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        福林水庫(kù)灌溉輸水管道設(shè)計(jì)探討

        2021-08-12 07:07:28羅文
        建材與裝飾 2021年23期
        關(guān)鍵詞:福林綦江壩址

        羅文

        (重慶國(guó)昂工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司,重慶 400000)

        0 引言

        近年來,隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,重慶市各地工農(nóng)業(yè)用水量出現(xiàn)不同程度的提升。以綦江區(qū)為例,為了滿足境內(nèi)產(chǎn)業(yè)園區(qū)的建設(shè)、生活供水以及農(nóng)業(yè)灌溉等用水需求,興建一系列供水工程勢(shì)在必行。福林水庫(kù)工程輸水沿線地形地勢(shì)復(fù)雜,輸水管道內(nèi)外壓都比較大。

        1 項(xiàng)目概述

        綦江區(qū)福林水庫(kù)工程位于重慶市綦江區(qū)東溪鎮(zhèn)境內(nèi),水庫(kù)壩址坐落于綦江左岸一級(jí)支流——福林河上,距東溪鎮(zhèn)約7km、距綦江城區(qū)約56km,對(duì)外交通條件較好。福林水庫(kù)工程開發(fā)任務(wù)是以農(nóng)業(yè)灌溉和場(chǎng)鎮(zhèn)供水為主,兼有灌區(qū)農(nóng)村人畜飲水等綜合效益。水庫(kù)正常蓄水位498.00m,死水位455.00m,調(diào)節(jié)庫(kù)容936萬m3,總庫(kù)容1129萬m3,灌溉面積3.68萬畝,為東溪、趕水、篆塘場(chǎng)鎮(zhèn)提供原水年均733萬m3,灌區(qū)農(nóng)村人畜供水量年均100萬m3。福林水庫(kù)工程由樞紐工程和輸水工程(灌區(qū)和供水)兩部分組成。樞紐工程主要包括大壩、溢洪道、取水塔、引水隧洞、上壩道路和附屬管理房等;輸水工程主要由總干渠、新廟干渠、篆塘支渠、趕水支渠以及渠系建筑物組成。

        2 自然條件

        2.1 水文條件

        (1)徑流。福林水庫(kù)位于福林河中上游,壩址位于福林場(chǎng)上游約600m的魚池灣附近,壩址以上流域面積45.19km2,河道長(zhǎng)16.61km,河道比降39.62‰,多年平均流量為0.803m3/s,徑流深560.4mm。徑流的年內(nèi)變化與降雨一致。

        (2)洪水。福林河流域?yàn)榈湫偷纳絽^(qū)性河流,洪水發(fā)生時(shí)間與暴雨一致。每年4月下旬開始進(jìn)入汛期,5—9月為本流域大暴雨多發(fā)季節(jié),特大暴雨、洪水常發(fā)生在此時(shí)期,而8月本流域常發(fā)生伏旱,若遇暴雨也有較大洪水發(fā)生。10月以后,副高南移,流域內(nèi)降水較多,但雨強(qiáng)較小,一般不會(huì)形成大洪水。福林河流域內(nèi)河谷深切,岸坡較陡,流域內(nèi)洪水具有匯集快,洪水過程陡漲陡落,峰型尖瘦,峰頂持續(xù)時(shí)間短的特點(diǎn)。據(jù)調(diào)查,水庫(kù)壩址以上洪水過程多為單峰,歷時(shí)約24h左右,最大洪量主要集中在6h內(nèi),福林水庫(kù)壩址設(shè)計(jì)洪峰流量成果見表1。

        表1 壩址設(shè)計(jì)洪峰流量成果

        2.2 氣象條件

        綦江區(qū)屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū),氣候溫和,四季分明,無霜期長(zhǎng),春季回溫較早但常受寒潮影響出現(xiàn)倒春寒,初夏雨量豐沛,盛夏炎熱多伏旱,秋多綿雨,冬無嚴(yán)寒,云霧較多。福林河流域無水文、氣象測(cè)站,鄰近有綦江氣象站,根據(jù)鄰近綦江氣象站1970—2017年實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì):多年平均氣溫為18.6℃,年內(nèi)以1月氣溫最低,平均為7.2℃,8月氣溫最高,平均為28.0℃,極端最高氣溫42.3℃,極端最低氣溫為-1.7℃。多年平均年降水量為1052mm,多年平均相對(duì)濕度為77%,平均無霜期328天,平均日照時(shí)數(shù)1244h,多年平均風(fēng)速1.5m/s,多年平均最大風(fēng)速11.2m/s,極端最大風(fēng)速26m/s,最多風(fēng)向NW。

        2.3 地形地質(zhì)條件

        庫(kù)區(qū)處于四川盆地東部邊緣的渝東平行嶺谷區(qū)的中峰寺向斜端北東翼,地形地貌受構(gòu)造和地層巖性控制明顯,局部地區(qū)亦與外營(yíng)力作用關(guān)系密切。庫(kù)區(qū)地勢(shì)西高、東低。區(qū)內(nèi)地形主要為切割較強(qiáng)烈形成的方山臺(tái)地地形,河谷呈大致對(duì)稱的“V”字型。庫(kù)周兩岸山體寬厚,地表分水嶺高程965~1100m,相對(duì)高差500~600m。根據(jù)地貌成因劃分為構(gòu)造剝蝕中深切割臺(tái)狀中低山地貌和侵蝕堆積河谷地貌,以剝蝕地貌為主,河流兩岸偶見崩積堆積臺(tái)地。建庫(kù)河段屬于福林河下游段,水庫(kù)沿岸水系呈樹枝狀發(fā)育,除庫(kù)首右岸發(fā)育較大支溝小龍溪常年有水外,水庫(kù)區(qū)左岸還發(fā)育一條細(xì)支流,右岸還發(fā)育兩條細(xì)支溝,細(xì)支溝一般呈季節(jié)性流水。

        3 水庫(kù)規(guī)模及徑流調(diào)節(jié)計(jì)算

        3.1 來水過程線

        福林水庫(kù)壩址以上集雨面積45.19km2,多年平均來水量2533萬m3。本次徑流調(diào)節(jié)計(jì)算采用水文計(jì)算提供的1965年4月—2014年3月長(zhǎng)系列逐月徑流資料,與可研階段一致。

        3.2 用水過程線

        根據(jù)水資源供需分析,求得各方案設(shè)計(jì)水平年1965年4月—2014年3月逐月需水庫(kù)供水過程線,扣除現(xiàn)有水利設(shè)施可供水量外,多年平均需水庫(kù)供水量為1715.4萬m3,其中,農(nóng)業(yè)灌溉需水量882.4萬m3、城鎮(zhèn)生活需水量733萬m3、灌區(qū)農(nóng)村人畜需水量100萬m3。福林水庫(kù)建設(shè)后,生態(tài)需水流量采用水庫(kù)壩址本流域多年平均流量的10%進(jìn)行計(jì)算,則水庫(kù)壩址需下泄生態(tài)流量0.08m3/s(折合年徑流量253萬m3)。水庫(kù)年均損失水量為蒸發(fā)損失和滲漏損失之和。通過徑流調(diào)節(jié)計(jì)算,水庫(kù)多年平均蒸發(fā)損失量為6萬m3。結(jié)合有關(guān)資料并參考類似工程情況,取水庫(kù)滲漏損失水量為水庫(kù)時(shí)段蓄水量的1.0%。通過徑流調(diào)節(jié)計(jì)算,水庫(kù)多年平均滲漏損失量為86.1萬m3。

        3.3 水位庫(kù)容曲線

        采用我院實(shí)測(cè)的1:2000庫(kù)區(qū)地形圖量算的福林水庫(kù)水位面積、水位庫(kù)容曲線成果。設(shè)計(jì)徑流調(diào)節(jié)計(jì)算考慮福林水庫(kù)庫(kù)區(qū)泥沙淤積后20年后的水庫(kù)水位庫(kù)容曲線成果。

        3.4 徑流調(diào)節(jié)計(jì)算

        根據(jù)本工程的開發(fā)任務(wù),考慮到城鎮(zhèn)用水保證率比農(nóng)田灌溉保證率高的特點(diǎn),擬定水庫(kù)徑流調(diào)節(jié)計(jì)算的原則為:優(yōu)先滿足場(chǎng)鎮(zhèn)供水及灌區(qū)農(nóng)村人畜飲水,再根據(jù)來水和水庫(kù)調(diào)蓄能力滿足灌溉用水。為保證場(chǎng)鎮(zhèn)供水,擬定當(dāng)水庫(kù)水位介于455.00~466.00m之間運(yùn)行時(shí),水庫(kù)只提供場(chǎng)鎮(zhèn)供水及灌區(qū)農(nóng)村人畜飲水,不提供灌溉用水。根據(jù)調(diào)節(jié)計(jì)算原則,采用時(shí)歷法,根據(jù)來水與用水長(zhǎng)系列逐年逐月過程進(jìn)行計(jì)算,蓄水期在滿足用水的前提下,水庫(kù)盡早蓄水,直到正常蓄水位,供水期當(dāng)水庫(kù)水位將到死水位時(shí),若用水大于來水則水庫(kù)無法滿足供水要求,發(fā)生缺水,計(jì)為供水破壞。計(jì)算起點(diǎn)以死庫(kù)容作為初始庫(kù)容,本時(shí)段的末庫(kù)容即為下一時(shí)段的初庫(kù)容,逐年逐月進(jìn)行計(jì)算,直到系列末。

        考慮福林水庫(kù)為多年調(diào)節(jié)水庫(kù),以水庫(kù)水位487m(考慮20年淤積后相應(yīng)蓄水量535萬m3)起調(diào),計(jì)算得福林水庫(kù)壩址正常蓄水位498.00m,死水位455.00m,調(diào)節(jié)庫(kù)容936萬m3。經(jīng)過1965—2014年49年長(zhǎng)系列的徑流調(diào)節(jié)計(jì)算,可以得出:水庫(kù)缺水年為16年,根據(jù)《水利工程水利計(jì)算規(guī)范(SL 104—2015)》第7.1.2條條文說明之規(guī)定,在統(tǒng)計(jì)破壞年時(shí),一般可以把缺水率小于等于5%的年份不作為破壞年統(tǒng)計(jì),水庫(kù)實(shí)際破壞年為11年,農(nóng)田灌溉保證率為76.0%;城鄉(xiāng)供水破壞月為13月,場(chǎng)鎮(zhèn)供水保證率為97.6%。福林水庫(kù)多年平均供水量為1646.6萬m3,多年平均缺水量為68.8萬m3。

        3.5 水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算

        福林水庫(kù)正常蓄水位498.00m,相應(yīng)庫(kù)容1018萬m3,死水位455.00m,調(diào)節(jié)庫(kù)容936萬m3,校核洪水位500.18m,總庫(kù)容1129萬m3,樞紐屬Ⅲ等中型工程,最大壩高為超70m的混凝土面板堆石壩,其建筑物級(jí)別提高為2級(jí),但洪水標(biāo)準(zhǔn)不提高,按50年一遇洪水設(shè)計(jì)、1000年一遇洪水校核。經(jīng)調(diào)洪演算,校核洪水時(shí),溢洪道下泄677m3/s,相應(yīng)的水位為500.18m;設(shè)計(jì)洪水時(shí),溢洪道下泄431m3/s,相應(yīng)的水位為498.18m。

        4 設(shè)計(jì)參數(shù)比選

        4.1 管材選擇

        本工程輸水沿線地形地勢(shì)復(fù)雜,輸水流量較小,根據(jù)經(jīng)濟(jì)流速確定的管徑為0.2m和0.6m。輸水線路沿途坡度變化較大,輸水管道內(nèi)外壓都比較大。同時(shí),線路轉(zhuǎn)彎數(shù)量多,輸水保證率也要求高。因此,管道選材應(yīng)具備的特點(diǎn)如下:

        (1)可以承受相應(yīng)的壓力。該項(xiàng)目管道為承壓管道,本文所研究輸水線路的最大靜水頭約為100m。一般情況下,非金屬管道的最大正常工作壓力約為允許工作壓力的0.67~0.71倍。如果水錘壓力比較大時(shí),允許工作壓力取值會(huì)相應(yīng)提高,考慮到非金屬管道在壓力下的狀態(tài),不得使用。

        (2)因?yàn)楣┧猛景ㄈ祟惡蜕笥盟?,所以?duì)水的質(zhì)量要求很嚴(yán)格。管道長(zhǎng)時(shí)間與水接觸時(shí),不得產(chǎn)生有毒、有害化學(xué)物質(zhì)。

        (3)管材應(yīng)該具有相應(yīng)的抵抗外部荷載的能力。本文研究對(duì)象使用埋管,由于沿途地形多變,埋深范圍相應(yīng)多變,部分地區(qū)涉及河流、公路,管材應(yīng)有承載填土靜荷載、交通動(dòng)荷載、溫差、不均勻沉降等荷載的能力。

        (4)應(yīng)具備一定的防腐性能。尤其對(duì)于金屬等易腐管材,防腐措施必不可少。

        (5)滿足工程任務(wù)的同時(shí),盡量降低成本;管材不易老化,并且能夠使用較長(zhǎng)時(shí)間;管材之間易于連接,滿足各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。

        4.2 球墨鑄鐵管設(shè)計(jì)

        球墨鑄鐵管根據(jù)《給水排水工程埋地鑄鐵管管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程(CECS 142—2002)》中相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算。球墨鑄鐵管管道結(jié)構(gòu)應(yīng)按下列兩種極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì):

        (1)承載能力極限狀態(tài),即管道結(jié)構(gòu)達(dá)到最大承載能力,管壁因材料強(qiáng)度被超過而破壞,管道結(jié)構(gòu)作為剛體失去平衡而上浮或滑移,管壁截面喪失穩(wěn)定;

        (2)正常使用極限狀態(tài),即管道的豎向變形超過正常使用的變形。

        4.3 鋼管防腐形式選擇

        因?yàn)橛兄己玫哪透g性和附著力,環(huán)氧樹脂已被用于鋼管防腐。環(huán)氧樹脂是極性分子,有較好的附著力。但它是熱固性物質(zhì),因此不耐顛簸。聚乙烯是熱塑性材料,具有良好的柔韌性,但附著力較差,所以將兩者組合使用能夠成為現(xiàn)階段最好的選擇。本工程的鋼管采用涂塑復(fù)合鋼管,防腐型式為內(nèi)熱熔結(jié)環(huán)氧涂層、外聚乙烯。

        5 結(jié)語(yǔ)

        水庫(kù)工程輸水管道沿線地形地勢(shì)復(fù)雜,輸水管道內(nèi)外壓都比較大。同時(shí),輸水線路途經(jīng)多處陡坡,線路轉(zhuǎn)彎數(shù)量多,因此選擇球墨鑄鐵管作為主要管材,在穿越公路或遇到陡坡(>16°)時(shí)采用鋼管。在保證安全的同時(shí),有利于加快施工進(jìn)度、節(jié)約投資,在同類工程中具有積極意義。

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