護(hù)區(qū)的劃分應(yīng)根據(jù)水庫(kù)蓄水試運(yùn)行情況進(jìn)一步論證,按照法定程序,組織一類、二類與準(zhǔn)保護(hù)區(qū)劃分的科學(xué)論證,保證調(diào)水取水達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)的目標(biāo),并做好干渠污染防治與水質(zhì)保護(hù),充分利用30 km干渠自然凈化的能力,爭(zhēng)取調(diào)水到達(dá)調(diào)節(jié)水庫(kù)時(shí)達(dá)Ⅱ類水質(zhì)(據(jù)監(jiān)測(cè)資料,調(diào)節(jié)水庫(kù)榮縣雙溪水庫(kù)除總氮、偶總磷指標(biāo)為Ⅲ類或略超外,其余指標(biāo)基本達(dá)到Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn);而越溪河榮縣入境斷面Ⅴ類水質(zhì)經(jīng)30 km河道到入庫(kù)斷面時(shí),水質(zhì)可自然凈化到Ⅲ類)。

5　結(jié)　語

從小井溝水庫(kù)副壩上游匯水導(dǎo)流至主壩下游的導(dǎo)流項(xiàng)目,技術(shù)上是可行的,并具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益。如果城市供水市場(chǎng)成為現(xiàn)實(shí),并且同時(shí)滿足區(qū)域水資源配置規(guī)劃、分配控制指標(biāo)等條件,即可對(duì)導(dǎo)流項(xiàng)目開展進(jìn)一步的工程研究設(shè)計(jì)并付諸實(shí)施。

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Feasibility study and benefit analysis of catchment diversion from upstream of auxiliary dam of Xiaojinggou Reservoir to downstream of its main dam

HE Bencai1, SU Aili2, HE Mu2, GAO Dan2, WO Linhong2,ZHANG Liwei2

(1.WaterResourcesandHydropowerPlanningandDesignGeneralInstitute,MinistryofWaterResources,Beijing100120,China;2.XiaojinggouWaterConservancyEngineeringSupervisionDepartmentforEnvironment,SoilandWaterConservation,RongCounty643000,China)

This paper demonstrates the technical and economic feasibilities of the scheme for catchment diversion from upstream of the auxiliary dam of the Xiaojinggou Reservoir to downstream of its main dam. The environmental benefits of this scheme and the quality of supplied water are analyzed. The results show that the scheme is technically feasible, it has noteworthy economic and environmental benefits, and the quality of water supplied to the urban area can be significantly improved.

diversion; upstream of auxiliary dam; downstream of main dam; underwater pipeline; urban water supply; benefit analysis; feasibility study; Xiaojinggou Reservoir

10.3880/j.issn.1004-6933.2016.05.011

何本才(1963—),男,高級(jí)工程師,主要從事水利工程環(huán)境保護(hù)與水土保持監(jiān)理工作。E-mail:hebencai@giwp.org.cn

TV213.4

A

1004-6933(2016)05-0053-05

2016-01-20編輯：彭桃英)