青龍河引水工程輸水線路方案對比研究

周立坤

（凌源市應急供水建設管理處，遼寧 朝陽 122500）

青龍河引水工程輸水線路方案對比研究

周立坤

（凌源市應急供水建設管理處，遼寧 朝陽 122500）

在保證輸水安全可靠的前提下，引水工程輸水線路需滿足技術先進、經濟合理的設計原則。以青龍河引水工程輸水工程為研究對象，共設計了5種輸水方案，采用特征參數分析法對各方案進行對比分析，計算了各方案經濟指標，以總現值作為輸水方案優(yōu)劣的主要依據。從工期和資金方面考慮，三臺嶺短洞輸水線路設計方案經濟性最高。希望為今后輸水線路方案設計提供參考。

引水工程；輸水線路；方案對比；青龍河

青龍河流域處于陰山至燕山東西構造帶與大興安嶺努魯爾虎山山系以北，北東向構造的兩大體系復合帶上，石質山占 72%。河源土山尖子高程1286.2m，流域海拔高程在500～1000m。南側兩山夾一溝為河流出口，東西北三面環(huán)山向南凹進。流域轄區(qū)總面積1564.77hm2，境內面積1366.6hm2，占全市總面積41.68%，森林覆蓋率41.5%。根據雹神廟水文站泥沙統(tǒng)計資料，推算出凌源城市供水工程取水頭部所在位置多年平均輸沙量為227.54萬t，多年平均含沙量為18.94kg/m3。豐、平、枯3個典型年分別為1959、1985、1982年，在逐日平均含沙量 ＞10kg/m3的天數分別為 20、19、11d，占全年輸沙量99.93%、99.42%、98.76%。而同時段徑流量占全年徑流量的比例分別為48.65%、43.33%、30.03%。青龍河取水頭部至牛營子輸水多年平均調水 1290.6萬 m3，最大輸水流量為2.0m3/s。牛營子輸水工程多年平均可向凌源市供水541.7萬m3，綜合青龍河輸水量，牛營子至凌源段最大日輸水能力7.64萬m3。

1 輸水線路選擇原則

本工程是從青龍河引水向凌源市供水，解決凌源市地區(qū)缺水問題的中等規(guī)模、長距離輸水工程。因凌源市近年連續(xù)干旱，缺水嚴重，居民用水極其緊張，凌源市又為遼西貧困地區(qū)，工程資金短缺。基于以上兩點原因，本工程要求施工周期短，工程投資少［1-2］。在保證輸水安全可靠的前提下， 堅持技術先進、經濟合理的設計原則。具體線路選擇原則如下［3-4］：

（1）線路盡可能順直，線路最短，交叉工程最少；

（2）線路盡量選擇在地形比較平坦的地帶，選擇最佳的地形和地質條件；

（3）盡量少占耕地、良田，減少移民和拆遷；

（5）在滿足安全的前提下，盡量減少工程投資，縮短施工工期。

2 輸水線路方案對比

青龍河至葛杖子段為兩山夾一溝地勢，省道由南向北穿過凌源市，該段具有線路長、地形復雜、山多地少、石多坡陡的特點。線路基本走向：從青龍河出發(fā)沿老寬公路鋪設，在大苗杖子和三臺嶺附近通過隧洞穿山后沿河道走，在任杖子村北附近折向北爬山至葛杖子村，與牛營子水源線路匯合，在葛杖子村后與牛營子水源共用一段線路。根據地形，青龍河至東山村之間沒有其他更為合適的輸水線路，而在大苗杖子和三臺嶺附近過山線路可比方案較多，從南至北依次選定5個方案進行比較。各方案如下：

方案（1）： 三臺嶺長洞方案， 線路總長58.14km，管線長53.74km，隧洞長4.4km；

方案（2）： 三臺嶺無洞方案， 線路總長58.13km；

方案（3）： 三臺嶺短洞方案， 線路總長58.11km，管線長56.11km，隧洞長2km；

方案（4）：中線長洞方案，線路總長57.93km；管線長49.21km，隧洞長8.72km；

方案（5）：大苗杖子方案，線路總長59.74km；管線長56.24km，隧洞長3.5km。

各輸水方案特征參數見表1。

EPDM彩色顆粒塑膠地面是在按要求鋪設好的石油瀝青路面基層上，涂刷一層單組份聚氨酯膠水，當聚氨酯底涂料逐步滲入瀝青基礎的表面空隙后，即可在表面形成密封狀的薄膜，從而起到防水作用，也使基礎和塑膠面層的粘合力得到增強。

表1 各輸水方案特征參數

各輸水方案投資和經濟指標見表2。

表2 各比較方案經濟指標表

方案2為無洞爬山方案，施工周期最短，一次性工程投資最少。但其年耗電量遠高于其他方案，運行費用最高，綜合經濟指標最差，為最不經濟方案。鑒于本工程引水流量小，單位管線投資遠低于隧洞投資［5］。方案4的年運行電費雖然最省，但隧洞最長，施工周期最長，工程投資最多，現值僅小于方案2，經濟指標也較差。方案1經濟指標比方案4和2好，但隧洞也較長，并且約有300m長隧洞段覆蓋層較薄，施工工期難以保證。各方案優(yōu)缺點對比情況見表3。

表3 各方案優(yōu)缺點比較

初步比較，方案3和方案 5現值比其他方案小，隧洞較短，技術和經濟上均優(yōu)于其他方案。兩方案比較各有優(yōu)勢，下面對兩方案進行詳細比較。青龍河水源段從青龍河取地表水，青龍河為山區(qū)季節(jié)河流，水量隨季節(jié)變化大，針對供水量極不均勻特點，該段管線管徑初步選擇為1200mm。

方案3：從位于刀爾登鎮(zhèn)下游的取水頭部及加壓泵站，由南向北穿過青龍河，沿老寬公路，經南營子、北營子村、至干溝子二級加壓泵站，再經頭道梁子村、二道梁子村、三道梁子村、小四道梁子村、大四道梁子村，至東山三級加壓泵站，管線在經松嶺子鄉(xiāng)前與大苗杖子線一致，在松嶺子鄉(xiāng)與大苗杖子線分開，離開老寬公路，轉向東沿龍頭山水庫南岸鋪設，在三臺嶺村北約100m處山腳接無壓隧洞，隧洞出口后管線沿河道鋪設，在任杖子村附近折向北爬山送至葛杖子村南與牛營子至凌源市的管線相接，葛杖子村后與牛營子水源共用一段輸水管線，通過牛營子水源段管線將水送至凈水廠。

方案3全長58.11km，其中壓力輸水管線長56.11km，無壓輸水隧洞長2.0km，隧洞為城門洞形，斷面尺寸為2m×2m。設三級加壓泵站，泵站揚程合計為423m。其工藝流程見圖1。

圖1 方案3工藝流程

方案5：從位于刀爾登鎮(zhèn)下游的取水頭部及加壓泵站，由南向北穿過青龍河，沿老寬公路，經南營子、北營子村、至干溝子二級加壓泵站，再經頭道梁子村、二道梁子村、三道梁子村、小四道梁子村、大四道梁子村，至東山三級加壓泵站，經松嶺子鄉(xiāng)、石橋子村，在荀杖子村北側離開老寬公路，轉向東并沿山地走，經葦子溝村，在大苗杖子村北接無壓隧洞，隧洞出口后管線沿河道鋪設，在任杖子村附近折向北爬山送至葛杖子村南與牛營子至凌源市的管線相接，葛杖子村后與牛營子水源共用一段輸水管線，通過該段管線將水送至凈水廠。

方案5全長59.74km，其中壓力輸水管線長56.24km，無壓輸水隧洞長3.5km，隧洞為城門洞形，斷面尺寸為2m×2m。設三級加壓泵站，泵站揚程合計為377m。方案5工藝流程見圖2。

圖2 方案5工藝流程

根據工藝流程及造價，對方案3和方案5的優(yōu)缺點情況進行分析。

方案3優(yōu)缺點：

（1）隧洞較短，設一個施工支洞，預計2年完成。隧洞短，施工工期容易保證。

（2）線路和隧洞均較短，一次性工程投資少。

（3）隧洞圍巖類別以Ⅲ、Ⅳ類為主，局部為Ⅴ類。與大苗杖子比，Ⅴ類相對比例低，地質略優(yōu)于大苗杖子隧洞。

（4）隧洞進口緊鄰三臺嶺村，離居民居住區(qū)較近，施工期間存在擾民情況，應事先協(xié)調解決。

（5）隧洞進口位置高程較高，進口開挖量大。

（6）洞底高程比三臺嶺方案高，水泵揚程高，年耗電量大，運行費用高。

（6）運行費高，現值大于三臺嶺方案，經濟指標略低于大苗杖子方案。

方案5優(yōu)缺點：

（1）洞底高程比三臺嶺方案低，水泵揚程低，年耗電量少，節(jié)省運行費。

（2）和三臺嶺方案比，線路和隧洞均較長，一次性工程投資多。

（3）隧洞圍巖類別以Ⅲ、Ⅳ類為主，地質條件比三臺嶺方案略差。

（4）隧洞較長，設兩個施工支洞，預計2年完成。隧洞長，支洞多，施工工期不易保證。

（5）水泵揚程低，管線運行較為安全。

（6）水泵揚程低，耗電量少，現值小，經濟指標略優(yōu)于三臺嶺方案。

兩方案各有優(yōu)缺點，從綜合經濟指標上看，方案3雖然一次性工程投資大，但運行費用低，經濟上略優(yōu)于方案5。凌源市為遼西貧困地區(qū)，工程資金少，該地區(qū)又多年干旱少雨，居民缺水嚴重，急需盡快解決供水問題［6］。方案3隧洞較短，有利于保證工期，工程投資少，節(jié)約資金，并且兩方案的現值僅差200萬，經濟指標比較接近。從工期和資金方面考慮，方案3要優(yōu)于方案5。根據工程特點和資金少工期緊的現狀，本階段青龍河輸水線路推薦方案3—三臺嶺短洞方案。

3 結語

青龍河流域線路較長、地形復雜、山多地少、石多坡陡，本文主要對大苗杖子和三臺嶺過山輸水線路進行研究。共設計了5種輸水方案，采用特征參數分析法對各方案進行對比分析，計算了各方案經濟指標，以總現值作為輸水方案優(yōu)劣的主要依據。研究表明：方案3雖然一次性工程投資大，但運行費用低，三臺嶺短洞方案為青龍河輸水工程最佳線路。

［1］趙子杰，劉燁華.盾構法輸水隧洞設計與施工探討［J］.水利規(guī)劃與設計，2013（03）：54-56.

［2］孫宇航.長距離輸水隧洞施工中TBM的應用分析［J］.地下水，2015（03）：161-162.

［3］張生財.長距離有壓重力流輸水在供水工程中的設計及應用［J］.水利規(guī)劃與設計，2014（10）：74-76+88.

［4］劉立華，馬立輝，宋亞凈.引黃入冀補淀工程河北段冰期輸水調度運行方式探討［J］.水利規(guī)劃與設計，2014（12）：65-68.

［5］趙明宇.大伙房水庫輸水管線工程中的施工測量［J］.水利技術監(jiān)督，2015（01）：39-41+71.

［6］高軍芳.凌源市應急供水工程規(guī)模的確定［J］.水利技術監(jiān)督，2015（03）：37-38+79.

TV672

B

1672-2469（2017）02-0112-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2017.02.035

2015-08-22

周立坤（1980年—），男，工程師。