布爾闊臺(tái)河供水方案優(yōu)選分析研究

陳 海

(塔城地區(qū)水利水電勘察設(shè)計(jì)院，新疆 塔城 834700)

1 概 述

1.1 工程區(qū)域概述

額敏縣布爾闊臺(tái)河供水工程位于布爾闊臺(tái)河的中下游出山口段吾爾喀什爾山以南的額敏縣境內(nèi)，距額敏縣城直線距離約70 km，喇嘛昭鄉(xiāng)距水庫(kù)壩址12 km，S318省道在壩址下游通過(guò)，由S318省道去往喇嘛昭鄉(xiāng)的鄉(xiāng)道再經(jīng)水庫(kù)上壩公路到水庫(kù)壩址的距離為18 km。工程所在區(qū)域地處緯度偏高的內(nèi)陸地區(qū)，遠(yuǎn)離海洋，屬溫帶大陸性氣候區(qū)，氣候嚴(yán)寒，冬長(zhǎng)暑短，上游中山區(qū)終年積雪。氣溫垂直分布明顯，晝夜溫差大，氣溫隨海拔升高而遞減，遞減率約為0.2℃/100 m。山區(qū)年平均氣溫小于5.5℃，平原區(qū)年平均氣溫6.5℃，多年平均最高氣溫37.9℃，多年平均最低氣溫-32.3℃。

平原區(qū)多年平均年降水量278.2 mm，山區(qū)年降水量500～700 mm，降雨時(shí)間主要集中在4-7月份，該季節(jié)降水量占全年降水量的42%以上。

平原區(qū)年無(wú)霜期118～188 d，多年平均積雪深度32 cm，歷年最大積雪深度61 cm，多年平均日照時(shí)數(shù)2 832.8 h，日照百分率64%，多年平均最大風(fēng)速14.1 m/s。

工程位置地處山區(qū)，受氣候條件的影響，其冰期長(zhǎng)達(dá)半年之久。布爾闊臺(tái)河在10月底或11月初，水流中就出現(xiàn)冰花、流冰和岸冰。一般情況下，在11月底至翌年的2月份為封凍期，穩(wěn)定封凍期冰厚0.8 m左右，平均封凍時(shí)間100 d左右；冰塞、冰壩主要出現(xiàn)在4月份的河道開(kāi)河期間。河道大約于3月份開(kāi)始解凍，終冰日期為3月下旬至4月上旬，最大凍土深度1.4 m。

1.2 工程特征

額敏縣布爾闊臺(tái)河供水工程是為工業(yè)和農(nóng)業(yè)灌溉供水并為改善生態(tài)供水的水利工程。水源為喇嘛昭水庫(kù)，本工程由工業(yè)供水管道和農(nóng)業(yè)灌溉渠道及管道等組成。

工程主要建筑物包括供水管道和灌溉渠道。供水管道設(shè)計(jì)年供水量750×104m3，供水流量為0.92 m3/s，沙棘生態(tài)林灌溉面積0.106 7×104hm2；灌溉渠道灌溉面積為0.233 3×104hm2，灌溉設(shè)計(jì)流量2.3 m3/s。根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50201-2014)及《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL 252-2017)的規(guī)定，確定供水工程的工程等別為IV等，工程規(guī)模為小(Ⅰ)型，供水管道主要建筑物級(jí)別為5級(jí)，灌溉渠道主要建筑物級(jí)別為5級(jí)，次要建筑物級(jí)別為5級(jí)。

根據(jù)上述建筑物級(jí)別，確定輸水工程建筑物采用的洪水標(biāo)準(zhǔn)[重現(xiàn)期(年)]：供水管道(包括調(diào)節(jié)水池、檢修閥井、排氣閥井、泄水井及管道穿河防護(hù)設(shè)施等)設(shè)計(jì)洪水為標(biāo)準(zhǔn)10年，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年；灌溉渠道及灌溉管道設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為10年，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年。

2 布爾闊臺(tái)河供水方案優(yōu)選分析

2.1 方案工程布置

本次設(shè)計(jì)選擇3種供水總布置方案進(jìn)行比選。

2.1.1 主管分支方案

主管線水庫(kù)大壩輸水洞直接取水，向南敷設(shè)長(zhǎng)5.7 km的有壓主管道，并在主管道終點(diǎn)設(shè)置一座分水池，利用分水池向喇嘛昭鄉(xiāng)綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)基地、電廠及沙棘生態(tài)林分支敷設(shè)分支管線，分支長(zhǎng)度分別為6.7，5.1和10.0 km。

2.1.2 主渠分支方案

對(duì)布爾闊臺(tái)河渠首進(jìn)行擴(kuò)建，水庫(kù)水放至下游長(zhǎng)2.2 km的天然河道，利用布爾闊臺(tái)河渠首收集河水，主渠從渠首取水后，向南修建3.5 km無(wú)壓主渠道，在主渠道終點(diǎn)設(shè)置一座分水池，分水后分別向喇嘛昭鄉(xiāng)綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)基地、電廠及沙棘生態(tài)林分支敷設(shè)分支管線，分支長(zhǎng)度分別為6.7，5.1和10.0 km。

2.1.3 組合方案

在課程設(shè)計(jì)上，培訓(xùn)針對(duì)已有工作經(jīng)驗(yàn)的社區(qū)醫(yī)生，不同于面向醫(yī)學(xué)生的全科醫(yī)生規(guī)范化培訓(xùn)。勵(lì)麗介紹，每一次開(kāi)一個(gè)班，人數(shù)二十多人；而且，每位學(xué)員要脫產(chǎn)2個(gè)月在寧波一院上課并參與臨床查房。

由供水管道工程和灌溉渠道工程兩部分組成。供水工程主管線水庫(kù)大壩輸水洞直接取水，向南敷設(shè)長(zhǎng)5.7 km的有壓主管道，并在主管道終點(diǎn)設(shè)置一座分水池，利用分水池向電廠及沙棘生態(tài)林分支敷設(shè)分支管線，分支長(zhǎng)度分別為5.1和10.0 km。灌溉工程水庫(kù)水放至下游長(zhǎng)2.2 km的天然河道，利用布爾闊臺(tái)河渠首收集河水，渠道從渠首取水后，經(jīng)8.65 km暗渠和管道到達(dá)受水點(diǎn)。

各方案平面布置見(jiàn)圖1。

圖1 工程總布置方案圖

2.1.4 各方案優(yōu)缺點(diǎn)分析

主管線采用有壓管道輸水：主管線采用有壓管道輸水，管線總長(zhǎng)度較長(zhǎng)，管道安全性較好，輸水保證率高，但由于主管道設(shè)計(jì)流量加大(3.22 m3/s)，管徑大，投資高，在河谷施工也極為困難，沿河防護(hù)難度大，且平時(shí)運(yùn)行存在2.2 km的天然河道脫流河段，對(duì)布爾闊臺(tái)河道的生態(tài)和環(huán)境影響十分不利，無(wú)法滿足環(huán)境要求。

主渠采用無(wú)壓渠道輸水：主渠采用無(wú)壓渠道輸水，管線總長(zhǎng)度相對(duì)較短，能夠避免方案一弊端，但其供水安全性較差，保證率低，特別是3個(gè)不同分支供水保證率差異較大(電廠設(shè)計(jì)保證率為97%、沙棘生態(tài)林設(shè)計(jì)保證率為85%、喇嘛昭鄉(xiāng)綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)基地設(shè)計(jì)保證率為75%)，渠道布置難以協(xié)調(diào)(設(shè)置雙渠可以滿足高保證率，但投資大，沿河防護(hù)難度大；設(shè)置單渠投資小，但難以滿足工業(yè)供水高保證率需求)；同時(shí)現(xiàn)狀渠首進(jìn)水閘也難以滿足主渠所需總的引水流量(3.22 m3/s)，水庫(kù)水量損失較大。

組合方案：可以很好地結(jié)合方案一和方案二優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又避免了兩個(gè)方案弊端，即高保證率供水利用管道直接從水庫(kù)輸水洞接引，安全性高，輸水管徑小，施工、管理便利；低保證率輸水結(jié)合生態(tài)環(huán)境及現(xiàn)有渠首等設(shè)施，降低投資。

2.2 優(yōu)選方案確定

綜上，結(jié)合河道生態(tài)環(huán)境要求、工程投資、工程運(yùn)用要求及現(xiàn)有水利工程情況，本階段推薦采用組合方案即方案三。

3 特定對(duì)象支線路供水用水方案優(yōu)選分析

供水工程取水點(diǎn)為布爾闊臺(tái)水庫(kù)輸水洞出口，受水點(diǎn)一為鵬通能源新疆額敏縣2×660 MW煤電一體化發(fā)電廠，受水點(diǎn)二為下游布爾闊臺(tái)河左側(cè)高地沙棘生態(tài)林，位于原鄉(xiāng)道旁側(cè)。

鵬通能源新疆額敏縣2×660 MW煤電一體化發(fā)電廠與取水點(diǎn)南北向基本呈直線，且地勢(shì)從取水點(diǎn)至受水點(diǎn)呈線性下降，中間為其他障礙，因此發(fā)電廠分支基本沿取水點(diǎn)和受水點(diǎn)直線布設(shè)，無(wú)需進(jìn)行其他比選。

為節(jié)省投資，沙棘生態(tài)林分支上游與發(fā)電廠分支采用合建(主線)，為避免取水點(diǎn)與受水點(diǎn)見(jiàn)地形落差大導(dǎo)致的管道壓力大帶來(lái)的安全和投資隱患，在管道合適位置設(shè)置減壓池，同時(shí)利用減壓池完成分水布置，即在管道中間設(shè)置分水池，分水池下游沙棘生態(tài)林分支結(jié)合取水點(diǎn)及受水點(diǎn)位置、各點(diǎn)地形，綜合選擇3個(gè)方案進(jìn)行比選：

3.1 具體布設(shè)方案內(nèi)容

方案一：全管線方案，主線采用2根DN700球墨鑄鐵管從喇嘛昭水庫(kù)壩下出水池向南敷設(shè)5.7 km，設(shè)置分水池，分水后分別向兩個(gè)分支敷設(shè)分支管線。額敏縣發(fā)電廠分支設(shè)置2根DN400球墨鑄鐵管，管線長(zhǎng)5.1 km，沙棘生態(tài)林分支采用1根DN800球墨鑄鐵管，管線長(zhǎng)10 km。

方案二：全管線方案，主線采用2根DN700球墨鑄鐵管從喇嘛昭水庫(kù)壩下出水池向南敷設(shè)3.4 km，設(shè)置分水池，分水后分別向兩個(gè)分支敷設(shè)分支管線。額敏縣發(fā)電廠分支設(shè)置2根DN400球墨鑄鐵管，管線長(zhǎng)7.4 km，沙棘生態(tài)林分支采用1根DN800球墨鑄鐵管，管線長(zhǎng)11.3 km。

方案三：管-渠組合方案，主線采用2根DN700球墨鑄鐵管從喇嘛昭水庫(kù)壩下出水池向南敷設(shè)5.7 km，設(shè)置分水池，分水后分別向兩個(gè)分支敷設(shè)分支管線。額敏縣發(fā)電廠分支設(shè)置2根DN400球墨鑄鐵管，管線長(zhǎng)5.1 km，沙棘生態(tài)林分支上游渠道總長(zhǎng)度7.4 km，渠道采用暗渠型式，無(wú)壓流，斷面為矩形，凈寬1.0 m、凈高1.2 m，頂板、底板、側(cè)壁厚度均為0.3 m。暗渠采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，每10 m設(shè)一道沉降縫，采用橡膠止水帶止水，縫內(nèi)填塞閉孔泡沫板。管道部分采用DN800球墨鑄鐵管，長(zhǎng)度3.7 km。

各方案平面布置見(jiàn)圖2。

3.2 優(yōu)缺點(diǎn)分析

方案二由于減壓池靠近上游，下游距離較長(zhǎng)的電廠分支、沙棘分支管道壓力均較大，增加了管道投資及安全隱患，同時(shí)沙棘分支沿布爾闊臺(tái)河左岸布設(shè)，需額外增加管道防護(hù)(防河道沖刷、防左側(cè)山洪淘刷)、管護(hù)道路及臨時(shí)交通等設(shè)施。

方案三上游及沙棘分支與方案一相同，沙棘生態(tài)林分支采用無(wú)壓暗渠和有壓管道結(jié)合的形式，沙棘生態(tài)林分支管材壓力較小，可以減少投資，但總長(zhǎng)度較方案一長(zhǎng)。同時(shí)渠道(或管道)較長(zhǎng)部分在布爾闊臺(tái)河下游漫灘布設(shè)，需額外增加管道防護(hù)，同時(shí)為了保留末端一定壓力水頭，渠道下游仍需設(shè)置一部分管道，且大部分渠道和管道需增設(shè)臨時(shí)道路和管護(hù)道路。

圖2 特定對(duì)象供水線路方案圖

方案一管線(渠道)距離最小，投資最低，同時(shí)施工條件最好，垂直跨越布爾闊臺(tái)河距離最短，安全度最高。同時(shí)管道壓力經(jīng)過(guò)減壓后，壓力分布也較為合理，主管線及電廠分支利用供水工程交通道路作為護(hù)管路、沙棘生態(tài)林分支可利用現(xiàn)有鄉(xiāng)道及跨河橋，施工及運(yùn)行管理均較便利。見(jiàn)表1、表2。

表1 線路比選工程量比較表

表2 線路比選方案綜合比較表

因此，特定用戶供水方案選擇推薦采用方案一，與可行性研究階段推薦方案相同。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)布爾闊臺(tái)河供水方案優(yōu)選后，為后續(xù)整個(gè)方案的具體節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)提供一定基礎(chǔ)，同時(shí)也為解決該地區(qū)日益發(fā)展的經(jīng)濟(jì)和用水矛盾提供一種必要的手段。