景泰縣黃崖壩電力提灌工程建筑物線路及布置優化研究

馬耀忠

(甘肅甘蘭水利水電勘測設計院有限責任公司，甘肅 蘭州 730000)

1 工程概況

蘭州新區是西北建成的第一個國家級新區，由于建設占用大量耕地，而其可供開發利用的土地后備資源數量有限，在新區范圍內已無法完成耕地占補平衡任務。在甘肅省國土資源廳的協調下，經蘭州新區管理委員會和白銀市人民政府協商，依托白銀市豐富的土地后備資源，由蘭州新區管理委員會籌資，在白銀市轄區內實施土地開發整理項目，新增耕地指標用于蘭州新區耕地占補平衡。鑒于上述原因，在景泰縣委、縣政府的高度重視下，進一步優化國土資源開發的格局，確定開發黃崖灘撂荒土地，新建黃崖壩灌區。灌區總灌溉面積2.7萬畝，其中一期2.1萬畝，二期0.6萬畝，黃崖壩灌區自景電一期灌區取水，取水流量不大于1.0m3/s，所取水量通過景電一期灌區高效節水工程節出，后期限將提供對景電一期灌區總干渠、西干渠沿線相關泵站、渠道及渠系建筑物進行擴建改造，共同為灌區發展提供水資源保障[1]。

灌區分兩級提水灌溉，一級泵站控制灌溉面積2.7萬畝，二級泵站控制灌溉面積1.25萬畝，取水位置在景電一期西干五泵站出水池下游西干九支渠2+500處，通過輸水鋼管、渠道、一級、二級座提水泵站以及其他附屬建筑物，最后將水輸送至灌區。在現有成果基礎上，從線路和建筑物布置的合理性、可行性、施工難易程度及工程投資等出發進行對比分析，從而優化線路和建筑物布置。

2 灌區總線路優化比選

2.1 總線路布置

對黃崖壩灌電力提灌工程擬定兩條提水線路方案，即上線方案壓力管道加明渠，下線方案長距離壓力管道。線路布置如下：

1)上線方案。壓力管道加明渠方案，管線沿灌區外側由東南向西北布置，具體布置為：在景電一期西干五泵站出水池下游西干九支渠2+500處取水，通過311m暗渠輸水至雙營高速公路旁一級泵站，由一級泵站利用2591m輸水管提水到至一級泵站出水池，幾何揚程83.26m；出水池后用4662m(弧底梯形明渠2405m，倒虹吸全長2257m)弧底梯形明渠及倒虹吸與二級泵站進水池相聯，經二級泵站通過2181m管道提水至二級泵站出水池，幾何揚程39.56m。經計算該方案建筑部分工程投資為4650.26萬元。

2)下線方案。長距離壓力管道方案，該管線從東向西北由灌區中部穿過，由于灌區內總體地勢為東南低、西北高，因此該段只能通過壓力管道聯接。具體布置為：在景電一期西干五泵站出水池下游西干九支渠2+500處取水，通過311m暗渠輸水至雙營高速公路旁一級泵站，由一級泵站利用7163m輸水管提水到至一級泵站出水池，幾何揚程79.27m，再經二級泵站通過2181m管道提水至二級泵站出水池，幾何揚程39.51m。經計算該方案建筑部分工程投資為5030.44萬元。

2.2 上、下線方案比選

1)從技術角度比較：因本工程灌區設計已由土地部門完成，根據要求，本次設計灌區分水口已確定，且灌區內平整后土地地勢西北高東南低，上水管道不具備在灌區內沿路分水條件，而管線上上線方案壓力管道距離較短管理相對簡單；

2)從施工角度比較：上線方案提輸水線路全長8846m全部為荒地，下線方 案壓力管道全長9344m，其中4572m要從灌區內穿過(2306m沿灌區道路布設，2266m穿過耕地)，臨時征地面積約60畝，因此下線方案在施工中干擾大，施工難度大；

3)從運行角度比較：上線方案幾何揚程83.26m，總揚程93.35m，下線方幾 何揚程79.27m，總揚程95.56m，兩方案總揚程基本相同，故兩運行費用也基本相同；

4)從投資上看上線方案比下線方案節省投資約380.18萬元，上、下線方案投資對比見表1。

表1 上、下線方案投資對比表

根據工程區內地形、地質條件的特點，在工程布置時盡可能使輸水線路沿線短，避免深挖高填，以減少施工難度，降低工程造價，便于工程的維護和管理；在條件許可時，優先選擇采用自流灌溉，以減少運行費用；為達到工程設計在技術上可行，經濟上合理，既降低工程造價，又滿足工程運行的需求，因此輸水總線路推薦采用上線壓力管道加明渠方案，并進行優化。

2.3 線路優化

經過大量踏勘和線路比選，確定管線基本維持原方案，即在景電一期西干五泵站出水池下游西干九支渠2+500處設總分水閘取水，通過311m暗渠輸水至雙營高速公路旁一級泵站，由一級泵站利用2591m輸水管提水至一級泵站出水池，出水池后用梯形明渠及倒虹吸與二級泵站進水池相聯，經二級泵站通過2181m管道提水至二級泵站出水池，本次設計僅對一級泵站出水池至二級泵站進水池之間的線路進行優化設計，優化方案如下：

方案一：原線路一級泵站出水池至二級泵站進水池之間的渠線全長為4662m，其中明渠段全長2405m，分別位于樁號2+565～4+361、6+604～7+226.9，倒虹吸段全長2257m，位于樁號4+349-6+603；由于本段位于基巖剝蝕低中山丘陵區與山前洪積傾斜平原區的交接部位，地形略有起伏，明渠段大部分為填方段，其中樁號3+131-4+349全為填方段且最大填高約10m，經計算該段工程投資為1291.06萬元，見表2。

方案二：進一步比較后確定將樁號2+882-6+603處渠線進一步優化，優化后該段全部改為倒虹吸。優化后一級泵站出水池至二級泵站進水池之間的渠線路長度由原來的4662m縮短到4080m，較原線路短581 m，其中明渠段全長940m，分別位于樁號2+565-2+882、6+022-6+645，倒虹吸段全長3140m，位于樁號2+882-6+022，經計算該段工程投資為1173.93萬元，經濟比較見表2。

表2 兩種方案優化經濟比較表

方案一與方案二從技術角度比較，兩種方案均可行，均能滿足輸水要求，但方案二較方案一渠線短528m。從施工及運行角度比較：方案二避開了高填方區，且施工難度較方案一小，將高填方渠道改為管道輸水，對保證工程安全運行較有利。從投資上看方案二比方案一節省投資約927.99萬元。故本階段推薦方案二即將樁號2+882-6+603處渠線進一步優化，優化后該段全部改為倒虹吸，改線后樁號為2+882-6+022為設計方案。

2.4 泵站站址選擇

1)一級泵站。根據泵站功能要求和地形條件，結合取水口位置確定一級泵站位置，選取兩處可作為泵站站址，分別為方案一、方案二，現分別表述如下：

方案一。從西干九支渠2+500處取水后，通過20m暗渠輸水至西九支公路北側一級泵站，再通過壓力鋼管(該壓力鋼管長2591m)輸水至樁號2+565處(高程1815.0m)一級泵站出水池。該方案將一級泵站位置選在排洪沖溝(為黑山溝和土塘子溝的 匯合溝)左側耕地上，上水鋼管暗埋于排洪溝道。

方案二。從西干九支渠2+500處取水，通過305m暗渠輸水至雙營高速公路旁一級泵站，再通過壓力鋼管(該段壓力管道長2565m)輸水至樁號2+565處(高程1815.0m)一級泵站出水池。該方案將泵站位置選在雙營高速公路南側，距取水口約311m的臺地上，取水口與泵站采用暗渠連接。

方案比較。兩方案在技術上均可行，方案一在施工難度上優于方案二，但由于方案一中需占用耕地，征地難度大，且施工點具民房較近施工中干擾難以避免，因此為了避免產生施工中糾紛本次設計推薦采用方案二作為一級泵站站址。

2)二級泵站。根據《蘭州新區易地占補平衡景泰縣寺灘鄉黃崖壩土地開發整理項目（一期）可研設計報告》確定的一支渠、二支渠分水口位置及地形條件確定[2]，將二級泵站置于五個墩的山前洪積平原上。本次設計對二級泵站位置重新進行了勘察，進行方案比選。

方案一：泵房位置不進行調整，僅對基礎進行必要的處理，以滿足設計要求。泵站置于五個墩的山前洪積平原上，距一支渠分水口約251m，該處地勢平坦，地面高程1813.0m左右，渠底高程1810.48m。據勘探結果顯示，其上部為粉質壤土，具中等濕陷性，厚度8.0～8.5m，中部為含礫粉質壤土厚3m，底部為砂礫石。設計將廠區地坪置于高程1812.27m，泵站為半地下式，室內地坪高程1808.8m，底板厚0.5m，基礎采用井樁，樁長約10m左右，樁徑0.8m，底部設擴大頭，擴大頭全長1m，樁徑1.2m，擴大頭置于砂礫石層，擴底端底面成鍋底形，失高0.15m。

方案二。泵房位置由可研初選位置沿水流方向移動890m，將泵房基礎直接置于砂礫石層上。泵站置于五個墩的山底，距一支渠分水口1120m，該處地勢較為平坦，地面高程1823.0m左右，進水渠底高程1809.73m。據勘探結果顯示，其上部為粉質壤土，具中等濕陷性，厚2.0m左右，底部為砂礫石。設計將廠區地坪置于高程1810.27m，泵站為半地下式，室內地坪高程1808.63m，底板厚0.5m，基礎直接置于砂礫層上。

從基礎形式來看，方案一廠區最大挖深0.8m，地基采用樁基，廠區開挖量小，深度較淺。方案二廠區挖深12m以上，挖深較大存在基坑邊坡穩定問題；從施工角度看，方案一較方案二工程量小；就技術可行性而言，兩方案均能保證灌區取水要求，但方案二廠區位于深坑中排水防洪難度較大。經綜合比選，推薦方案一作為二級泵站站址。

3 工程布置

本工程為泵站提水工程，主要由取水口(總分水閘)、引水暗渠、一級提水泵站及壓力管道、輸水渠道、跨溝建筑物、二級提水泵站及壓力管道等組成。

本工程取水口位于已建景電一期西干五泵站出水池下游西干九支渠樁號2+500處。取水口設總分水閘，分水閘后通過矩形暗渠將水引至一級泵站前池，此段輸水暗渠全長305m。一級泵站至一級泵站出水池采用DN1000mm的焊接鋼管輸水，管線全長2591m。一級泵站出水池后接輸水渠道及跨溝建筑物與二級泵站前池相連接，總長4080m(其中明渠940m，倒虹吸3140m)。二級泵站至二級泵站出水池之間采用DN800mm的焊接鋼管輸水，管線全長2181m。

3.1 取水線路布置

樁號0+000～0+283為總分水閘與一級泵站輸水暗渠，該段位于土塘子溝下游溝口，基本沿主溝槽及溝道左側山體邊緣布置，其中樁號0+000～0+103及樁號0+228～0+300兩段位于主溝槽，溝槽上部為砂礫石層，其厚度大于6m；樁號0+103～0+228段位于溝道左側山體邊緣，兩岸基巖裸露。根據地形地質條件，該段采用暗渠輸水。

樁號0+305處設雙向分水閘，閘后接暗渠將水分別引入一泵站前池。

3.2 輸水線路布置

（1）一泵站～一泵站出水池輸水線路布置。一泵站壓力管道樁號為0-036～2+565，長2601m，其中樁號0+597～0+856、0+959～1+421、1+691～1+761、1+940～2+000段管道采用明管布置，其余樁號段管道采用暗敷布置。

（2）一泵站出水池～二泵站進水池輸水線路布置。樁號2+565～6+645，長4080m，本段位于基巖剝蝕低中山丘陵區與山前洪積傾斜平原區的交接部位，地形略有起伏，本段為自流段輸水渠道，其中樁號2+882～6+022渠線跨越古墩子沙河，為倒虹吸，其余段為明渠段。

（3）二泵站進水池～二泵站出水池輸水線路布置。該段樁號為6+693～8+874，長2181m，該段位于山前洪積傾斜平原的邊緣部位，地勢平坦、開闊，地形略有起伏。地基巖性以粉質壤土為主，局部為砂礫石該段，管道采用暗敷布置。

3.3 泵站廠區布置

雙營高速公路南側為一泵站，廠區東西寬42m，南北長30m，占地面積1260m2，由進水池、泵站、管理房等組成。由前池左側進入廠區，泵房呈東南向布置，左側為主廠房右側為副廠房，管理房布置在前池的右側，廠區四周設有圍墻。

五個墩的山前洪積平原上，距一支渠分水口約251m處為二泵站，廠區東西寬25m，南北長35 m，占地面積875m2，由進水池、泵站、管理房等組成。由前池右側進入廠區，泵房呈南北向布置，北面為副廠房，南面為主廠房，管理房布置在前池的左側，廠區四周設有圍墻。

4 結論及建議

本項目實施后，景泰縣水利基礎設施可進一步加強，農業生產條件得到進一步改善，使農民收入提高，對發展農村經濟，促進農業綜合開發和經濟穩步增長，加快群眾奔小康的進程奠定堅實的物質基礎，是一項扶貧、富民工程。同時，項目實施后，對改善項目區及周邊地區的人畜飲水和生態環境將起到極大作用，還可促進和帶動城鎮化建設的進程。線路優化及建筑物布置關系到整個工程的施工進度、工程投資以及后期運行安全等，在本次設計中尤為重要，在設計中要注重各方案 比選分析，得到工程選線及布置合理可行、宜于施工、投資少且后期運行安全可靠的方案。