張遠遠

(遼寧省石佛寺水庫管理局，沈陽 110166)

觀音閣水庫工程輸水方式及取水頭部方案比選探析

張遠遠

(遼寧省石佛寺水庫管理局，沈陽 110166)

觀音閣水庫輸水工程采取的輸水方式直接關(guān)系本溪市城市供水安全，解決本鋼和北臺鋼廠等企業(yè)用水問題，解決北臺地區(qū)的生活用水水質(zhì)問題，為本溪新城的發(fā)展提供水源保障。因此設(shè)計中在保證安全可靠的前提下，堅持技術(shù)先進、經(jīng)濟合理的原則盡可能提高輸水安全保證率。

水庫工程；輸水方式；取水口；方案比選；觀音閣水庫

1 輸水方式的選擇

1.1 輸水方式比選原則

觀音閣水庫工程處于長白山脈的南延部分，整體地勢趨勢為南東高西北低，為侵蝕斷褶低山地形，最高山峰為遼寧本溪市境內(nèi)老母嶺，山頂高程953.9m。地貌類型按其形態(tài)具體可劃分為低山、丘陵及河流谷地四類[1]。取水頭部最低水位為207.7m，用戶高程在190-140m左右。因此輸水方式可以采用無壓重力流輸水、有壓重力流輸水、加壓輸水等方式。輸水方式的選擇按照以下原則：①有良好的衛(wèi)生保護條件，輸水過程中保證所輸送的水不受污染；②輸水量穩(wěn)定可靠；③經(jīng)濟合理；④運行安全可靠、維護管理方便；⑤調(diào)度方便。

1.2 輸水方式比選

輸水方式有3個方案：①主線無壓重力流輸水，支線有壓重力流輸水；②壓力流與有壓重力流相結(jié)合輸水；③有壓重力流輸水。

方案一為主線無壓重力流輸水，支線有壓重力流輸水。主線基本為無壓隧洞，隧洞采用城門洞形無壓洞，支線為管道，有壓重力流輸水。受地質(zhì)條件限制，主洞線布置在本桓公路南部。工程不需要加壓便可以滿足用戶的水壓流量的要求。而且通過在壩下的調(diào)流、消能電站回收了大量能量，達到節(jié)能的目的[2]。

方案二為管道壓力流與有壓重力流相結(jié)合輸水。管線布置在太子河南側(cè)，沿本桓公路附近敷設(shè)，需要在三架嶺處打一條隧洞，隧洞長6km。管線經(jīng)過地區(qū)礦產(chǎn)豐富。沿線經(jīng)過一些村莊且植被較好，管線敷設(shè)時對環(huán)境影響較大。隧洞進口高程為275m，水泵揚程為63m。地形高低起伏，造成管道壓力較高，對以后的運行安全不利[3]。在山谷中敷設(shè)不利于日后的維護和檢修。

方案三為管道有壓重力流輸水。受地形限制，本方案管線只能沿太子河布置，河谷彎曲度較大的地段采用短隧洞相接，共布設(shè)隧洞4 段，最長8874m，全長約58km。管線主要鋪設(shè)于太子河河谷漫灘及Ⅰ級階地上，地層巖性主要為第四系覆蓋層砂卵礫石，一般厚1.9-7.0m。地下水水位埋深較淺，開挖多位于地下水位以下，且地下水與地表水太子河聯(lián)系密切，第四系砂卵礫石粒徑較大，透水性強，施工開挖排水難度較大，需采取防滲及明排的方式降水。

以上3個方案都能保證有良好的衛(wèi)生保護條件，輸水過程中水不會受到污染。由于輸水量要求在經(jīng)濟上和運行安全可靠、維護管理、調(diào)度方面存在的不同，其方案二水量按平均日流量101萬t/d，揚程為63m，年運行電費達到4465萬元。而一、三方案采用重力流輸水，比方案二節(jié)約了大量運行電費。其他比較見表1。

表1 輸水方式方案比較表

2 取水口位置比較

2.1 現(xiàn)有取水口情況

觀音閣水庫庫區(qū)有兩處取水口一處為觀音閣發(fā)電站輸水道位于大壩左岸壩頭處，具有水力發(fā)電﹑灌溉﹑泄洪等多種功能，該進口若作為取水口只能取到底層水，水質(zhì)無法保證，因此，不宜作為城市工業(yè)取水口。

另一處為本溪市供水的取水口，其包括3條不同高程的D3000取水洞，洞底高程分別為204m、220m、236m取水洞。每條取水洞分別已經(jīng)施工完21.7m，并且洞前設(shè)有閘門進行封堵。

2.2 取水口位置選擇

結(jié)合輸水線路布置，如取水口設(shè)在南岸便可以利用已建的部分工程，從水庫直接取水；如取水口設(shè)在北岸則必須新建取水口。

2.2.1 水庫南岸取水方案

取水頭部布置在觀音閣水庫左岸—水庫的南岸側(cè)， 該處具備良好的地形條件，巖體裸露，臨水面較陡。地層巖性主要為灰?guī)r，圍巖以微風化為主。

2.2.2 水庫北岸取水方案

進水塔布置在水庫右岸—即水庫的北岸側(cè)，取水口布置在距壩址約1000m，該處為河谷右岸丘陵地貌，巖性為寒武系灰?guī)r，該處巖溶發(fā)育頗具連通性，現(xiàn)多為空洞式半充填狀態(tài)。為了滿足最低取水水位207.7m，需建較長的引水渠，施工困難，運行存在淤積問題。另外取水頭部建于水庫凸岸處，水質(zhì)相對較差。同時管線需要穿越太子河[4]。

2.2.3 取水位置結(jié)論

從技術(shù)角度上看，水庫南岸取水位置要優(yōu)于北岸取水口位置，而且可以利用部分已建的工程。建議采用南岸取水頭部方案。

3 取水頭部方案比較

3.1 現(xiàn)有取水口情況

觀音閣水庫左壩頭已預(yù)留三層取水口及三層取水隧洞，每條取水隧洞均已施工完，并且洞前設(shè)有閘門進行封堵。頭部所處位置山體較陡。根據(jù)地形條件，取水頭部可以采用地下豎井或地上豎井兩種取水方案。

3.2 地下豎井方案

地下豎井方案包括三層取水隧洞、取水豎井、地下啟閉機室、有壓隧洞、交通洞。

新建三層隧洞，樁號由下至上分別為：下層0-134.76-0+010.925，0-134.76-0+008.360，0-108.76-0+007.005，上層0-112.35-0+003.085，其長度相應(yīng)為145.685m、115.765m、115.435m。

取水豎井位于樁號0+000.00-0+028.42，基礎(chǔ)底高程202m，豎井頂高程為266.2m，取水豎井總高65.2m、長28.42m、寬7.0m。

豎井上方啟閉機室平臺高程為267..2m，長36.72m，下部寬10m，上部最寬處寬12.4m，最高處高16.45m。洞室斷面呈城門洞形布置，拱頂為蘑菇型便于安裝吊車梁。

有壓隧洞緊接取水豎井，進口樁號0+028.42，出口樁號0+764.71，洞長736.29m。隧洞前部為喇叭口，設(shè)置10m長漸變段。洞線設(shè)2處拐點，分別位于樁號0+042.39、0+664.18處。

交通洞進口位于大壩左壩頭，全長70m，城門洞型布置，寬6m，高6.6m。

3.3 地上豎井方案

地上豎井方案包括三層取水隧洞、取水豎井、有壓隧洞、回車場、道橋、圍堰，地上豎井與地下豎井方案相比，向上游方向偏移42.86m。

新建的三層隧洞樁號由下至上分別為下層0-091.900-0+008.360，中層0-65.901-0+005.179，上層0-069.490-0+002.00，長度分別為下層100.26m、71.08m、71.49m。

取水豎井位于樁號0+000.00-0+025.39，取水豎井基礎(chǔ)底高程202m，豎井頂高程為266.2m，取水豎井總高65.2m、長25.39m、寬7.5m。

有壓隧洞緊接取水豎井，進口樁號0+025.39，出口樁號0+807.57，洞長782.18m。隧洞前部為喇叭口，設(shè)置10m長漸變段。洞線設(shè)2處拐點，分別位于樁號0+085.25、0+707.04處。

道橋進口位于大壩左壩頭，全長73m，寬7m，其中進場路長30m，橋梁長43m?；剀噲鑫挥跇蛄号c豎井相交處，面積大約100m2。

4 方案比較

根據(jù)取水頭部方案比較，地下豎井方案只有在施工工期上較地上豎井方案長，其它均優(yōu)于或等于地上豎井方案，特別是在環(huán)境影響方面優(yōu)勢很明顯，地下豎井方案對原有山體自然環(huán)境的影響幾乎為零，而由于頭部山體坡度較陡，在地上豎井方案中，盡管豎井位置的選擇已經(jīng)考慮到這點，但仍避免不了對原有山體環(huán)境的破壞，因此在技術(shù)比較上和從長遠考慮認為地下豎井方案優(yōu)于地上豎井方案[5]。

5 結(jié) 論

綜上所述，本工程采用“主線無壓重力流輸水、支線有壓重力流輸水”的輸水方式。

根據(jù)取水頭部方案比較，地下豎井方案只有在施工工期上較地上豎井方案長，其它均優(yōu)于或等于地上豎井方案，特別是在環(huán)境影響方面優(yōu)勢很明顯，地下豎井方案對原有山體自然環(huán)境的影響幾乎為零，而由于頭部山體坡度較陡，在地上豎井方案中，盡管豎井位置的選擇已經(jīng)考慮到這點，但仍避免不了對原有山體環(huán)境的破壞，因此在技術(shù)比較上和從長遠考慮認為地下豎井方案優(yōu)于地上豎井方案。

[1]宋玉強.淺談觀音閣水庫輸水工程建設(shè)的重要意義[J].中國水能及電氣化，2013(12)：62-64.

[2]王長海.觀音閣水庫工程施工的進度控制[J].水利技術(shù)監(jiān)督，2007(04)：79-80.

[3]宋玉強.淺談觀音閣水庫輸水工程建設(shè)的重要意義[J].中國水能及電氣化，2013(12)：102-103.

[4]徐德增,何建航.觀音閣水庫輸水工程經(jīng)濟評價[J].水利科技與經(jīng)濟，2011(07)：93.

[5]劉恒.觀音閣水庫壩體安全變異識別技術(shù)研究[J].吉林水利，2015(01)：18.

1007-7596(2017)10-0110-02

TV672

B

2017-09-26

張遠遠(1990-),男，河南新蔡人,助理工程師。