呼圖壁縣供水改建工程方案比選及蓄水工程設計分析

張建莉

(呼圖壁河流域管理處，新疆 呼圖壁 831200)

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呼圖壁縣供水改建工程方案比選及蓄水工程設計分析

張建莉

(呼圖壁河流域管理處，新疆 呼圖壁 831200)

供水工程是國家基礎性民生工程，直接影響著居民的正常生活，對水質、供水量、系統可靠性等都有嚴格要求，但當前很多供水工程已不能滿足居民的實際生產生活需要，改擴建工程勢在必行。文章以新疆呼圖壁縣供水改建工程為實例，對改擴建方案進行了比選，并對優選方案蓄水工程進行了設計分析，以期為類似工程提供必要的技術參考。

供水改擴建；方案比選；設計分析

自我國實施“西部大開發戰略”以來，新疆地區經濟建設飛速發展，交通運輸、農業灌溉、居民供水等基礎性民生工程成為建設重點。據相關部門統計：在“十二五”期間，新疆各級政府累計在供水工程中投資超過30.74億元，解決了近400萬人口的飲水安全問題。隨著當地經濟、人口規模的發展，當前很多供水工程已不能滿足實際需要，所以相關的改擴建工程也在新疆地區大范圍開展，這就涉及到很多最優方案比選問題[1]。

1　工程概況

新疆自治區呼圖壁縣位于天山中段北麓，準噶爾盆地南緣。境內發育有呼圖壁河，其流域面積為9421.03 km2，是當地主要的水源。呼圖壁縣轄7個鄉鎮和4個林牧場，本次改建項目就是新增取水工程，為呼圖壁縣提供足量的工業及城鎮用水。工程主要由砂礫石濾水壩、輸水管道組成，工程級別為Ⅲ等，工程規模中型，主要建筑物為引水樞紐工程，主要建筑物為3級建筑物，次要建筑物等為4級建筑物，預計總投資為550萬元。目前原供水工程存在的主要問題是供水量不足，且水中含沙量過高，不能滿足水質要求。

2　改擴建方案比選

2.1方案介紹

為解決呼圖壁縣供水問題，本工程依托現有渠首，在渠首內庫新建濾水及取水工程，并與已有的呼圖壁縣工業區和城鎮供水工程首部連接。據此共提出以下3個方案。

方案一：清水池(改建內庫)+泵站+明流輸水。利用現有渠首內庫的調節和二次沉淀功能，在上壩樁號0+600處平行下壩新建一處砂礫石透水壩，使內庫的水通過該透水壩過濾后進入清水池。為預防透水壩濾水不足，在透水壩處新建一座兩孔鋼筋混凝土結構進水閘。在內庫上游側右岸階地上新建泵站取水，泵站后接輸水明渠，通過輸水渠道至渠首進水閘閘后暗涵。輸水渠道布置在右岸的階地上，后端布置在進水閘后的干渠下部與工業進水閘閘后暗涵相連接。前段為明渠，后段為壓力鋼管。明渠采用梯形結構，現澆混凝土板護砌；輸水渠道末端與干渠交叉段采用壓力鋼管，末端接一鋼筋混凝土結構消力池。工程設計供水能力1.0 m3/s[2]。

方案二：清水池(改建內庫)+管道輸水。該方案的新建透水壩、進水閘設計與方案一完全一樣。但該方案設計在清水池右岸階地新建一座引水涵閘供水，為減少壓力管道安裝土方開挖量，引水涵閘后接壓力管道輸水；涵洞采用C25F200W6鋼筋混凝土結構，設計引水流量1.0 m3/s。管道布置在內庫右岸岸坡的淹沒區，水平長度900 m，采用PCCP管，管道直徑統一為DN800。管道轉彎處均采用鋼制管件連接。

方案三：沉砂池+絮凝池+沉淀池。此方案設計在位于渠首下壩下游1 km的干渠西側建一沉砂池，從現有輸水箱涵直接引水進入4萬m3沉砂池進行初步沉沙，之后進入絮凝池，經二次沉淀處理后再送入現有的供水管道。

2.2方案比選分析

以上3個方案均能同時滿足呼圖壁縣城鎮生活、工業用水的水量及水質等要求。下面從工程調度運行、工程投資、工程整體效果上對其進行對比分析。

2.2.1工程調度運行

方案一是先揚水，再明渠輸水，需要沿渠道設置防護欄，日常運行的注意事項較繁瑣，工作強度大。方案二為有壓管道輸水，只須控制進水口的攔污柵、閘門即可，相應的日常運行較為簡單，費用低，管理方便；方案三的4萬m3沉砂池在運行中不易排沙清淤，勢必要準備清淤船等設施，運行成本增大，工程布置及建設復雜。綜合考慮，方案二具有簡單、易操作、供水保證率高的優點[3]。

2.2.2工程成本投資

經估算,方案一工程投資需643.5萬元；方案二工程投資432.72萬元；方案三工程投資1639.74萬元。方案二較方案一節省投資210.78萬元，較方案三節省1207.02萬元，具有較大的經濟優勢。

2.2.3工程整體效果

方案一、二工程布置緊湊，并具有一定的調蓄能力。由于新建了一座透水壩，使得壩頂交通更為順暢，更利于后期的運行維護。方案二由于是壓力管道自流供水，相應在運行過程中具有較大優勢，工程整體效果更為突出。方案三由于是新建4萬m3蓄水池，蓄水池位置交通極為不便，并且進水、出水工程須要跨越干渠，相應的后期運行維護都較為困難，工程整體效果不佳。

通過綜合比較，得出方案二具有投資少、管理運行方便、整體效果好等優點，因此該項目最終選擇方案二為施工方案，其工程量見表1。

3　方案二的蓄水工程設計分析

方案二主要包括蓄水工程和輸水工程，其中輸水工程主要是壓力輸水管道(PCCP管)設計，在此不作闡述。下面針對方案二的蓄水工程設計進行分析。

表1　方案二工程量表

3.1砂礫石透水壩的設計

3.1.1壩體結構設計

新建大壩的主要作用是蓄水和初次過濾水沙，設計其軸線垂直上壩、平行下壩，總長度310 m，平均壩高17.1 m。將壩體斷面范圍內的河床覆蓋層清除并壓實，清層深度為1.0 m。為利于壩體濾水，壩體碾壓后相對密實度應不小于0.75。

右壩肩河岸按1∶0.75做削坡處理，壩頭伸入岸坡3.0 m。上、下游均采用干砌石護坡。壩坡護面沿河岸向上游延伸50 m。左壩肩與原渠首上壩壩體相接段30 m范圍做局部加固處理。壩頂寬度由3 m逐漸拓寬至6 m，上下游壩坡由1∶1.5逐漸調整為1∶2.5。壩頂上、下游壩肩設預制C20混凝土路緣石，其高出壩頂0.1 m。全壩段壩頂鋪20 cm厚砂礫石路面；為排除雨水，頂面向下游單向傾斜，坡度為2%[4]。其具體結構見圖1。

圖1　砂礫石透水壩結構簡圖

3.1.2筑壩材料設計

壩址區砂礫料儲量豐富，上、下游壩殼料均采用砂礫石料填筑，壓實后滲透系數為10-2～10-3cm/s。壩體壓實標準用相對緊密度Dr控制。壩體砂礫料的填筑相對緊密度Dr≥0.80。砂礫石要求分層填筑厚度不超過60 cm，碾壓后干密度不小于2.2 g/cm3，采用自然級配。

3.2進水閘設計

為保證透水壩的濾水能力，在壩體0+060處設計兩孔進水閘，閘門尺寸1.2 m×0.7 m，閘室長3.96 m。進水閘閘后擴散段全長7.02 m，斷面尺寸由2.9 m擴散至6 m。在擴散段中部設置濾水墻一道，濾水墻由聚丙烯長纖濾水管組成，濾水管為鋼管，管徑φ200 mm，內填聚丙烯長纖(見圖2)，設計濾水墻總濾水量為1.0 m3/s[5]。引水閘按無坎寬頂堰計算，其過流能力Q可按式(1)計算，最后得出Q=1.52 m3/s，滿足設計要求。

(1)

式中：H0為堰頂水頭，最大水頭0.4 m；B為孔口寬度，為2.4 m；m′為寬頂堰流量系數，m′ =0.365；g為重力加速度，m/s2；σs為淹沒系數，取1.0。

圖2　濾水墻結構(左)和聚丙烯纖維(右)

4　結　論

通過對呼圖壁縣供水改擴建工程方案的比選，選定供水方案。對最終方案的新建壩體和進水閘設計進行了分析，改建工程投入使用后其供水水量較之前增加了60%，水質各項指標也完全滿足城鎮居民的生活和工業用水要求。

[1]歐震.玉州區農村飲水安全集中供水工程設計方案探討[J].水利規劃與設計，2013(10)：36-38.

[2]于秀閣，霍振平，齊小軍.烏爾其漢鎮供水工程設計方案優化[J].現代農業，2012(5)：56-59.

[3]黃牧濤，王乘.區域供水工程自動監控系統設計方案[J].華中科技大學學報(自然科學版)，2014(1)：17-19.

[4]段效峰.義興寨流域治理管道重力流自壓供水工程設計方案及實施[J].山西水土保持科技，2013(4)：42-45.

[5]許曉會.咸陽市供水工程輸水管道設計方案分析與優化[J].陜西水利水電技術，2010(2)：34-36.

張建莉(1971-)，女，工程師，主要從事水利工程建設及管理方面的工作。

S277.7

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2096-0506(2016)07-0090-03