張 娜，黃春明

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴陽(yáng) 550002)

0 前 言

水庫(kù)是我國(guó)重要的水資源儲(chǔ)備方式，水庫(kù)調(diào)度直接影響著當(dāng)?shù)氐膰?guó)民經(jīng)濟(jì)效益，其防洪、供水的作用也對(duì)國(guó)民生計(jì)產(chǎn)生了舉足輕重的作用。代家壩水庫(kù)集雨面積較大，水資源豐沛，而代家壩水庫(kù)所在流域水資源存在嚴(yán)重的供需差異，為提高水資源利用率，減少水資源浪費(fèi)，多余棄水正好可以向相鄰沙壩水庫(kù)補(bǔ)水，以滿足沙壩水庫(kù)的供水需求，促進(jìn)當(dāng)?shù)毓I(yè)發(fā)展，提高人民生活質(zhì)量。為此，研究如何將兩座水庫(kù)連接起來(lái)，又做到社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益同步提升，是決解思南縣水資源優(yōu)化調(diào)度的重中之重。

沙壩水庫(kù)的工程任務(wù)是向雙塘工業(yè)園區(qū)供水。項(xiàng)目建成后可向該園區(qū)供水597萬(wàn)m3/a，下放環(huán)境水50.5萬(wàn)m3/a，總可供水量647.5萬(wàn)m3/a。水庫(kù)正常蓄水位660m，死水位625m，調(diào)節(jié)庫(kù)容385萬(wàn)m3，總庫(kù)容為465萬(wàn)m3，多年調(diào)節(jié)。

樞紐主要建筑物包括混凝土面板堆石壩，最大壩高64.7m，壩頂長(zhǎng)212.0m。左岸布置岸邊式溢洪道，平面總長(zhǎng)178.0m；右岸布置放空兼泵站上水管隧洞。

由于沙壩水庫(kù)壩址以上集水面積較小(僅為8.5km2)，設(shè)計(jì)流域用水缺口較大，為充分利用水資源，達(dá)到建壩成庫(kù)調(diào)蓄后最優(yōu)的供水效益，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證后，將距離壩址約7.6km外的代家壩泉水通過(guò)輸水管道引至沙壩水庫(kù)，但同時(shí)需保證原代家壩水利工程各項(xiàng)功能，故僅引代家壩棄洪水，引水流量0.5m3/s。

代家壩引水壩(代家壩泉出口)正常蓄水位618.00m，而沙壩水庫(kù)大壩正常蓄水位660m，因此，代家壩引洪水須通過(guò)泵站加壓后才能進(jìn)入沙壩水庫(kù)庫(kù)內(nèi)，并進(jìn)行水庫(kù)調(diào)蓄后向工業(yè)園區(qū)供水。而泵站位置的選擇和上水管的線路的選擇，又將是關(guān)乎本工程技術(shù)可行和投資經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵所在[1]?！皟蓭?kù)一站”平面布置示意圖見(jiàn)圖1。

1 泵站站址選擇

代家壩引水壩兩岸地形較陡，地質(zhì)條件復(fù)雜，沒(méi)有理想的泵站站址可供選擇，而且若采取管線進(jìn)口提水，則后段約7.6km的長(zhǎng)管線全線處于高壓水頭狀態(tài)，泵站揚(yáng)程也很大，極不經(jīng)濟(jì)；代家壩引水管沿線地形條件較差，溝豁縱橫，且同樣存在泵站上水管過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致?lián)P程大，運(yùn)行費(fèi)用高的問(wèn)題。因此泵站的選擇在地理?xiàng)l件滿足條件的情況下，越靠近終端沙壩水庫(kù)越經(jīng)濟(jì)。

通過(guò)初步布置及水力計(jì)算，引水管管材采用夾砂玻璃鋼管時(shí)，管線水頭損失約6m，管線完全可以重力輸水至壩址附近，也就是說(shuō)，泵站位置完全可以設(shè)置在壩腳，減小泵站上水管長(zhǎng)度，泵站最大凈揚(yáng)程53.74m，裝機(jī)3×132kW。

同時(shí)，提水泵站設(shè)置在壩區(qū)原則上可以充分利用代家壩-沙壩的寶貴水頭，同時(shí)可以方便運(yùn)行管理。如此，泵站的位置基本選定，接下來(lái)的問(wèn)題就是泵站至沙壩水庫(kù)之間上水管的路線選擇。

2 泵站上水管路線比選

泵站上水管出廠區(qū)后，存在兩條可供布設(shè)上水管的線路：

線路1：穿過(guò)沙壩水庫(kù)建庫(kù)前期的“導(dǎo)流隧洞”改造成的“放空隧洞”，實(shí)現(xiàn)“水庫(kù)放空”兼“泵站供水”功能合一，進(jìn)入庫(kù)內(nèi)；

線路2：沿大壩下游壩面，翻越壩頂，進(jìn)入庫(kù)內(nèi)。

線路1結(jié)合導(dǎo)流洞布置，由于導(dǎo)流洞必須通過(guò)改造形成放空通道，且放空管計(jì)算管徑為1.2m，為上水管、放空管的控制管徑(上水管計(jì)算管徑0.7m，<1.2m)，因此該方案對(duì)于泵站上水管，該部分投資增加為零；線路1的泵站上水管明管段(即從廠區(qū)-導(dǎo)流洞出口段)管徑為DN700，管材為Q345-C鋼管，壁厚8mm，該段長(zhǎng)度75.665m。隧洞內(nèi)埋管段由于充分利用導(dǎo)流洞進(jìn)行改造，并結(jié)合放空管進(jìn)行布置，因此該段管徑及管材受放空管控制，管徑為DN1200，管材為Q345-C鋼管，壁厚12mm。該段上水管長(zhǎng)度283.166m。

泵站上水管結(jié)合“導(dǎo)流隧洞”、“放空管”布置，放空管與泵站上水管由于不可能在同一時(shí)間段運(yùn)行，為節(jié)約投資，采用“一管三用”的布置型式，使得該工程經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)一步升級(jí)。水庫(kù)建設(shè)期，發(fā)揮泄洪導(dǎo)流作用；水庫(kù)及泵站正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)揮泵站上水管及下放環(huán)境水管的作用；當(dāng)水庫(kù)需要放空時(shí)，泵站停機(jī)，管道發(fā)揮放空作用[2-4]。

放空兼上水管與下放環(huán)境水管均布置在大壩左岸導(dǎo)流隧洞內(nèi)，導(dǎo)流洞底板高程614.10m，受壩前淤沙(617.10m)及死水位(625.00m)的限制，放空管進(jìn)口管中心高程選擇為620.60m，滿足既能在泵站提水及下放環(huán)境水管管口不被淤沙堵塞，又能滿足在死水位以下發(fā)揮放空及下放環(huán)境水功能。由于導(dǎo)流洞底板高程與放空管進(jìn)口管中心高程之間存在6.5m高差，導(dǎo)流洞高3.0m，因此放空兼泵站上水管、下放環(huán)境水管在隧洞進(jìn)口段采用“龍?zhí)ь^”的型式進(jìn)行布置。

線路2：由于本工程推薦壩型為面板堆石壩，若在壩身埋設(shè)管道解決放空及下放環(huán)境水、泵站上水通道，則面臨壩體自身不均勻沉降的問(wèn)題必須單獨(dú)設(shè)置泵站上水管并翻越壩頂進(jìn)入庫(kù)區(qū)，上水管管徑為DN700，管材為Q345-C鋼管，壁厚8mm，總長(zhǎng)度255m，提水總揚(yáng)程56.0m(含水損)。

上水管線路1 、2綜合比較見(jiàn)表1。

表1 泵站上水管線路綜合比較表

從以上綜合分析比較可知，上水管線路1占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，即采用放空管兼作泵站上水管，鋪設(shè)在“導(dǎo)流隧洞”改造后的“放空隧洞”內(nèi)的方案。因此，從方便布置及施工、節(jié)能、節(jié)省投資及方便運(yùn)行管理等角度，充分利用右岸導(dǎo)流洞進(jìn)行改造而形成水庫(kù)放空、下放環(huán)境水及泵站上水的通道，達(dá)到“一管三用”的目的?！耙还苋谩辈贾脠D如圖2所示。

圖2 “一管三用”布置圖

3 結(jié) 語(yǔ)

經(jīng)泵站站址、泵站上水管布置型式的比選，采用通過(guò)“導(dǎo)流隧洞”改造成的“放空隧洞”鋪設(shè)“泵站上水管”及“下放環(huán)境水管”的布置方案，是技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、施工方便的。主要體現(xiàn)在：

1)充分利用導(dǎo)流隧洞這一臨時(shí)建筑物，節(jié)省投資，對(duì)于投資不大的中小型水利工程建設(shè)，有至關(guān)重要的意義。

2)泵站上水管從低高程進(jìn)入庫(kù)區(qū)，避免上水管翻越壩頂造成的能量損耗，通過(guò)泵站變幅揚(yáng)程，庫(kù)區(qū)低水位時(shí)，泵站低揚(yáng)程運(yùn)行；庫(kù)區(qū)高水位時(shí)，泵站高揚(yáng)程運(yùn)行，充分滿足節(jié)能降耗要求。

3)從技術(shù)及實(shí)際實(shí)施角度，由于泵站上水管及水庫(kù)放空管的運(yùn)行不同時(shí)這一特性，充分考慮工程措施滿足導(dǎo)流洞導(dǎo)流和上水管運(yùn)行時(shí)洞口不被淤塞，以及放空管運(yùn)行時(shí)的管口高程要求，導(dǎo)流洞封堵后集成泵站上水管、大壩放空管及下放環(huán)境水管的布置，是經(jīng)濟(jì)合理的，更是一種樞紐布置的創(chuàng)新。

4)安全性方面，導(dǎo)流隧洞在整個(gè)施工期導(dǎo)流安全是滿足的；大壩建成下閘蓄水后，導(dǎo)流洞封堵改造施工，鋪設(shè)放空兼泵站上水鋼管及下放環(huán)境水管；改造施工完畢后，放空洞內(nèi)埋管在補(bǔ)水時(shí)發(fā)揮泵站上水管功能，在大壩需要放空時(shí)發(fā)揮放空管功能，兩者互不干擾互不影響。

5)在水利水電工程樞紐布置中，單體建筑物的設(shè)計(jì)往往因?yàn)榧夹g(shù)成熟、規(guī)范規(guī)定、強(qiáng)條限制而無(wú)法進(jìn)行較大幅度的優(yōu)化，但“永臨結(jié)合”、“一物多用”等思路，會(huì)給前期優(yōu)化設(shè)計(jì)帶來(lái)可觀的效果。

通過(guò)泵站及輸水管線將代家壩水庫(kù)和沙壩水庫(kù)連接起來(lái)，有效實(shí)現(xiàn)了水資源的充分利用，既在保證代家壩水庫(kù)自身功能的前提下一定程度上解決了代家壩壩下游的防洪問(wèn)題，又提高了沙壩水庫(kù)的供水效益，水盡其用，實(shí)現(xiàn)了“十三五”規(guī)劃中“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)”的發(fā)展理念。綜合考慮安全可靠、投資經(jīng)濟(jì)、施工條件及時(shí)序、運(yùn)行管理、征占地等因素，采用“兩庫(kù)一站”、“一管三用”的創(chuàng)新組合。