觀音閣水庫工程輸水方式及取水頭部方案比選探析

張遠遠

(遼寧省石佛寺水庫管理局，沈陽 110166)

觀音閣水庫工程輸水方式及取水頭部方案比選探析

張遠遠

(遼寧省石佛寺水庫管理局，沈陽 110166)

觀音閣水庫輸水工程采取的輸水方式直接關系本溪市城市供水安全，解決本鋼和北臺鋼廠等企業用水問題，解決北臺地區的生活用水水質問題，為本溪新城的發展提供水源保障。因此設計中在保證安全可靠的前提下，堅持技術先進、經濟合理的原則盡可能提高輸水安全保證率。

水庫工程；輸水方式；取水口；方案比選；觀音閣水庫

1 輸水方式的選擇

1.1 輸水方式比選原則

觀音閣水庫工程處于長白山脈的南延部分，整體地勢趨勢為南東高西北低，為侵蝕斷褶低山地形，最高山峰為遼寧本溪市境內老母嶺，山頂高程953.9m。地貌類型按其形態具體可劃分為低山、丘陵及河流谷地四類[1]。取水頭部最低水位為207.7m，用戶高程在190-140m左右。因此輸水方式可以采用無壓重力流輸水、有壓重力流輸水、加壓輸水等方式。輸水方式的選擇按照以下原則：①有良好的衛生保護條件，輸水過程中保證所輸送的水不受污染；②輸水量穩定可靠；③經濟合理；④運行安全可靠、維護管理方便；⑤調度方便。

1.2 輸水方式比選

輸水方式有3個方案：①主線無壓重力流輸水，支線有壓重力流輸水；②壓力流與有壓重力流相結合輸水；③有壓重力流輸水。

方案一為主線無壓重力流輸水，支線有壓重力流輸水。主線基本為無壓隧洞，隧洞采用城門洞形無壓洞，支線為管道，有壓重力流輸水。受地質條件限制，主洞線布置在本桓公路南部。工程不需要加壓便可以滿足用戶的水壓流量的要求。而且通過在壩下的調流、消能電站回收了大量能量，達到節能的目的[2]。

方案二為管道壓力流與有壓重力流相結合輸水。管線布置在太子河南側，沿本桓公路附近敷設，需要在三架嶺處打一條隧洞，隧洞長6km。管線經過地區礦產豐富。沿線經過一些村莊且植被較好，管線敷設時對環境影響較大。隧洞進口高程為275m，水泵揚程為63m。地形高低起伏，造成管道壓力較高，對以后的運行安全不利[3]。在山谷中敷設不利于日后的維護和檢修。

方案三為管道有壓重力流輸水。受地形限制，本方案管線只能沿太子河布置，河谷彎曲度較大的地段采用短隧洞相接，共布設隧洞4 段，最長8874m，全長約58km。管線主要鋪設于太子河河谷漫灘及Ⅰ級階地上，地層巖性主要為第四系覆蓋層砂卵礫石，一般厚1.9-7.0m。地下水水位埋深較淺，開挖多位于地下水位以下，且地下水與地表水太子河聯系密切，第四系砂卵礫石粒徑較大，透水性強，施工開挖排水難度較大，需采取防滲及明排的方式降水。

以上3個方案都能保證有良好的衛生保護條件，輸水過程中水不會受到污染。由于輸水量要求在經濟上和運行安全可靠、維護管理、調度方面存在的不同，其方案二水量按平均日流量101萬t/d，揚程為63m，年運行電費達到4465萬元。而一、三方案采用重力流輸水，比方案二節約了大量運行電費。其他比較見表1。

表1 輸水方式方案比較表

2 取水口位置比較

2.1 現有取水口情況

觀音閣水庫庫區有兩處取水口一處為觀音閣發電站輸水道位于大壩左岸壩頭處，具有水力發電﹑灌溉﹑泄洪等多種功能，該進口若作為取水口只能取到底層水，水質無法保證，因此，不宜作為城市工業取水口。

另一處為本溪市供水的取水口，其包括3條不同高程的D3000取水洞，洞底高程分別為204m、220m、236m取水洞。每條取水洞分別已經施工完21.7m，并且洞前設有閘門進行封堵。

2.2 取水口位置選擇

結合輸水線路布置，如取水口設在南岸便可以利用已建的部分工程，從水庫直接取水；如取水口設在北岸則必須新建取水口。

2.2.1 水庫南岸取水方案

取水頭部布置在觀音閣水庫左岸—水庫的南岸側， 該處具備良好的地形條件，巖體裸露，臨水面較陡。地層巖性主要為灰巖，圍巖以微風化為主。

2.2.2 水庫北岸取水方案

進水塔布置在水庫右岸—即水庫的北岸側，取水口布置在距壩址約1000m，該處為河谷右岸丘陵地貌，巖性為寒武系灰巖，該處巖溶發育頗具連通性，現多為空洞式半充填狀態。為了滿足最低取水水位207.7m，需建較長的引水渠，施工困難，運行存在淤積問題。另外取水頭部建于水庫凸岸處，水質相對較差。同時管線需要穿越太子河[4]。

2.2.3 取水位置結論

從技術角度上看，水庫南岸取水位置要優于北岸取水口位置，而且可以利用部分已建的工程。建議采用南岸取水頭部方案。

3 取水頭部方案比較

3.1 現有取水口情況

觀音閣水庫左壩頭已預留三層取水口及三層取水隧洞，每條取水隧洞均已施工完，并且洞前設有閘門進行封堵。頭部所處位置山體較陡。根據地形條件，取水頭部可以采用地下豎井或地上豎井兩種取水方案。

3.2 地下豎井方案

地下豎井方案包括三層取水隧洞、取水豎井、地下啟閉機室、有壓隧洞、交通洞。

新建三層隧洞，樁號由下至上分別為：下層0-134.76-0+010.925，0-134.76-0+008.360，0-108.76-0+007.005，上層0-112.35-0+003.085，其長度相應為145.685m、115.765m、115.435m。

取水豎井位于樁號0+000.00-0+028.42，基礎底高程202m，豎井頂高程為266.2m，取水豎井總高65.2m、長28.42m、寬7.0m。

豎井上方啟閉機室平臺高程為267..2m，長36.72m，下部寬10m，上部最寬處寬12.4m，最高處高16.45m。洞室斷面呈城門洞形布置，拱頂為蘑菇型便于安裝吊車梁。

有壓隧洞緊接取水豎井，進口樁號0+028.42，出口樁號0+764.71，洞長736.29m。隧洞前部為喇叭口，設置10m長漸變段。洞線設2處拐點，分別位于樁號0+042.39、0+664.18處。

交通洞進口位于大壩左壩頭，全長70m，城門洞型布置，寬6m，高6.6m。

3.3 地上豎井方案

地上豎井方案包括三層取水隧洞、取水豎井、有壓隧洞、回車場、道橋、圍堰，地上豎井與地下豎井方案相比，向上游方向偏移42.86m。

新建的三層隧洞樁號由下至上分別為下層0-091.900-0+008.360，中層0-65.901-0+005.179，上層0-069.490-0+002.00，長度分別為下層100.26m、71.08m、71.49m。

取水豎井位于樁號0+000.00-0+025.39，取水豎井基礎底高程202m，豎井頂高程為266.2m，取水豎井總高65.2m、長25.39m、寬7.5m。

有壓隧洞緊接取水豎井，進口樁號0+025.39，出口樁號0+807.57，洞長782.18m。隧洞前部為喇叭口，設置10m長漸變段。洞線設2處拐點，分別位于樁號0+085.25、0+707.04處。

道橋進口位于大壩左壩頭，全長73m，寬7m，其中進場路長30m，橋梁長43m。回車場位于橋梁與豎井相交處，面積大約100m2。

4 方案比較

根據取水頭部方案比較，地下豎井方案只有在施工工期上較地上豎井方案長，其它均優于或等于地上豎井方案，特別是在環境影響方面優勢很明顯，地下豎井方案對原有山體自然環境的影響幾乎為零，而由于頭部山體坡度較陡，在地上豎井方案中，盡管豎井位置的選擇已經考慮到這點，但仍避免不了對原有山體環境的破壞，因此在技術比較上和從長遠考慮認為地下豎井方案優于地上豎井方案[5]。

5 結 論

綜上所述，本工程采用“主線無壓重力流輸水、支線有壓重力流輸水”的輸水方式。

根據取水頭部方案比較，地下豎井方案只有在施工工期上較地上豎井方案長，其它均優于或等于地上豎井方案，特別是在環境影響方面優勢很明顯，地下豎井方案對原有山體自然環境的影響幾乎為零，而由于頭部山體坡度較陡，在地上豎井方案中，盡管豎井位置的選擇已經考慮到這點，但仍避免不了對原有山體環境的破壞，因此在技術比較上和從長遠考慮認為地下豎井方案優于地上豎井方案。

[1]宋玉強.淺談觀音閣水庫輸水工程建設的重要意義[J].中國水能及電氣化，2013(12)：62-64.

[2]王長海.觀音閣水庫工程施工的進度控制[J].水利技術監督，2007(04)：79-80.

[3]宋玉強.淺談觀音閣水庫輸水工程建設的重要意義[J].中國水能及電氣化，2013(12)：102-103.

[4]徐德增,何建航.觀音閣水庫輸水工程經濟評價[J].水利科技與經濟，2011(07)：93.

[5]劉恒.觀音閣水庫壩體安全變異識別技術研究[J].吉林水利，2015(01)：18.

1007-7596(2017)10-0110-02

TV672

B

2017-09-26

張遠遠(1990-),男，河南新蔡人,助理工程師。