大伙房水庫輸水工程輸水管線穿越河流安全監測研究

包德高

(遼寧省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，沈陽 110000)

1 概 況

為解決遼寧省城市缺水問題，2003年遼寧開工建設大伙房水庫輸水工程。該工程從渾江引水，通過85km輸水隧洞引至蘇子河后入大伙房水庫，經大伙房水庫調節，通過235km輸水管道向下游的撫順、沈陽、遼陽、鞍山、營口和盤錦六城市供水[1-2]。

為保證輸水工程的安全穩定運行，需對輸水管線穿越河流段進行長期安全監測。

2 安全監測內容

大伙房水庫輸水工程輸水管線穿越的27條重點河流需要監測，其監測內容為河道縱斷面和管線橫斷面。

根據各河流水量及沖刷情況，水量不大或者無沖刷的河流，橫斷面布置按輸水管線穿越河流位置中心線布設1條橫斷，在中心線上下游各100m布設一條橫斷；對于水量大、沖刷嚴重的河流，需保證每條管道中心線布設一條橫斷及上下游保護邊線各布設一條橫斷，橫斷兩側測至背水側堤腳外50m。

為掌握河道變化情況，測量管線穿越河道處河流河底縱斷，布置在主河道中心線以及中心線兩側各50m，不足50m的，只測量河道中心線一條縱斷。每條河底縱斷測量范圍為管線穿越河道位置上下游各測500m。

3 監測分析方法及原理

本次監測分析分為兩個層次，第一層次是本次監測數據與原設計數據對比分析，第二層次是本次監測數據與2019年監測數據對比分析[3]。

3.1 本次監測數據與原設計數據對比分析

本次監測數據與原設計數據或竣工圖數據比較，分析大伙房水庫輸水工程輸水管線建成至今，輸水管線上部的覆土厚度變化情況。本次分析采用的計算方法為：

沖刷量A=原設計深泓點高程-現深泓點高程

安全余量=現深泓點高程-設計允許沖刷后高程

最小埋深=現深泓點高程-管頂設計高程

沖刷量A反應了自管線建成至今的沖刷情況，當沖刷量A>0且數值較大的時候，表示管線上覆土沖刷嚴重，應對管線進行重點監測；當沖刷量A<0，表示管線的覆土厚土增加，對管線保護有利。

安全余量出現負值的時候就表示此處穿河管線沖刷情況出現預警信號，需要參考最小埋深的數據大小來決定是否需要加固處理或是重點監測。河道橫斷面圖中增加了管頂高程和深泓點數據，這兩條數據線間的距離就能直觀的顯示出輸水管線的最小埋深[4]。

3.2 本次監測數據與原設計數據對比分析

本次監測數據與2019年監測數據對比，主要分析河流在2019年11月份到2020年11月份期間的沖刷情況、河道走勢變化和河道下切情況。本次分析采用的計算方法為：

沖刷量B=原深泓點高程(2019年)-現深泓點高程(2020年)

河道平均沖刷量=2019年河道平均深度-2020年河道平均深度

沖刷量B反應的是2019年11月到2020年11月期間的沖刷深度，當沖刷量B>0,表示河底受到沖刷，應根據沖刷量的大小，具體制定防護策略；當沖刷量B<0,表示河底受到淤積，對管線保護有利。

河道平均沖刷量反應的是2019年11月到2020年11月期間，整段河道的整體變化趨勢。

4 安全監測分析

以沙河為例，依據文章研究的算法，進行兩層次的具體分析。

4.1 本次監測數據與原設計數據對比分析

表1 沙河本次監測與原設計對比分析表 m

管線建成至今，管線穿越沙河處沖刷總量為0.43m，沖刷嚴重，對管線保護不利，依據每年洪水情況，加強監測；安全余量1.12>0，表示滿足設計埋深要求；最小埋深2.03m，表示管線上方的覆土厚度2.03m，詳見表2。

表2 沙河橫斷面對比分析表 m

4.2 本次監測數據與2019年監測數據對比分析

從河流橫斷面的角度分析，2019年11月到2020年11月期間，管線穿越沙河處河道沖刷0.26m，管線上游100m處河道沖刷0.32m，管線下游100m處河道沖刷0.65m，管線上下游100m范圍內河道沖刷嚴重，對管線造成一定的影響，加強監測頻率，詳見表4-2。

從河流縱斷面角度分析，沙河在2019年11月到2020年11月期間，河道最大沖刷量0.88m，位于管線上游30m，距管線較近，對管線造成一定影響；河道最大淤積量0.22，位于管線上游826m；河道平均沖刷量0.33m，沙河整體沖刷嚴重。詳見表3。

表3 沙河河道整體沖刷分析表 m

5 小 結

管線建成至今，管線穿越沙河處沖刷總量為0.43m，沖刷嚴重，管線穿越沙河處的安全余量1.12>0，且最小埋深2.03>0，表示管線覆土滿足設計要求。2019年11月到2020年11月期間，管線處沖刷量為0.26m，河道最大沖刷量0.88m，位于管線上游30m，距管線較近，對管線影響較大，河道整體沖刷量為0.33m，沙河整體沖刷嚴重，基于上述分析，管線穿越沙河處沖刷嚴重，對管線保護不利，但覆土厚度依然滿足設計要求，所以建議汛前汛后連續監測，掌握河流沖刷規律。

基于文章的分析方法，將大伙房水庫輸水工程輸水管線穿越的27條河流分為三大類，其中一類河流建議汛前汛后連續監測，二類河流建議一年監測一次，三類河流建議隔年監測，對不滿足設計覆土厚度的河流，應做防護處理。

6 結 語

輸水管線的安全性是保障管線有效運行的基礎，在輸水管線安全監測方法中提出了安全余量和最小埋深這兩個概念，通過數值比較分析，為管線保護提供了數據支持，為決策者制定保護方案提供了參考。在以后的監測分析中，可以結合三維技術，將管線三維可視化，更形象更直觀的為決策者提供幫助。