陳獻偉

（新疆建設兵團第九師聯拓工程咨詢有限公司，新疆 塔城 834601）

抗旱應急水庫連通工程輸水建筑物的比選分析

陳獻偉

（新疆建設兵團第九師聯拓工程咨詢有限公司，新疆 塔城 834601）

輸水建筑物在方案設計時，存在技術和經濟不可兼得的現象?；诘诰艓熞涣鍒F抗旱應急水庫連通工程，提出兩種輸水建筑物的布置方案，即渠道+管道輸水方案和管道輸水方案，采用所推導的技術經濟學的比較公式，以定性定量結合的方法對輸水建筑的方案進行比選，通過對比得出：方案一經濟性較好而技術效果相對較差，方案二則反之，依據所推導的技術經濟學公式，選定管道輸水方案。

輸水建筑物；渠道輸水；管道輸水；技術經濟學；方案分析

水的輸送方式有明渠和管道2種[1-2]，前者一般經濟性較好，但技術效果較差，比如輸水效率低、水量損失、蒸發(fā)嚴重等[3]，而后者一般造價相當較高，但技術效果較好，比如節(jié)水、占用土地少、凍脹變形等[4]，因此，在進行輸水建筑物設計時，就要考慮兩者如何協調以及如何選出技術性和經濟性較好的方案，但往往技術效果和經濟效果不能兼得[5]，這就需要進行技術經濟學的相關分析，本文以第九師一六五團抗旱應急水庫連通工程為例，對其輸水建筑物進行比選分析。

1 概況

第九師一六五團抗旱應急水庫連通工程項目涉及團場包括一六五團、一六八團、一六七團。其中工程區(qū)位于一六五團八連，保障范圍位于一六五團卡因達水庫灌區(qū)0.71萬畝耕地、烏什水水庫灌區(qū)的2.21萬畝團場基本口糧田（其中一六八團1.29，一六七團0.92萬畝）。工程規(guī)劃在滿足一六五團卡因達水庫所控制的0.71萬畝耕地所需水量的基礎上，還需將其灌溉以外的120.1萬m3(考慮損失后，實際調入烏什水水庫水量為110.7萬m3)水調于一六八團烏什水水庫，將其水量作為下游2.21萬畝團場基本口糧田6月份的抗旱應急水源，以保障下游水庫灌區(qū)干旱年缺水的基本口糧田作物生長關鍵期用水。

輸水任務為在干旱年保障卡因達控制灌區(qū)正常供水的情況下，將其余其洪水調配到一六八團烏什水水庫，作為其下游灌區(qū)基本口糧田作物6月份的抗旱應急水源，保證作物生長關鍵期用水。工程具有調水和引水兩個作用。

輸水建筑物對應急水庫連通工程至關重要，為保證輸水建筑物建設的科學性、合理性與經濟性，以兩種方案（“渠道+管道輸水”方案和“管道輸水方案”）對輸水建筑物的比選進行專門分析。

2 方案一：渠道+管道輸水

卡因達水庫向烏什水水庫輸水采用明渠+引水管道方案，卡因達水庫向一六八團烏什水水庫調水采用明渠引水的形式，卡因達水庫下游灌區(qū)采用自壓管道形式。

2.1 明渠輸水工程

渠道主要作用是將卡因達水庫非灌溉用水引至烏什水水庫引水渠中，在通過烏什水水庫引水渠向下游一六八團烏什水水庫調水。

渠道布置需對沿線地層巖性，地下水埋深，建筑材料來源和現狀渠系建筑物等因素進行考慮。管道沿現狀卡因達西一支渠渠線布置，新建渠道可以在原渠旁與管道平行布置，或重新選線布置。因在管道4+095處地面高程為860.79 m，遠遠小于烏什水水庫引水渠連接點高程905.34 m，故明渠不能沿管道沿線布置，故需重新選線。

根據地形資料，本工程渠道0+000～3+650段縱斷面設計主要依據現有卡因達東支渠的渠底縱坡布置，3+650～9+000段則結合現狀地形坡降，地層巖性等因素布置。渠道總長9 km，設計流量0.58 m3/s，加大流量0.75 m3/s，渠道采用梯形斷面，經計算:底寬 0.5 m，渠深 0.75m，邊坡系數 1∶1.5,上口寬 2.75 m，水深0.42 m，具體詳見表1。根據《水工建筑物抗凍設計規(guī)范》（SL211-2006），本項目處于嚴寒地區(qū)，砼強度等級均采用C20，F150，W6。上層采用10 cm砼板，第二層防滲結構鋪設一布一膜，膜厚0.3 mm，布重均為150 g/m2，其下采用30 cm厚砂礫石墊層。需在渠道邊板二分之一處及底部各設一道縱縫，橫縫間距均為2.5 m。填縫材料上為2.0 cm聚氨酯灌縫，下填5.5～7.5 cm苯板，預留0.5 cm預脹縫，橫縫寬度為1.5 cm。工程包括9 km渠道，1座過路涵洞、2座渡槽。渠道水利要素見表1。

表1 渠道水力要素

2.2 管道輸水工程

卡因達水庫距下游控制區(qū)域自然落差較大，可以充分利用地形落差建設成自壓管道，將所控制的耕地全部發(fā)展成自壓滴灌工程，且自壓管道工程可以減少能耗，降低運行成本，增加效益。管道首端從卡因達水庫已建消力池后的明渠段左側0+013處修建分水閘，后接DN700鋼管處引水。管道末端接待建滴灌系統首部。管道控制面積0.71萬畝，為團場口糧田和經濟作物主產區(qū)。管道總長4.32 km，設計流量0.26～0.15 m3/s，即927 m3/h～535 m3/h，經計算:管道采用 0.4 MPa～1.0 MPade450、de355UPVC管。輸水管道沿現狀卡因達西一支渠渠線布置，輸水管道與卡因達西一支渠明渠中心線平均距離4 m。

卡因達水庫向烏什水水庫輸水采用明渠+引水管道方案，即管道首端從卡因達水庫已建消力池后的明渠段左側0+013處修建分水閘，后接DN700鋼管處引水。

3 方案二：管道輸水

卡因達水庫向烏什水水庫輸水采用管道輸水方案，管道不僅負責卡因達水庫向一六八團烏什水水庫調水，還負責卡因達水庫下游灌區(qū)引水。

本次設計管道規(guī)模按干旱年5月份調水及引水同時進行的最不利的情況確定。

調水管道規(guī)模為0.58 m3/s，引水管道規(guī)模為0.26 m3/s～0.15 m3/s，可知本次設計管道規(guī)模為0.84 m3/s～0.73 m3/s。即3015 m3/h～2623 m3/h。新建管道布置在卡因達水庫西一支渠右側，管道首端從卡因達水庫已建消力池后的明渠段左側0+013處修建分水閘，后接DN800玻璃鋼管處引水，管道總長5.1 km。在管道2+270處設置分水口，控制耕地0.3萬畝，在管道4+320處設置分水口，控制耕地0.41萬畝。管道末端通過消力池消能再后通過已建烏什水引水干渠將抗旱應急水量引至烏什水水庫，以保障下游水庫灌區(qū)干旱年2.21萬畝基本口糧田作物生長關鍵期用水。管道總長5.1 km，其中0+000～2+270段為 0.4 MPaDN800玻璃鋼管，2+270～2+600段為0.4 MPaDN700玻璃鋼管，2+600～3+600段為0.6 MPaDN700玻璃鋼管，樁號3+600～5+100段為1.0 MPaDN700玻璃鋼管。輸水管道沿現狀卡因達西一支渠渠線布置，輸水管道與卡因達西一支渠明渠中心線平均距離4 m。

4 案對比分析

4.1 經濟性比較

方案二為管道輸水方案，方案一為“渠道+管道”輸水方案，首先從經濟方面進行分析：

渠道部分主要工程量：挖土方2.21萬m2，挖石方1.47萬m2，回填土方1.29萬m2，C20砼3311 m3，砂礫石墊層9516 m3，一布一膜3.14萬m2，聚氨脂13 m3，苯板65 m3，工程價格方面具有一定的優(yōu)勢。

管道的造價相對于渠道費用高出大約15%，由于保密性暫不公開總體造價，但基本判斷也可知，方案二的工程造價要高于方案一，如果從經濟性的角度考慮，應選擇經濟性較好的方案一，以此可以較大節(jié)省工程成本，但事實上，對于該應急水庫連通工程，更應該考慮技術效果，應該從技術經濟性方面去詳細考慮。

4.2 技術效果

對方案二和方案一進行技術效果比較，發(fā)現方案二表現出一定的優(yōu)勢，即“管道輸水方案”相對于“渠道+管道輸水”方案具有一定的技術效果優(yōu)勢。

（1）管道與渠道相比，在春季搶洪期，管道可將搶洪期提前，避免由于渠道內冰雪堆積、輸水不暢，而造成搶洪期推遲的問題。

（2）渠道每年5月上旬左右全渠才可按設計流量引水，管道工程按此推算，在5月上旬前只要小于管道（本次設計）引水設計流量的河道來水均可全部引入烏什水水庫，管道可提高冬季安全引水的保障率和引水可靠程度。

（3）采用管道輸水方案，冬季引水安全快捷，利用水利工程措施改善引水條件，減少人員巡視工程量，確保安全引水更為重要。

（4）該工程處于低山丘陵地帶，地形起伏較大，如用管道輸水，可避免渠道輸水條件下大開挖工程，且大開挖后的渠段，冬季將形成大量積雪，為來年春汛帶來隱患，而管道由于隨地形起伏布設，開挖量小，基本無大開挖管段，且開挖回填后，可恢復原貌。

（5）管道滲漏量小，可提高水利用率。

（6）渠道改為管道可凈化水質。渠道輸水沿渠道各類漂浮物、牲畜糞便等影響水質，管道輸水首端位于卡因達水庫已建消力池后的明渠段左側0+013處，沿途無雜物進入管道，水質有保證。

4.3 比較結果

通過上述比較，方案二在技術效果上優(yōu)于方案一，但方案二在經濟性方面要差于方案一，而從技術經濟學以及結合項目本身考慮，方案二就明顯優(yōu)于方案一，具體可以用公式（1）體現，公式（1）由技術經濟學比選公式推導而來：

式（1）中，C為結果值，該值大于1，說明方案二優(yōu)于方案一，e為經濟值，t為技術效果要點值，對于該項目，e2代表方案二的經濟值，e1代表方案一的經濟值，由上文所述方案二的經濟投資要高于方案一15%知，（1）式中分母為1.15。

t為技術效果要點值，技術要點包括應急需求、引水可靠程度、安全程度、水質、水利利用率等技術要點，下標2和1代表方案二與方案一，下標i與j值的不同，代表技術要點的不同，雖然t值無法量化，但可以基本判斷，從4.2節(jié)的分析可以看出，上述技術要點的疊加，明顯方案二減去方案一的技術要點值要大于1.15，故，C值大于1。

綜上所述，結合技術經濟學原理，認為方案二優(yōu)于方案一，故本次輸水建筑物選定方案二，即管道輸水方案。

5 結論

第九師一六五團抗旱應急水庫連通工程項目依據文中所述比選結果，最終選擇了方案二，在春季搶洪期，管道將搶洪期提前，避免了由于渠道內冰雪堆積、輸水不暢，而造成搶洪期推遲的問題，同時，管道提高了冬季安全引水的保障率和引水可靠程度，引水安全快捷，保證了水質，提高了利用率，減少人員巡視工程量，確保了安全引水。

目前，在輸水建筑物的比選上，仍存在較多的技術效果和經濟效果不能兼得兩種方案的比選，鑒于此，設計者可以參考該文的方法，從技術經濟學角度，去選出技術經濟性較優(yōu)的方案。

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2017-05-15

陳獻偉（1987-），男，河南駐馬店人，工程師，主要從事水利工程造價與項目管理工作。