臥虎山～錦繡川水庫連通工程泵站方案優(yōu)選

付延?xùn)|，曹俊強(qiáng)，馮忠棟

（濟(jì)南市水利建筑勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，山東 濟(jì)南 250014）

1 工程概況

1.1 工程建設(shè)的必要性

濟(jì)南市臥虎山水庫至錦繡川水庫連通調(diào)水工程是《濟(jì)南市水安全保障規(guī)劃》的重要內(nèi)容之一，是濟(jì)南水生態(tài)環(huán)境建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。項(xiàng)目建設(shè)符合國家產(chǎn)業(yè)政策和濟(jì)南市相關(guān)規(guī)劃，有利于優(yōu)化濟(jì)南市水資源配置，完善供水安全保障體系，解決區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展與水資源緊缺的矛盾，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展。因此，項(xiàng)目建設(shè)是必要的。

1.2 水庫概況

本工程位于錦繡川流域，工程起點(diǎn)為臥虎山水庫，終點(diǎn)為錦繡川水庫。錦繡川發(fā)源于南部山區(qū)西營鎮(zhèn)梯子山佛峪，綿延長30.96 km，流域面積291 km2。錦繡川中部群山環(huán)抱，1970 年在此建錦繡川水庫，壩址上游有二級支流二條，三級支流9 條，為混合型河系。臥虎山水庫于1958 年9 月動工興建，歷經(jīng)了始建、改建、擴(kuò)建和續(xù)建4個(gè)階段，并于2009—2011 年實(shí)施了除險(xiǎn)加固工程，2015 年實(shí)施臥虎山水庫增容工程。水庫主壩為黏土心墻土壩，水庫設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100 年一遇，5 000 年一遇洪水校核，總庫容1.2 億m3，屬大（2）型水庫。水庫增容后死水位為112.70 m，相應(yīng)庫容329 萬m3；興利水位為130.50 m，興利庫容6 374 萬m3，相應(yīng)庫容6 703 萬m3；校核洪水位為137.61 m，相應(yīng)庫容為11 950 萬m3。錦繡川水庫位于錦繡川河道上游，屬黃河水系。錦繡川水庫于1970 年10 月建成，水庫控制流域面積166 km2，水庫總庫容4 150 萬m3，興利水位251 m，興利庫容3 592 萬m3，相應(yīng)庫容3 700 萬m3；死水位225 m，相應(yīng)庫容108 萬m3。

1.3 主要建設(shè)內(nèi)容

1）工程任務(wù)。本工程以通過濟(jì)平干渠調(diào)入臥虎山水庫的黃河水、長江水為水源，在保證臥虎山水庫原有用水戶供水的前提下，通過已建成的田山灌區(qū)與濟(jì)平干渠連通工程、賈莊分水閘至臥虎山水庫輸水工程、臥虎山水庫供水線路改造工程（五庫連通工程）、五庫連通延伸工程等連通工程，新建3 座泵站、16.26 km 輸水管線，充分利用錦繡川水庫富余的1 000 萬m3的興利庫容容納水量，年接納從臥虎山水庫調(diào)入的4 614 萬m3黃河水、長江水等客水，兩水庫聯(lián)合調(diào)度，增加錦繡川水庫的供水量，為區(qū)域生活、生產(chǎn)、生態(tài)供水，滿足區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的需要，解決水資源供需矛盾。

2）工程規(guī)模。濟(jì)南市臥虎山水庫至錦繡川水庫水源連通工程輸水管道設(shè)計(jì)流量3.47 m3/s，日調(diào)水能力30 萬m3。

3）工程總體布置。臥虎山水庫至錦繡川水庫連通調(diào)水工程新建三級泵站及管理設(shè)施，敷設(shè)16.26 km 輸水管線。沿錦繡川河道敷設(shè)輸水管道15.81 km，支線管道0.45 km。經(jīng)方案比選，輸水管道選用1 根DN1600 螺旋鋼管。

工程起點(diǎn)為1 號提水泵站，位于臥虎山水庫北岸，西許莊村西南約600 m，管理設(shè)施位于1 號泵站西側(cè)。管線自1 號提水泵站至2 號加壓泵站，長7.13 km，沿線穿越S103 大橋、仲宮老橋等6 座橋梁。

2 號加壓泵站位于錦繡川河道北岸，西路家村西約300 m。管線自2 號加壓泵站至3 號加壓泵站，長5.33 km，沿線穿越4 座橋梁。自2 號泵站出口向北敷設(shè)至輸水干渠叉管管線長0.45 km。

3 號加壓泵站位于錦繡川河道北岸，繡川派出所西約150 m。管線沿3 號加壓泵站至壩前坡設(shè)出水口，管線長3.35 km。

1 號泵站為取水泵站，其方案選取關(guān)系到整個(gè)項(xiàng)目的工程投資及后期運(yùn)行成本，也關(guān)系到本工程后期運(yùn)行調(diào)度方案的確定。本工程項(xiàng)目組在可行性研究報(bào)告階段對其取水水位、取水口位置、工程選址進(jìn)行了多方面的方案比選，以確保泵站方案最優(yōu)[1]。

2 泵站取水口選定

2.1 取水口高程

1 號泵站作為取水泵站，其取水口高程關(guān)系到工程年輸水量，影響水庫的調(diào)蓄，更關(guān)系到工程的能耗。本次工程設(shè)計(jì)綜合考慮下，采用滿足工程年輸水量、不影響水庫調(diào)蓄情況下的最高水位作為最低取水位，最終確定取水口高程[2]。

調(diào)節(jié)原則：水庫6～7 月不超過其汛中限制水位，8 月不超過其允許超蓄水位，8 月下旬～9 月不超過其汛末蓄水位，水庫蓄水不低于死庫容。水庫徑流統(tǒng)計(jì)資料未考慮蒸發(fā)、滲漏損失量，因此調(diào)節(jié)計(jì)算中暫不考慮蒸發(fā)和滲漏損失量。考慮南水北調(diào)二期工程規(guī)劃建設(shè)情況以及計(jì)劃取水的實(shí)際情況，客水以長江水為主，主要為非汛期引水；考慮汛期極端天氣的出現(xiàn)，盡量減少汛期黃河水的調(diào)引。

經(jīng)計(jì)算，臥虎山水庫滿足上述要求的起調(diào)庫容為3 500 萬m3，相應(yīng)水位為124 m，因此1 號泵站的最低取水位取124 m。為滿足進(jìn)水需求，取水口底板高程定為122.50 m。

2.2 取水口位置方案比選

本工程為輸水工程，取水口位置直接關(guān)系到泵站工程自身投資與管線長度，進(jìn)而影響工程的總體投資與后期運(yùn)行管理。因此本工程對取水口的位置進(jìn)行了方案比選。

臥虎山水庫為山區(qū)水庫，水庫庫底縱坡較陡。經(jīng)查閱資料，滿足此高程要求的位置位于水庫中上游。在綜合考慮了取水條件、管線長度、后期管理等多方面因素后，提出了取水口設(shè)置在水庫中游和尾部兩種方案。

1）方案一取水口設(shè)置在水庫中部。該方案將取水口設(shè)置于水庫中部，引水泵站設(shè)置于水庫岸邊。水庫庫底高程基本滿足取水口的高程需求，無需大規(guī)模開挖引水明渠，但該方案需加長輸水管線。

2）方案二取水口設(shè)置在庫尾。該方案將取水口設(shè)置于水庫庫尾，將泵站設(shè)置在省道S103 路邊，在庫區(qū)內(nèi)開挖引水明渠至泵站位置。該方案管線較短，但庫尾處現(xiàn)狀地面高程較低，僅為128.00 m 左右，無法與S103 直接連接，交通較為不便，需抬填地面方便與S103 連通。

具體方案比較見表1。

經(jīng)綜合比較，方案一引水條件好、占地少、管理方便、施工更為便利、總體投資較少，更為技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理，因此本工程選取方案一，既將取水口設(shè)置于水庫中部。

表1 取水口位置方案比選表

3 1 號泵站工程選址方案比選

在確定泵站需設(shè)置在水庫中游后，根據(jù)現(xiàn)場踏勘情況，初步選取了三處較為合理的站址方案。

1）方案一：位于原水上酒家舊址，水庫管理處沿仲市路向東0.6 km 處。該處地形相對較為平坦，場區(qū)較大，距離水庫管理處較近。

2）方案二：位于臥虎山北庫岸，水庫管理處沿仲市路向東1.9 km 處。該處地形高差較大，為多級臺地，距水庫管理處相對較遠(yuǎn)。

3）方案三：位于臥虎山南庫岸，自溢洪閘沿仲市路向東2.3 km 處。該處現(xiàn)狀為農(nóng)田，地形平坦，距離水庫管理處遠(yuǎn)。

表2 1 號泵站址比選表

綜合考慮引水條件、施工、運(yùn)行管理、防洪安全、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、輸水管路長短、投資等多方面因素，提水泵站站址選擇方案二。

4 結(jié) 語

臥虎山～錦繡川水庫連通工程有利于優(yōu)化濟(jì)南市水資源配置，完善供水安全保障體系，解決區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展與水資源緊缺的矛盾。1 號泵站為取水泵站，其方案選取關(guān)系到水庫調(diào)蓄、工程投資及后期運(yùn)行成本。本工程項(xiàng)目組在可行性研究報(bào)告階段對其取水水位、取水口位置、工程選址進(jìn)行了多方面的方案比選，最終確定了泵站選址的最優(yōu)方案，可為類似泵站工程選址提供一定的參考價(jià)值。