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1、杜河提水工程输水线路方案比选 廉俊文 晋城市水务发展研究中心 摘 要： 杜河提水工程是晋城市“井”字型大水网骨干水源工程之一, 可解决周村工业园区、李寨新建工业园区以及输水管线沿途的农业灌溉用水, 为当地经济发展提供强有力的水支撑。在输水线路工程设计上, 有东线方案和西线方案可供选择。根据工程规模和目标任务, 从线路地质、泵站选址、施工难易、工程投资及运行管理等方面进行了综合分析与比较, 推荐选用西线方案。关键词： 提水工程; 输水线路; 方案比选; 沁河; 晋城市; 作者简介：廉俊文 (1976-) :男, 工程师;通讯地址:山西省晋城市泽州路 1195号, 048000收稿日期：2017-
2、11-03Received： 2017-11-031 工程概况杜河提水工程是晋城市“井”字型大水网骨干水源工程之一, 位于泽州县李寨乡马安村和阳城县金滩村交界处的杜河水库库区内, 其水源为沁河水。建设该工程的主要任务是开发新的供水水源, 解决晋城市周村工业园区和李寨新建工业园区的用水, 以及输水管线沿途的农业灌溉用水。该工程主要包括两部分, 即提水工程和灌溉工程。提水工程主要由取水口工程、一级泵站工程、支线泵站工程、调蓄水池工程、管线及其建筑物工程等组成。由一级泵站直接从杜河水库提水, 经泵站加压, 通过 10.28 km 输水管线将水送到苗庄调蓄水池。在主管线 10+086 处接支管线, 在
3、输水支管线 2+541 处修建一座支线泵站, 经二次加压后将水送到李寨调蓄池。支管线线路全长 5.89 km, 其中直径 0.8 m 引水管道 2.56 km, 直径 0.6 m 引水管道 3.33 km。灌溉工程从主管线及支管线直接分水, 通过 16 条支管向灌区送水, 设计灌溉农田 3 000 hm。除输水工程外, 还包括田间工程。杜河提水工程设计流量 1.72 m/s, 年提水总量 2 700 万 m。其中, 工业用水 1 800 万 m, 日均用水量 4.93 万 m, 折合流量 0.57 m/s;农业灌溉用水 900 万 m, 最大流量 1.15 m/s。根据泵站设计规范 (GB 5
4、0265-2010) , 按泵站装机功率确定工程等别为等, 工程规模为中型, 主要建筑物级别为 3 级, 次要建筑物级别为 4 级, 临时建筑物级别为 5 级。根据建筑物级别, 确定一级泵站的设计洪水标准为 30 a 一遇, 对应水位为 467.71 m;校核洪水标准为 100 a 一遇, 对应水位为 468.63 m。农业灌溉用水保证率为 75%, 工业供水保证率为 95%。2 输水线路方案提水工程的工业用水户主要分布在周村和李寨附近的工业园区, 海拔高程分别为 748 m 和 908 m 左右。灌溉土地大部分分布在西部山丘区, 面积 2 406.67 hm (包括局部提灌 752 hm)
5、, 海拔高程在 562-720 m 之间;东部李寨周围的灌溉土地面积 593.33 hm, 海拔高程在 778-900 m 之间。因此, 提水工程必须设置两条管路:一路将水提到 750 m 高程, 供周村工业园和输水管线沿途农业灌溉使用;另一路将水提到 908 m 高程处, 供李寨工业园和周围农业灌溉使用。由于泵站兼有工业供水的特殊性, 一般不得间断供水, 管线不宜少于 2 条。考虑到本工程位于山区, 沿线山高沟深, 场地狭窄, 双管线布置难度大, 同时考虑到本工程设有调蓄水池, 即苗庄 10 万 m 蓄水池和李寨 0.1 万 m 蓄水池, 可起到一定的调节补充作用, 因此按单管输水线路进行设
6、计。经现场踏勘结合地形图分析, 宜选择两条管线方案:一条是沿丘陵台地的西线方案, 另一条是逆长河河谷而上的东线方案。2.1 西线方案该方案在杜河水库大坝上游 1 600 m 处的沁河左岸, 修建一级取水泵站向周村工业园区送水, 设计流量 1.72 m/s, 设计水位 458 m, 出水池水位 745 m。地形扬程 287 m, 装机四组 (8 台) , 4200+42 240 k W, 三工一备。管线经西横岭、东横岭到横岭背出水池, 再经西坬、小南岭、章训、李墕自流到苗庄调蓄水池, 输水干管直径 1 400 mm, 管线全长 10.28 km。输水支管线全长 5.89 km, 在干管 10+0
7、86 处引出支管, 在支管 2+541 处建一座加压泵站 (支线站) , 将水送到李寨调蓄池。调蓄池设计水位 908 m, 泵站设计流量 0.3 m/s, 地形扬程 160 m, 装机三台, 3355 k W, 两工一备。苗庄灌区提水点设计流量 0.1 m/s, 地形扬程 23.0 m, 装机一台, 45 k W。西线方案共需修建提水泵站 3 座, 总装机 12 台, 容量 10 870 k W。其中, 取水泵站 1 座, 支线泵站 1 座, 灌区提水点泵站 1 座。西线方案线路总长 16.79 km。向苗庄调蓄池输水的线路全长 10.28 km, 全部采用直径 1 400 mm 的管道;向李
8、寨调蓄池输水的线路全长 5.89 km, 其中, 管径800 mm 的引水管道长 2.56 km, 管径 600 mm 的压力管道长 3.33 km;灌区提水点管道全长 0.62 km, 其中, 管径 350 mm 的引水管道长 0.12 km, 管径 300 mm的压力管道长 0.5 km。在一级泵站新建 1 座 35 k V 变电站, 安设 2 台 35/10 k V 变压器, 容量 26 300 k VA;2 台 10/0.4 k V 变压器, 容量 2630 k VA。35 k V 电源分别取自章训变电站和西阎庄变电站, 输电线路两回总长度为 13 km。李寨支线站电源取自周村变电站,
9、 线路长度 5.0 km, 主电机可用 10 k V 线路直接供电, 另装设 1 台 10/0.4 k V 站用变压器, 容量 100 k VA。灌区提水点变压器容量 100 k VA, 电源可从李寨支线站输电线路 T 接, 长度 1.2 km。3 座变电站, 共装设变压器 6 台, 总容量 14 060 k VA。2.2 东线方案该方案一级取水泵站设在水库大坝上游 1 000 m 处的长河出口右岸, 设计流量1.72 m/s, 地形扬程 32 m, 装机 5 台, 5250 k W。逆长河右岸经 518 m 暗渠和 1 隧洞 674 m, 再接暗渠 270 m 到二级泵站。一级泵站出口 (二
10、级站前池入口) 水位 490 m。二级泵站位于西龙村东北约 1 km 的长河河谷右岸, 设计流量 1.72 m/s, 进水池水位 490 m, 出水池水位 750.11 m, 地形扬程 260.11 m, 装机 5 台, 51 400 k W。经 226 m 压力管道、1 536 m 的 2 隧洞、3 334 m 压力管道到龙王山出水池。出池后采用重力输水方式向北 300 m 左右, 然后分为两路:一路继续向北经过长度 370 m 的 3 隧洞 (洞穿管) 和长度 2 942 m 的管道, 将水送到苗庄调蓄池;另一路向东 780 m 到达向李寨送水的支线站。李寨支线站设计流量 0.3 m/s,
11、 地形扬程 160 m, 装机 3 台, 两工一备, 3355 k W。支线站加压后, 经长度 3 753 m 的管道向东绕过秋泉村南将水送到李寨调蓄池, 调蓄池设计水位 908 m。苗庄灌区提水点东线设计方案和西线方案一样。东线方案共需修建提水泵站 4 座, 总装机 14 台, 9 360 k W。其中, 水库岸边取水泵站 (一级站) 1 座, 中途加压泵站 (二级站) 1 座, 支线泵站 1 座, 灌区提水点泵站 1 座。东线方案提水工程线路总长 15.323 km, 其中:一级泵站输水线路 1.462 km, 包括暗渠 788 m, 1 无压隧洞 674 m;二级站压力管线 5.096
12、km, 管径 1 400 mm, 包括压力管道 3.56 km, 2 隧洞穿管 1.536 km;输水干线长 3.612 km, 管径 1 400 mm, 包括 370 m 长的 3 隧洞穿管和 3.242 km 输水干管。李寨输水支线管道长 4.533 km, 其中:泵站引水管道 780 m, 管径 800 mm;泵站出水压力管道3.753 km, 管径 600 mm。灌区提水点管道 0.62 km, 其中:引水管道 0.12 km, 管径 350 mm;压力管道 0.5 km, 管径 300 mm。在一级泵站新建 1 座 10 k V 变电站, 安设 2 台 10/0.4 k V 变压器,
13、 容量2800 k VA。10 k V 电源取自二级泵站, 输电线路长度为 1.5 km。在二级站新建 1 座 35 k V 变电站, 安设 2 台 35/10 k V 变压器, 容量 26 300 k VA。1 台 10/0.4 k V 站用变压器, 容量 100 k VA, 35 k V 电源分别取自章训变电站和西阎庄变电站, 输电线路两回总长度为 13 km;李寨支线站主电机可用10 k V 线路直接供电。另装设 1 台 10/0.4 k V 站用变压器, 容量 100 k VA, 电源取自周村变电站, 线路长度 7.0 km。灌区提水点变压器容量 100 k VA, 电源从李寨支线站输
14、电线路 T 接, 长度 1.2 km。3 座变电站共装设变压器 7 台, 总容量 14 500 k VA。3 输水线路方案比选为便于输水方案选择, 将东、西线两种线路方案的有关指标列于表 1, 并进行多方面比较。3.1 地形地质条件西线方案输水线路总长 16.17 km, 供水管线由取水泵站提水沿沁河水库左岸岸坡至坡顶处的西横岭村, 然后经过章训、崇上、李墕、苗庄等至苗庄调蓄水池, 再经支线泵站供水至李寨调蓄池。供水管线所处地貌单元主要为沁河及其支流支沟的河谷地貌和剥蚀低中山区, 地形起伏较大, 冲沟较发育, 出露地层为奥陶系中统上马家沟组中厚层石灰岩夹泥质灰岩, 石炭系本溪组黏土岩、铝土岩和
15、太原组褐灰色页岩与夹砂岩互层, 以及第四系松散堆积物等。表 1 东、西线输水线路方案比较表 下载原表 东线方案输水线路总长 15.323 km, 供水管线由取水泵站提水沿长河废弃河道通过 2 隧洞至长河现河漫滩处, 再由 2 隧洞出口至黄河村, 供水管道基本沿长河河漫滩布设。在黄河村处长河右岸沿一山梁至龙泉寺村, 供水管线布置于基岩山坡处。经西街、瓦窑、石淙头跨越长河至苗庄调蓄水池。东支线为经杨庄、张圪坨、西阎庄输水至李寨调蓄水池。供水管线所处地貌单元主要为沁河及支流支沟河谷地貌及中低山区, 地形起伏较大, 冲沟较发育, 区内出露地层为奥陶系中统上马家沟组碳酸盐岩、石炭系本溪组铝土岩、太原组黑
16、灰色页岩夹砂岩, 以及第四系松散堆积物等。经分析, 西线方案线路虽然稍长, 但大部分线路地处沁河右岸中更新统洪积低液限黏土分布区, 管道易于埋设, 持力层工程地质特性较好;东线方案线路虽然较短, 但大部分线路地处基岩裸露区, 地形起伏大, 管道埋设较困难。尽管东、西两种方案均较可行, 但是西线方案要优于东线方案, 故推荐西线方案。3.2 泵站选址西线方案取水处位于杜河大坝上游 1 600 m 处, 站址位置比较平坦, 利于工程布置;地质条件较好 (岩石基础) , 建筑物基础稳定坚固;库底高程较低, 基本上能满足取水高程要求。站址处岸坡主要由坚硬岩石组成, 且软弱结构面不发育, 岸坡整体稳定性较好。但该方案要求水泵大流量、高扬程, 对于水泵的技术要求较高。对于一个新建泵站方案, 目前多级水泵的生产技术比较成熟, 类似高扬程、大流量泵型在其他行业应用较多, 实现 300 m 扬程是可行的。并且东、西线两个泵站方案中, 单泵扬程均将近 150 m, 仍要采用多级水泵, 实质上并没有降低对水泵的技术要求。东线方案取水
