石阡縣殺牛沖水庫工程輸水建筑物設計

陳祥勇 吳仕文

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201720151

摘要：為了對殺牛沖水庫輸水建筑物進行優化設計，結合工程現有輸水隧洞條件，合理設計一條輸水總管道，以節省總投資。通過對輸水建筑物軸線、取水口、輸水隧洞和輸水總管道的優化設計，為工程施工建設提供了重要設計方案保障。

關鍵詞：水庫；取水口；輸水建筑物；隧洞

1 工程概況

殺牛沖水庫是一個以城鎮供水和農村人畜飲水為主，兼顧灌溉的水利工程。工程主要任務是解決聚鳳鄉集鎮、周邊村寨人畜飲水，即供1.73萬人和0.37萬頭大小牲畜用水，同時兼顧解決該地區2650畝耕地的灌溉問題。殺牛沖水庫集水面積4.04km2（其中引洪面積1.95km2），壩址以上河長1.70km，平均比降為31.95‰；多年平均徑流量115.0萬m3，多年平均流量0.0365m3/s。輸水建筑物級別為4級。

2 輸水建筑物軸線選擇

輸水隧洞位于庫區右岸，為已建隧洞，隧洞斷面受當時施工技術限制，斷面不規則，一般高為1.5～2m，寬1.5～1.8m，洞身長687m，最大埋深68m，最薄處約50m，進口處高程114035m，出口高程1136.00m，比降0.6%，隧洞走向115°。設計對原隧洞進行清淤擴寬改造，不再新建輸水隧洞。為了節省投資，人飲灌溉從取水口至水廠采用一條輸水總管道，輸水總管從輸水隧洞引出，順山而下至水廠，全長1162m，總管為鋼管，直徑450mm（壁厚8mm）。

3 輸水建筑物

3.1 取水口設計

3.1.1 取水口布置

根據工程樞紐布置，取水口布置于庫區右岸，取水設施為已建隧洞內埋管，在隧洞進口為C15砼擋墻，在擋墻上設攔污柵（1.4×1.5m）一扇，進水孔直徑為1.0m。在輸水隧洞樁號0+076～0+96設一堵洞體，堵洞體上設一直徑為450mm的取水鋼管（輸水總管），管底高程為1140.95m。在輸水總管上距堵洞體后1.5m處及隧洞出口前1.5m處各設置φ450mm閘閥一個，供水設計流量為Q=0.127m3/s。

3.1.2 最小淹沒深度計算

供水取水口按照有壓進水口設計，最小淹沒深度按戈登公式估算，得最小淹沒深度為0.36m。

3.1.3 進口底板高程的確定

殺牛沖水庫平均淤沙高程1139.76m，死水位為1142.2m，根據上述原則，最終確定取水管進口底板高程為1140.95，高于淤沙高程，低于死水位1.25m，大于最小淹沒深度，可滿足要求。

3.2 輸水隧洞設計

輸水隧洞位于庫區右岸，為已建隧洞，隧洞斷面受當時施工技術限制，斷面不規則，一般高為1.5～2m，寬1.5～1.8m，洞身長687m，最大埋深68m，最薄處約5.0m，進口處高程114035m，出口高程1136.00m，比降0.6%，隧洞走向115°。設計對原隧洞進行清淤擴寬，隧洞設計斷面尺寸為2.2×3.0m（寬×高），樁號0+000～0+060、0+667～0+687段為C20鋼筋砼襯砌，厚30cm，樁號0+060～0+667段兩側墻及底板采用C15砼襯砌厚20cm，頂拱噴C20砼支護，厚10cm。

3.3 輸水總管道設計

3.3.1輸水總管方案比選

輸水總管不存在跨河、溝、公路等其它建筑物，管線簡單。輸水總管全1162m，設計引用流量0.127m3/s，管內徑450mm。對輸水總管選擇無縫鋼管（管壁厚8mm）DN450mm與PE管（100級，1.6MPa）DN450mm進行了技術經濟比較。經市場詢價結合設計概算，將其折算為單位每米價格，則鋼管為616.71元/米，PE管為838.51元/米，上面單價均不含運輸安裝費。鋼管管材總價為71.66萬元，PE管材總價為97.43萬元，就管材而言PE管比鋼管投資多25.77萬元。土建方面，輸水管線經過的路線地層巖性為灰巖，基巖裸露。若采用PE管，為了防止老化，必須將其下埋，開挖管溝施工難度較大，投資較大，若采用鋼管，用砼鎮支墩支護，施工難度相對較小。PE管土建投資46萬元，鋼管土建投資31萬元，PE管土建投資比鋼管多15萬元。綜上所述PE管方案比鋼管方案多投資40.77萬元，鋼管方案較經濟，推薦鋼管方案。

3.3.2輸水總管設計流量

殺牛沖水庫為小（1）型水庫，水庫建成后主要解決聚鳳鄉集鎮及周邊村寨人口17364人、大小牲畜3755頭的飲水及轄區內2650畝地灌溉的用水問題。設計水平年供水范圍集鎮、農村人畜需水總量為89.0萬m3，最大日用水量2438.3 m3 /d。根據《村鎮供水工程技術規范》（SL3102004）規定，人畜飲水采用全日制供水，最大日供水量大于1000 m3/d，小于5000m3/d時其時變化系數KS為1.8～2.2，經計算人畜飲水最大日引用流量為0.062m3/s。灌區設計灌溉面積2650畝，各農作物種植面積分別為：水稻種植面積為500畝，玉米種植面積為825畝，烤煙種植面積為1325畝。根據《灌溉與排水工程設計規范》（GB5028899）的規定，灌溉水利用系數綜合取0.882。根據水文資料長系列計算可知，多年平均灌溉用水量為38.7萬m3，P=80%保證率年灌溉用水量為45.0萬m3。水稻在泡田期時日需水量最大，一日最大灌水定額5.67m3/畝；同時期玉米和烤煙一日最大灌水定額分別為1.45m3/畝和1.22m3/畝。灌溉最大日用水量主要由水稻、玉米和烤煙的用水量組成，經計算灌溉最大日引水流量為0.065m3 /s。為了節省投資，人飲灌溉從取水口至水廠采用一條輸水總管道，在水廠再分為灌溉管道和人飲管道，則輸水總管道的引水流量為人飲加灌溉的引用流量，即Q=0.062+0.065=0.127m3/s。

4 結語

殺牛沖水庫興建后，很好地解決了聚鳳鄉群眾飲水、灌溉用水難的問題，同時也為聚鳳鄉的經濟發展奠定了堅實的基礎。合理輸水建筑物優化設計，可以為工程安全可靠、節能經濟的高效優質施工建設提供重要的技術指導。

參考文獻：

[1]岳明明，楊慶華，王有祥.齊心水庫泄洪、輸水建筑物位置及型式比較[J].黑龍江水利科技，2014，42（03）：6465.

作者簡介：陳祥勇（1989），男，貴州省正安縣人，本科，助理工程師，主要從事水利工程設計，水利工程建設。