沙壩水庫“兩庫一站”、“一管三用”創(chuàng)新設(shè)計

張 娜，黃春明

(貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院，貴陽 550002)

0 前 言

水庫是我國重要的水資源儲備方式，水庫調(diào)度直接影響著當?shù)氐膰窠?jīng)濟效益，其防洪、供水的作用也對國民生計產(chǎn)生了舉足輕重的作用。代家壩水庫集雨面積較大，水資源豐沛，而代家壩水庫所在流域水資源存在嚴重的供需差異，為提高水資源利用率，減少水資源浪費，多余棄水正好可以向相鄰沙壩水庫補水，以滿足沙壩水庫的供水需求，促進當?shù)毓I(yè)發(fā)展，提高人民生活質(zhì)量。為此，研究如何將兩座水庫連接起來，又做到社會效益和經(jīng)濟效益同步提升，是決解思南縣水資源優(yōu)化調(diào)度的重中之重。

沙壩水庫的工程任務(wù)是向雙塘工業(yè)園區(qū)供水。項目建成后可向該園區(qū)供水597萬m3/a，下放環(huán)境水50.5萬m3/a，總可供水量647.5萬m3/a。水庫正常蓄水位660m，死水位625m，調(diào)節(jié)庫容385萬m3，總庫容為465萬m3，多年調(diào)節(jié)。

樞紐主要建筑物包括混凝土面板堆石壩，最大壩高64.7m，壩頂長212.0m。左岸布置岸邊式溢洪道，平面總長178.0m；右岸布置放空兼泵站上水管隧洞。

由于沙壩水庫壩址以上集水面積較小(僅為8.5km2)，設(shè)計流域用水缺口較大，為充分利用水資源，達到建壩成庫調(diào)蓄后最優(yōu)的供水效益，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟論證后，將距離壩址約7.6km外的代家壩泉水通過輸水管道引至沙壩水庫，但同時需保證原代家壩水利工程各項功能，故僅引代家壩棄洪水，引水流量0.5m3/s。

代家壩引水壩(代家壩泉出口)正常蓄水位618.00m，而沙壩水庫大壩正常蓄水位660m，因此，代家壩引洪水須通過泵站加壓后才能進入沙壩水庫庫內(nèi)，并進行水庫調(diào)蓄后向工業(yè)園區(qū)供水。而泵站位置的選擇和上水管的線路的選擇，又將是關(guān)乎本工程技術(shù)可行和投資經(jīng)濟的關(guān)鍵所在[1]。“兩庫一站”平面布置示意圖見圖1。

1 泵站站址選擇

代家壩引水壩兩岸地形較陡，地質(zhì)條件復(fù)雜，沒有理想的泵站站址可供選擇，而且若采取管線進口提水，則后段約7.6km的長管線全線處于高壓水頭狀態(tài)，泵站揚程也很大，極不經(jīng)濟；代家壩引水管沿線地形條件較差，溝豁縱橫，且同樣存在泵站上水管過長導(dǎo)致?lián)P程大，運行費用高的問題。因此泵站的選擇在地理條件滿足條件的情況下，越靠近終端沙壩水庫越經(jīng)濟。

通過初步布置及水力計算，引水管管材采用夾砂玻璃鋼管時，管線水頭損失約6m，管線完全可以重力輸水至壩址附近，也就是說，泵站位置完全可以設(shè)置在壩腳，減小泵站上水管長度，泵站最大凈揚程53.74m，裝機3×132kW。

同時，提水泵站設(shè)置在壩區(qū)原則上可以充分利用代家壩-沙壩的寶貴水頭，同時可以方便運行管理。如此，泵站的位置基本選定，接下來的問題就是泵站至沙壩水庫之間上水管的路線選擇。

2 泵站上水管路線比選

泵站上水管出廠區(qū)后，存在兩條可供布設(shè)上水管的線路：

線路1：穿過沙壩水庫建庫前期的“導(dǎo)流隧洞”改造成的“放空隧洞”，實現(xiàn)“水庫放空”兼“泵站供水”功能合一，進入庫內(nèi)；

線路2：沿大壩下游壩面，翻越壩頂，進入庫內(nèi)。

線路1結(jié)合導(dǎo)流洞布置，由于導(dǎo)流洞必須通過改造形成放空通道，且放空管計算管徑為1.2m，為上水管、放空管的控制管徑(上水管計算管徑0.7m，<1.2m)，因此該方案對于泵站上水管，該部分投資增加為零；線路1的泵站上水管明管段(即從廠區(qū)-導(dǎo)流洞出口段)管徑為DN700，管材為Q345-C鋼管，壁厚8mm，該段長度75.665m。隧洞內(nèi)埋管段由于充分利用導(dǎo)流洞進行改造，并結(jié)合放空管進行布置，因此該段管徑及管材受放空管控制，管徑為DN1200，管材為Q345-C鋼管，壁厚12mm。該段上水管長度283.166m。

泵站上水管結(jié)合“導(dǎo)流隧洞”、“放空管”布置，放空管與泵站上水管由于不可能在同一時間段運行，為節(jié)約投資，采用“一管三用”的布置型式，使得該工程經(jīng)濟效益進一步升級。水庫建設(shè)期，發(fā)揮泄洪導(dǎo)流作用；水庫及泵站正常運行時，發(fā)揮泵站上水管及下放環(huán)境水管的作用；當水庫需要放空時，泵站停機，管道發(fā)揮放空作用[2-4]。

放空兼上水管與下放環(huán)境水管均布置在大壩左岸導(dǎo)流隧洞內(nèi)，導(dǎo)流洞底板高程614.10m，受壩前淤沙(617.10m)及死水位(625.00m)的限制，放空管進口管中心高程選擇為620.60m，滿足既能在泵站提水及下放環(huán)境水管管口不被淤沙堵塞，又能滿足在死水位以下發(fā)揮放空及下放環(huán)境水功能。由于導(dǎo)流洞底板高程與放空管進口管中心高程之間存在6.5m高差，導(dǎo)流洞高3.0m，因此放空兼泵站上水管、下放環(huán)境水管在隧洞進口段采用“龍?zhí)ь^”的型式進行布置。

線路2：由于本工程推薦壩型為面板堆石壩，若在壩身埋設(shè)管道解決放空及下放環(huán)境水、泵站上水通道，則面臨壩體自身不均勻沉降的問題必須單獨設(shè)置泵站上水管并翻越壩頂進入庫區(qū)，上水管管徑為DN700，管材為Q345-C鋼管，壁厚8mm，總長度255m，提水總揚程56.0m(含水損)。

上水管線路1 、2綜合比較見表1。

表1 泵站上水管線路綜合比較表

從以上綜合分析比較可知，上水管線路1占絕對優(yōu)勢，即采用放空管兼作泵站上水管，鋪設(shè)在“導(dǎo)流隧洞”改造后的“放空隧洞”內(nèi)的方案。因此，從方便布置及施工、節(jié)能、節(jié)省投資及方便運行管理等角度，充分利用右岸導(dǎo)流洞進行改造而形成水庫放空、下放環(huán)境水及泵站上水的通道，達到“一管三用”的目的。“一管三用”布置圖如圖2所示。

圖2 “一管三用”布置圖

3 結(jié) 語

經(jīng)泵站站址、泵站上水管布置型式的比選，采用通過“導(dǎo)流隧洞”改造成的“放空隧洞”鋪設(shè)“泵站上水管”及“下放環(huán)境水管”的布置方案，是技術(shù)可行、經(jīng)濟合理、施工方便的。主要體現(xiàn)在：

1)充分利用導(dǎo)流隧洞這一臨時建筑物，節(jié)省投資，對于投資不大的中小型水利工程建設(shè)，有至關(guān)重要的意義。

2)泵站上水管從低高程進入庫區(qū)，避免上水管翻越壩頂造成的能量損耗，通過泵站變幅揚程，庫區(qū)低水位時，泵站低揚程運行；庫區(qū)高水位時，泵站高揚程運行，充分滿足節(jié)能降耗要求。

3)從技術(shù)及實際實施角度，由于泵站上水管及水庫放空管的運行不同時這一特性，充分考慮工程措施滿足導(dǎo)流洞導(dǎo)流和上水管運行時洞口不被淤塞，以及放空管運行時的管口高程要求，導(dǎo)流洞封堵后集成泵站上水管、大壩放空管及下放環(huán)境水管的布置，是經(jīng)濟合理的，更是一種樞紐布置的創(chuàng)新。

4)安全性方面，導(dǎo)流隧洞在整個施工期導(dǎo)流安全是滿足的；大壩建成下閘蓄水后，導(dǎo)流洞封堵改造施工，鋪設(shè)放空兼泵站上水鋼管及下放環(huán)境水管；改造施工完畢后，放空洞內(nèi)埋管在補水時發(fā)揮泵站上水管功能，在大壩需要放空時發(fā)揮放空管功能，兩者互不干擾互不影響。

5)在水利水電工程樞紐布置中，單體建筑物的設(shè)計往往因為技術(shù)成熟、規(guī)范規(guī)定、強條限制而無法進行較大幅度的優(yōu)化，但“永臨結(jié)合”、“一物多用”等思路，會給前期優(yōu)化設(shè)計帶來可觀的效果。

通過泵站及輸水管線將代家壩水庫和沙壩水庫連接起來，有效實現(xiàn)了水資源的充分利用，既在保證代家壩水庫自身功能的前提下一定程度上解決了代家壩壩下游的防洪問題，又提高了沙壩水庫的供水效益，水盡其用，實現(xiàn)了“十三五”規(guī)劃中“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)”的發(fā)展理念。綜合考慮安全可靠、投資經(jīng)濟、施工條件及時序、運行管理、征占地等因素，采用“兩庫一站”、“一管三用”的創(chuàng)新組合。