蘇 軍

(畢節(jié)市勘測設(shè)計(jì)研究院，貴州 畢節(jié) 551700)

1 工程概況

大方縣歸化水庫位于畢節(jié)市中心城區(qū)大方縣雙山鎮(zhèn)和七星關(guān)區(qū)岔河鎮(zhèn)的交界地帶，壩址位于長江流域?yàn)踅盗鶝_河的一級支流白甫河右岸的歸化河上，河床高程1332 m，壩址距大方縣城43 km、距七星關(guān)城區(qū)22 km。水庫校核洪水位1373.21 m，總庫容2369萬m3，正常蓄水位1372.50 m，相應(yīng)庫容為2217萬m3，汛限水位1371.00 m，死水位1360.10 m，相應(yīng)庫容為582萬m3，興利庫容1635萬m3。工程等別為Ⅲ等，工程規(guī)模為中型。工程任務(wù)為城市工業(yè)供水，主要供水對象為小壩工業(yè)園區(qū)及畢節(jié)市黔西北產(chǎn)業(yè)園區(qū)A區(qū)，年供水總量2811萬m3(保證率P=95%)，其中向小壩工業(yè)園區(qū)供水2257萬m3/a，向畢節(jié)市黔西北產(chǎn)業(yè)園區(qū)A區(qū)供水554萬m3/a；并下放環(huán)境水量2084.6萬m3/a。本工程由水源樞紐工程和供水工程部分組成，推薦壩型為C15混凝土重力壩，最大壩高59.5 m，提水泵站2座，輸水線路總長33.6 km。

2 輸水線路分析比選

2.1 供水區(qū)分布情況

根據(jù)供水區(qū)域分布情況，歸化水庫主要解決小壩工業(yè)園區(qū)、畢節(jié)市黔西北產(chǎn)業(yè)園區(qū)A區(qū)的工業(yè)用水，見圖1。小壩工業(yè)園區(qū)輸水終點(diǎn)為規(guī)劃的小壩水廠，進(jìn)水口高程1525 m；黔西北產(chǎn)業(yè)園區(qū)A區(qū)的輸水終點(diǎn)為金銀山水廠，進(jìn)水口高程為1585 m。

圖1 歸化水庫與供水區(qū)及水廠相對位置關(guān)系

2.2 輸水方式選擇

根據(jù)水源和供水區(qū)位置，并結(jié)合地形地質(zhì)及交通條件分析，本工程輸水線路具有如下特點(diǎn)，一方面輸水線路長：壩址距小壩工業(yè)園區(qū)小壩水廠直線距離8 km，壩址距畢節(jié)市黔西北產(chǎn)業(yè)園區(qū)A區(qū)的金銀山水廠直線距離15 km，而小壩水廠距金銀山水廠直線距離9 km，線路布置及水力學(xué)設(shè)計(jì)要求能保證工程長期安全可靠地供水。另一方面不具備自流供水條件：歸化水庫正常蓄水位1372.5 m，死水位1360.1 m，小壩工業(yè)園區(qū)分布高程在1440～1500 m之間，小壩水廠進(jìn)水口高程1525 m；畢節(jié)市黔西北產(chǎn)業(yè)園區(qū)A區(qū)分布高程在1465～1570 m之間，金銀山水廠進(jìn)水高程1585 m，本工程輸水區(qū)均需通過泵站提水才能達(dá)到供水要求。其次是地形、地質(zhì)條件復(fù)雜：輸水線路山地溝谷相間，地形起伏大，沖溝發(fā)育，河谷深切，交叉建筑物較多?？紤]以上工程特點(diǎn)，本工程供水采用泵站提水至高位水池后自流輸水的方式。

2.3 輸水整體線路選擇

本工程受水區(qū)均在供水水源北面，綜合考慮歸化水庫及受水區(qū)的相對位置，結(jié)合畢節(jié)市城市總體規(guī)劃布置、金海湖新區(qū)控制性詳規(guī)，七星關(guān)區(qū)控制性詳規(guī)、國土空間規(guī)劃布置、高程以及水庫與受水區(qū)之間地形地貌條件等因素，受水區(qū)與水庫之間被白甫河及蘇家梁子等山脈隔斷，只能考慮先將水經(jīng)泵站提至較高位置后再利用重力輸水至受水區(qū)。

根據(jù)輸水終點(diǎn)水廠進(jìn)水口高程及受水區(qū)高程分布情況并結(jié)合水庫特征水位高程，小壩水廠與水庫死水位高差為164.9 m，金銀山水廠與水庫死水位高差為224.9 m，供水區(qū)可采用分級提水，壩后泵站分2套系統(tǒng)分別提水至小壩水廠、金銀山水廠的高位水池，小壩水廠高位水池?cái)M底板高程1537 m，金銀山水廠高位水池?cái)M底板高程1620 m。從總體地形高程分布知，輸水管線需穿過孫家灣子北面大營山山脈，在水庫向受水區(qū)輸水方向10 km 范圍內(nèi)只有孫家灣子北面大營山山脈能滿足金銀山水廠高位水高程要求，但大營山山脈1546 m 高程線以北為生態(tài)紅線范圍，本著不能突破生態(tài)紅線的原則，本次提水采用多級提水，即壩后泵站一次提水至營盤山生態(tài)紅線范圍外較高位置的高位水池后經(jīng)重力流輸水至小壩水廠，按水力計(jì)算成果在金銀山水廠附近新建二級泵站提水至金銀山水廠。即水庫至小壩水廠為一級提水工程，黔西北產(chǎn)業(yè)園區(qū)A區(qū)輸水終點(diǎn)至金銀山水廠為二級提水工程。整體輸水線路，根據(jù)地形地質(zhì)條件，結(jié)合城市總體規(guī)劃建設(shè)要求及沿線交叉建筑物等特點(diǎn)，同時(shí)考慮輸水管總體走向朝北需穿過蘇家梁子山脈并結(jié)合受水區(qū)第一個(gè)節(jié)點(diǎn)小壩水廠的控制高程，同時(shí)管道及受水區(qū)水壓不宜太高，造成資源浪費(fèi)，通過水力計(jì)算綜合分析比較后確定整體線路為：水庫進(jìn)水管→壩后歸化提水泵站→歸化泵站上水管→高位水池→小壩水廠輸水管→小壩水廠→黔西北產(chǎn)業(yè)園區(qū)A區(qū)輸水管→海子街泵站→海子街泵站上水管→金銀山水廠。

2.4 輸水線選線原則

(1)合理布局，注重建設(shè)工程建設(shè)對生態(tài)環(huán)境影響，注重與沿線相關(guān)工程的結(jié)合，減少重復(fù)建設(shè)。(2)充分利用水庫正常蓄水位富余水頭及地形條件，有條件優(yōu)先考慮自流輸水(3)盡量縮短輸水線路，盡量避開不良地質(zhì)構(gòu)造(斷層、溶洞、暗河、滑坡等)。(4)盡量減少拆遷、少占耕地、少毀植被。(5)輸水線路與天然氣管道、高速公路、高鐵鐵路、普通鐵路及城市快速路交叉不可避免時(shí)，應(yīng)盡量利用現(xiàn)有條件穿越，以減少管線施工對交叉建筑物安全及運(yùn)行管理的干擾。(6)輸水管線的布置應(yīng)滿足城市規(guī)劃布局的要求，不占用城市規(guī)劃建設(shè)用地，盡量采用淺埋方式布置。

本工程輸水至小壩水廠和金銀山水廠。壩址至小壩水廠段兩岸地形條件復(fù)雜，高差起伏大。根據(jù)前述原則及現(xiàn)場實(shí)地踏勘，本次輸水線路擬選了沿河岸輸水和左岸穿越城區(qū)輸水2個(gè)方案比較。小壩水廠至金銀山水廠間地形條件復(fù)雜，高差起伏大，山脊線較高，軸線左右兩側(cè)地形相對平緩，右側(cè)可沿小壩工業(yè)園區(qū)至黔西北工業(yè)園區(qū)的工業(yè)大道布置，左側(cè)可沿海子街河沿岸布置。本次小壩水廠至金銀山水廠輸水管段擬選了右側(cè)沿工業(yè)大道布置和左側(cè)沿海子街河布置2個(gè)方案進(jìn)行比較，各方案分析比選見下述。

2.5 壩址至小壩工業(yè)園區(qū)輸水管段線路比選

根據(jù)管道沿線地形、取水點(diǎn)和水廠高程分布情況，輸水無法實(shí)現(xiàn)從水源自流至水廠，通過在大壩左岸下游修建泵站提水至高位水池后自流輸水至供水區(qū)。

2.5.1 方案一(左岸穿城區(qū)輸水系統(tǒng)布置)

左岸穿城區(qū)輸水系統(tǒng)布置為：壩后左岸歸化提水泵站→杭瑞高速管橋→跨成貴鐵路高架橋→高位水池→跨白甫河埋管→小壩水廠，管線總長12.27 km。泵站設(shè)計(jì)提水流量1.38 m3/s，最大揚(yáng)程197.05 m，總裝機(jī)功率5600 kW。提水管為DN1100鋼管，長5.38 km。輸水管主要采用埋管敷設(shè)，接入小壩工業(yè)園區(qū)水廠，輸水管為DN1100球墨鑄鐵管，長6.90 km。輸水管線沿線以土質(zhì)邊坡為主，局部地帶為巖質(zhì)邊坡，地形坡度10°～20°，自然邊坡穩(wěn)定。經(jīng)過的地層有永寧鎮(zhèn)組第三段(T1yn3)中厚層至厚層灰?guī)r；須家河組(T3x)巨厚層巖屑石英細(xì)砂巖夾泥頁巖，輸水線路沿線無大的不良地質(zhì)現(xiàn)象，工程地質(zhì)總體條件較好。

2.5.2 方案二(沿河岸輸水系統(tǒng)布置)

沿河岸輸水系統(tǒng)布置為：壩后左岸歸化提水泵站→壩址下游歸化河段→歸化河匯河口白甫河上游段→高位水池→小壩水廠，輸水管線總長15.43 km。泵站設(shè)計(jì)提水流量1.38 m3/s，最大揚(yáng)程256.0 m，總裝機(jī)功率7200 kW。提水管為DN1100鋼管，長9.76 km，輸水管為DN1100球墨鑄鐵管，長5.40 km。輸水管線沿線以巖質(zhì)邊坡為主，地形坡度10°～45°，自然邊坡穩(wěn)定，部分管段有陡巖。經(jīng)過的地層有侏羅系下統(tǒng)自流井組(J1z)泥頁巖及少量石英砂巖、灰?guī)r、泥灰?guī)r輸水線路沿線無大的不良地質(zhì)現(xiàn)象。

2.5.3 方案比選

(1)地形地質(zhì)及施工條件。方案一大部分管段從畢節(jié)市城市開發(fā)區(qū)城區(qū)穿過，交通較為方便；方案二管道沿歸化河、白甫河布置兩岸，施工交通不便，需新建臨時(shí)施工便道較多，沿河兩岸有局部陡崖，施工難度較大。從地形地質(zhì)及施工條件角度來看，方案一明顯優(yōu)于方案二。

(2)運(yùn)行管理方面。方案二管線較長，泵站提水揚(yáng)程高，運(yùn)行成本高，沿線地形地質(zhì)條件復(fù)雜且沿線交通條件較差，不方便后期運(yùn)行管理。方案一管線相對較短，提水總揚(yáng)程低，運(yùn)行成本低。從運(yùn)行管理方面來看，方案一優(yōu)于方案二。

(3)工程投資方面。壩址至小壩水廠輸水管段方案一、方案二輸水線路的主要投資指標(biāo)見表1。

表1 輸水建筑物投資比較

方案一工程投資8154.31萬元，方案二工程投資10 136.63萬元。方案一比方案二投資少1982.32萬元。

從工程投資、施工難度、運(yùn)行管理等因素綜合考慮，方案一為壩址至小壩水廠段的推薦方案。

2.6 高位水池至小壩水廠及金銀山水廠輸水線路比選

本工程供水采用新建泵站提水至高位水池后再自流輸水，根據(jù)輸水整體線路選擇，并結(jié)合高位水池、小壩水廠、金銀山水廠及管道沿線地形高程關(guān)系，通過水力計(jì)算分析，小壩水廠至金銀山水廠無法實(shí)現(xiàn)自流輸水，輸水管道從小壩水廠分水口處通過重力流輸水至黔西北產(chǎn)業(yè)園區(qū)西北面后所洞修建海子街泵站，經(jīng)泵站二次提水至金銀山水廠，因此至黔西北產(chǎn)業(yè)園區(qū)A區(qū)的金銀山水廠需采用2級提水方式。

同時(shí)結(jié)合供需平衡分析，歸化水庫每年提供工業(yè)用水2811萬m3(保證率P=95%)，其中向小壩水廠輸水2257萬m3/a，占比80.3%；向金銀山水廠輸水554萬m3/a，占比19.7%。小壩水廠進(jìn)水口高程1525 m，金銀山水廠進(jìn)水口高程1585 m，若從壩后歸化泵站一次性提水至較高位置同時(shí)覆蓋小壩水廠和金銀山水廠，則至小壩水廠管段需采取減壓措施，將造成資源浪費(fèi)，綜合分析至金銀山水廠輸水采用海子街泵站2級提水是合理的。

小壩水廠位于高位水池東北面，直線距離4.00 km，金銀山水廠位于高位水池北面，直線距離10.96 km，金銀山水廠位于小壩水廠西北面，直線距離8.98 km。從總體地形高程分布情況看，管線可沿高位水池向受水區(qū)輸水方向東西兩側(cè)布置。方案一：管線從高位水池后經(jīng)黃家埡口在其東北面許家田壩處跨白甫河，跨河后經(jīng)馬老殼等地后在柏楊林處分水至小壩水廠后，經(jīng)小瓦公路、力帆南路、胡家寨、工業(yè)大道、興業(yè)路等，在后所洞新建海子街泵站后提水至金銀山水廠。方案二：管線從高位水池后經(jīng)黃家埡口在其西北面大坪子跨白甫河，跨河后在李家墳山脈以隧洞穿管形式布置，管線在隧洞出口分水至小壩水廠后，沿海子街河岸經(jīng)灣子頭、劉家寨、海子街等地，在后所洞新建海子街泵站提水至金銀山水廠，以下是對兩個(gè)方案進(jìn)行分析比選。

2.6.1 方案一(右側(cè)沿工業(yè)大道輸水系統(tǒng)布置)

右側(cè)沿工業(yè)大道輸水系統(tǒng)布置為：高位水池→小壩水廠分水口→小瓦公路→力帆南路→胡家寨→水塘村→官壩村→工業(yè)大道→興業(yè)路→海子街提水泵站→金銀山水廠，輸水線路總長15.48 km。海子街泵站設(shè)計(jì)提水流量0.272 m3/s，最大揚(yáng)程91.3 m，總裝機(jī)功率555 kW，提水管道長0.25 km，采用DN400鋼管。輸水管道采用單管布置，埋管敷設(shè)，接入海子街泵站，線長15.23 km，采用DN600球墨鑄鐵管。管道沿線以土質(zhì)邊坡為主，局部地帶為巖質(zhì)邊坡，地形坡度5°～15°，自然邊坡穩(wěn)定。經(jīng)過的地層有三疊系中統(tǒng)關(guān)嶺組(T2g)及下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組第四段(T1yn4)、第三段(T1yn3)中至厚層溶塌角礫巖、灰?guī)r、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖。

2.6.2 方案二(左側(cè)沿海子街河岸輸水系統(tǒng)布置)

左側(cè)沿海子街河岸輸水系統(tǒng)布置為：高位水池→黃家埡口→大坪子→下小河→灣子頭→巖頭上→大房子→新街→劉家寨→丁家寨→老沖→海子街→后所洞→海子街提水泵站→金銀山水廠。輸水線路總長18.4 km，其中高位水池至隧洞出口管長3.1 km(含隧洞長0.4 km)，采用DN1100球墨鑄鐵管；隧洞出口至海子街泵站管長10.2 km，采用DN600球墨鑄鐵管；隧洞出口分水至小壩水廠段管長5.1 km，采用DN1100球墨鑄鐵管；海子街泵站設(shè)計(jì)提水流量0.272 m3/s，最大揚(yáng)程91.3 m，水泵安裝高程為1500 m，總裝機(jī)功率555 kW，提水管長0.25 km，采用DN400鋼管。輸水管沿線以巖質(zhì)邊坡為主，局部地帶為土質(zhì)邊坡，地形坡度15°～30°，自然邊坡穩(wěn)定。經(jīng)過的地層有侏羅系下統(tǒng)自流井組(J1z)泥頁巖及少量石英砂巖、灰?guī)r、泥灰?guī)r；侏羅系中統(tǒng)上溪砂廟組(J2s)、下溪砂廟組(J2x)、下統(tǒng)自流井組(J1z)及三疊系上統(tǒng)須家河組(T3x)泥頁巖、石英砂巖及少量灰?guī)r、泥灰?guī)r。

2.6.3 方案分析比選

(1)地形地質(zhì)及施工條件。方案一大部分管道沿工業(yè)大道布置，交通較為方便，地形地質(zhì)條件較好；方案二管道沿海子街河岸布置，施工交通條件相對較弱，需新建臨時(shí)施工便道較多，占用大量的基本農(nóng)田且需從白馬山國有林場內(nèi)穿過，另外海子街河沿岸已安裝有天然氣管道，輸水管線需多次與天然氣管道交叉，施工干擾較大。因此從小壩水廠至金銀山水廠輸水管段方案一優(yōu)于方案二。

(2)運(yùn)行管理方面。方案一大部分管道沿小壩工業(yè)園區(qū)、黔西北產(chǎn)業(yè)園區(qū)工業(yè)大道布置，后期運(yùn)行管理較為方便；方案二管道順海子街河布置，交通條件相對薄弱，后期運(yùn)行管理不方便。從運(yùn)行管理方面來看，方案一優(yōu)于方案二。

(3)工程投資方面。至黔西北產(chǎn)業(yè)園區(qū)A區(qū)的金銀山水廠輸水管段方案一管長19.4 km，其中DN1100球墨鑄鐵管5.9 km，DN1100球墨鑄鐵管13.5 km，管線需穿小瓦公路1次、工業(yè)大道1次，其余為通村公路。方案二管道長度18.4 km，其中DN1100球墨鑄鐵管8.2 km，DN1100球墨鑄鐵管10.2 km，為使管線順直，需布置0.4 km隧洞，管線需跨海子街河4次，穿越夏蓉高速高架橋2次，交叉建筑物較多。對其進(jìn)行經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算分析，顯然方案二投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于方案一

從工程投資、施工難度、運(yùn)行管理等多方面考慮，確定方案一為高位水池至金銀山水廠輸水段的推薦方案。

3 結(jié) 語

水利工程輸水線路的選擇應(yīng)綜合項(xiàng)目建設(shè)總體要求及周邊社會自然環(huán)境情況考慮，特別是在城市規(guī)劃建設(shè)范圍內(nèi)長距離的輸水線路，結(jié)合工程占地、生態(tài)環(huán)境、施工便利、運(yùn)行管理、穿越交叉建筑物時(shí)應(yīng)盡量利用現(xiàn)有條件，不影響交叉建筑物安全運(yùn)行，另外結(jié)合國土空間規(guī)劃等多種因素，再結(jié)合工程自身特點(diǎn)，通過多方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)綜合確定最優(yōu)輸水線路，對類似水利工程有參考作用。