鳳山縣上林水庫工程供水線路方案優(yōu)化設(shè)計

莫小弟

（廣西水利電力勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，南寧 530023）

1 工程概況

上林水庫工程壩址位于鳳山縣喬音鄉(xiāng)才勞村才里屯平朝河支流上游1.3 km處。工程所在區(qū)域桂西北大石山區(qū)是廣西旱災(zāi)較為嚴(yán)重的區(qū)域之一，幾乎年年發(fā)生不同程度的旱災(zāi)。項目區(qū)水利設(shè)施薄弱，鳳山縣城現(xiàn)狀及在建供水水源無法滿足需求；庫區(qū)下游沿線村屯人畜飲水采用附近山泉水，無調(diào)蓄功能，用水保證率無法滿足，供水安全得不到保障。項目區(qū)急需增加水源調(diào)節(jié)能力保證該區(qū)域供水安全。上林水庫是鳳山縣城及沿線未來發(fā)展的重要水源工程，工程任務(wù)以供水為主，結(jié)合灌溉，可解決2030年縣城居民生活用水缺口問題，兼顧滿足下游才里、江坡、巴悶、巴對、那令、那樂、勞里、瓦里、把半、上林、下林等共計11個村屯居民生活用水需求和下游3000畝農(nóng)田灌溉需求。

上林水庫為小（1）型水庫，Ⅳ等工程，水庫正常蓄水位651 m，總庫容350萬m3，有效庫容254.6萬m3。上林水庫對縣城及農(nóng)村最大人飲供水流量為0.10 m3/s，考慮喬音水庫管道檢修時縣城及農(nóng)村人飲供水臨時加大流量為0.431 m3/s；農(nóng)田灌溉用水最大引水流量為0.213 m3/s，放入原河道的生態(tài)基流量為0.033 m3/s。工程主要建筑物由擋水壩、溢流壩、放水設(shè)施和輸水管道等組成，其中供水方式采用有壓重力式自流供水方式。

項目建成后，上林水庫和喬音水庫形成鳳山縣的雙水源，兩水庫聯(lián)合調(diào)度，共同向鳳山縣城區(qū)供水，滿足2030年鳳山縣城居民生活用水需求。

2 原供水線路方案布置

進(jìn)水口位于右岸非溢流壩內(nèi)，壩內(nèi)埋設(shè)鋼管穿過壩體后沿壩坡埋設(shè)，在大壩下游壩腳處設(shè)閥門操作室，管道引出閥門操作室后沿新建的閥門控制房管理道路布設(shè)，在那水橋附近接至現(xiàn)有村屯道路。那水橋至勞里屯段現(xiàn)狀已有道路連通，沿線地形較緩，本段管線主要沿已有道路旁布設(shè)；在勞里屯附近設(shè)供水分岔管，勞里至縣城第二水廠為一根供水干管；勞里至下林段設(shè)一根供水分干管。勞里至縣城第二水廠段需修建2座隧洞，隧洞內(nèi)明鋪鋼管。放水總管管徑為DN800，供水干管管徑為DN600，分干管管徑DN80、DN50，管材均采用壓力鋼管。管道的敷設(shè)方式為：供水干管采用平地淺埋管道+局部跨河明管+隧洞內(nèi)明管的型式，供水分干管采用明鋪管道的型式。管道總長度18.91 km。

1#隧洞進(jìn)口位于勞里屯下游對面山體，洞線總體為西北向東南布置，出口位于鳳山縣森林公安局附近山體，隧洞全長5.11 km。設(shè)計斷面主要考慮滿足管道運行檢修和施工的要求，確定隧洞采用城門洞型，襯護(hù)后的斷面底寬2.2 m，高2.7 m。

2#隧洞進(jìn)口位于鳳山縣高級中學(xué)附近山體，洞線總體為西北向東南布置，出口位于鳳山縣體育館附近的山體，全長1.00 km。設(shè)計斷面與1#隧洞相同，襯護(hù)后的斷面底寬2.2 m，高2.7 m。

原供水線路方案布置見圖1。

3 供水線路優(yōu)化布置

為尋求更優(yōu)的輸水線路布置方案，設(shè)計人員對項目輸水線路進(jìn)行了仔細(xì)查勘。現(xiàn)場查勘了解到，喬音水庫擴(kuò)容工程的輸水管道正在實施，其輸水主管采用兩根DN700預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管，供水終點為巴埝水廠和縣城規(guī)劃第二水廠，其中巴埝水廠設(shè)計供水流量0.13 m3/s，縣城規(guī)劃第二水廠設(shè)計供水流量0.48 m3/s，設(shè)計總供水流量0.61 m3/s。喬音水庫輸水管道按設(shè)計流量正常供水時，其管道壓坡線水頭尚有一定富余，考慮到上林水庫供往縣城的設(shè)計流量僅為0.096 m3/s，與喬音管道供水流量相比明顯較小，從技術(shù)上存在“將上林水庫供水管道接入喬音水庫管道共同向縣城供水”的可能性。經(jīng)初步水力計算，可得以下結(jié)論：

（1）上林水庫供水干管在最低運行水位（630 m）下按設(shè)計流量正常供水時，輸水干管末端的壓坡高程達(dá)617.5 m，而喬音水庫在最低運行水位（570 m）下按設(shè)計流量正常供水時該處壓坡高程約559.4 m，上林水庫輸水干管末端壓坡高程明顯較高，滿足上林水庫管道接入喬音管道的水頭要求。

（2）供水干管在最低運行水位（630 m）下按臨時加大流量供水時，管道內(nèi)壓坡水頭滿足沿線村屯人飲供水的要求，輸水干管末端的壓坡高程為570.9 m，高于喬音水庫單管供水時此處的壓坡水頭（550.2 m），滿足上林水庫管道接入喬音管道的水頭要求。

根據(jù)以上水力計算結(jié)果可知，將上林水庫供水管道接入喬音水庫管道共同向縣城供水是可行的。考慮到上林水庫的正常蓄水位為651 m，而喬音水庫正常蓄水位約585.5 m，水位相差約65 m，正常供水時，兩邊管道在接入點處存在較大的水頭差，該方案的難點是如何保證接入點處輸水管道內(nèi)壓力水頭的互相協(xié)調(diào)，以保證兩個水庫水源可共同正常向縣城供水，同時需確保上林水庫管道內(nèi)高水頭不對喬音水庫管道造成破壞。

經(jīng)查閱相關(guān)資料，對該方案進(jìn)行水力過渡過程計算分析后認(rèn)為，通過在下林屯設(shè)置中間調(diào)節(jié)水池（正常蓄水位585 m）提前釋放管道內(nèi)壓力水頭，并在管道末端設(shè)置流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行減壓及流量調(diào)節(jié)控制后，可實現(xiàn)兩水庫水源協(xié)調(diào)共同供水的目標(biāo)，且可保證上林水庫輸水管道內(nèi)水壓力不對喬音水庫輸水管道造成破壞，是一個可行的輸水方案。

優(yōu)化后的供水線路布置為：輸水管道自大壩起主要沿壩下游閥門操作室管理道路和現(xiàn)有村屯道路布置，沿線經(jīng)過才里、巴悶、巴對、那令、那樂、勞里、瓦里、巴半、上林、下林等村屯，在久加村處接入在建的喬音水庫輸水管道共同向縣城供水。通過在下林屯設(shè)置中間調(diào)節(jié)水池，并在管道末端設(shè)置流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行減壓及流量調(diào)節(jié)控制后，實現(xiàn)兩水庫水源協(xié)同供水的目標(biāo)。該方案放水總管管徑為DN800，供水干管管徑為DN600，輸水管道總長14.75 km。

優(yōu)化后供水線路方案布置見圖2。

4 方案對比

原供水線路方案為上林水庫獨立供水方案，優(yōu)化方案為上林供水管道接入喬音水庫管道協(xié)同供水的方案，兩方案布置差異明顯，具備各自顯著的特點，主要對比如下：

圖2 優(yōu)化后供水線路方案布置圖

（1）運行管理維護(hù)方面。原方案后期供水管理控制不受喬音水庫影響，運行管理簡單，管道內(nèi)水流穩(wěn)定，供水系統(tǒng)安全保障度高；但隧洞段管線長，隧洞內(nèi)交通不便，對后期管道維護(hù)不利。優(yōu)化方案上林水庫與喬音水庫協(xié)同向鳳山縣城區(qū)供水，運行管理上需考慮兩水庫水源聯(lián)合調(diào)度，運行操作相對復(fù)雜，需制定相對嚴(yán)格的運行管理措施、制度，采用信息化手段保障供水系統(tǒng)運行安全；供水管線全線以淺埋管為主，后期維護(hù)檢修方便。

（2）施工方面。原方案需修建兩座總長達(dá)6.21 km的隧洞，由于隧洞軸線位于向斜核部附近，巖層平緩，存在較多的工程地質(zhì)問題，工程地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度大，風(fēng)險高，工期長，存在較多的不確定性，影響工程效益的早日發(fā)揮；優(yōu)化方案取消了兩座隧洞，管線全線以淺埋管為主，施工簡單快速，不存在大的施工風(fēng)險。

（3）工程投資。因優(yōu)化方案取消了兩座隧洞，大大降低了供水工程的投資，工程投資較原方案節(jié)省約5500萬元，優(yōu)勢非常明顯。

根據(jù)以上分析，優(yōu)化后方案僅在運行管理方面較原方案存在一定劣勢，但通過采取必要的工程措施、制定相對嚴(yán)格的運行管理制度、采用信息化等手段亦能有效保障供水系統(tǒng)運行安全。而優(yōu)化后方案在工程施工和工程投資方面具備十分明顯的優(yōu)勢，尤其考慮到鳳山縣作為國家級貧困縣、地方財政困難的情況下，這個優(yōu)勢尤為突出。綜合來看，該優(yōu)化后方案顯然更合理。

5 優(yōu)化方案存在的問題及對策

（1）因上林水庫水位比喬音水庫水位高約65 m，若不設(shè)置中間調(diào)節(jié)水池，為避免上林水庫的高水頭對喬音水庫管道造成影響破壞，對管道系統(tǒng)的運行控制要求極高。從安全運行、簡化控制等方面考慮，采取設(shè)置中間調(diào)節(jié)水池的解決方案，可有效降低運行控制難度，降低供水系統(tǒng)的安全風(fēng)險。

（2）為避免水廠關(guān)閥后，上林水庫輸水管道向喬音水庫倒流供水，在喬音管道接入點處上游各增設(shè)1個雙向密封的手動蝶閥。

（3）上林水庫與喬音水庫聯(lián)合供水時（設(shè)計流量0.706 m3/s），關(guān)閥過程須先關(guān)上林水庫管道末端（接入點）流量調(diào)節(jié)閥，后關(guān)閉水廠端（喬音管道末端）流量調(diào)節(jié)閥；開閥過程須先開啟水廠端流量調(diào)節(jié)閥，后開啟上林水庫管道末端（接入點）流量調(diào)節(jié)閥。

（4）工程運行多年后，管道粗糙度可能增加，管道水頭損失增加，上林水庫在低水位工況可能無法滿足加大流量供水的需求，喬音水庫在低水位工況也可能無法滿足設(shè)計流量供水的需求，應(yīng)盡量采用聯(lián)合供水方式運行。

（5）鑒于管網(wǎng)控制要求較為嚴(yán)格，建議在工程建成運行后，對上林水庫、喬音水庫及兩個水廠的運行管理單位形成明確的調(diào)度運行管理規(guī)定，建立有效的溝通機(jī)制，如采用信息化手段、統(tǒng)籌調(diào)度，保障管道系統(tǒng)運行安全。

6 結(jié)語

鳳山縣上林水庫工程作為以縣城供水為主要目的的水源工程，在確保安全、穩(wěn)定地滿足城區(qū)用水需求的前提下，如何合理選擇供水線路是設(shè)計須考慮的關(guān)鍵問題。本次優(yōu)化方案設(shè)計結(jié)合鳳山縣城區(qū)供水水源的建設(shè)情況，科學(xué)合理地選擇將上林水庫管道接入喬音水庫管道協(xié)同向城區(qū)供水的方案，達(dá)到了投資節(jié)省、施工容易、維護(hù)方便的目的。該優(yōu)化方案設(shè)計成果可為相似工程設(shè)計提供借鑒。