鄂北地區(qū)水資源配置工程首次試通水關(guān)鍵技術(shù)分析

司培育 張鑫 馮小慶 闞紅濤

摘要：為了檢查工程實體質(zhì)量，驗證設(shè)計參數(shù)取值，發(fā)現(xiàn)工程缺陷，開展了鄂北地區(qū)水資源配置工程試通水工作。闡述了首次試通水的總體設(shè)計和通水過程，對試通水工作進(jìn)行了較為全面的評價，對首次試通水工作的主要技術(shù)問題進(jìn)行了總結(jié)，包括：取水口工作閘門與引丹工程進(jìn)水口閘門的聯(lián)合運用、取水口弧形閘門過閘流量精確控制、PCCP管充管流速控制、七方檢修閘的功能調(diào)整、退水階段排水流速控制和退水通道不暢等。試通水解決了一些工程運用管理和運行調(diào)度方面的重要技術(shù)問題，保證了試通水任務(wù)的順利完成。

關(guān)鍵詞：水資源配置;試通水;流量控制;PCCP管;鄂北地區(qū)水資源配置工程

中圖法分類號：TV68

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI： 10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.08.008

鄂北地區(qū)水資源配置工程（以下簡稱“鄂北工程”）以丹江口水庫為水源，從引丹灌區(qū)清泉溝取水，輸水線路為自西北向東南方向，先后穿越襄陽市的老河口市、襄州區(qū)，棗陽市，隨州市的隨縣、曾都區(qū)、廣水市以及孝感市的大悟縣，終點為大悟縣城附近的王家沖水庫，線路總長269.67 km。輸水干渠設(shè)計流量38.0-1.8 m3/s，進(jìn)口新建取水豎井后干渠渠首水位147.7 m，干渠終點水位100.0 m。工程規(guī)模為Ⅱ等大（2）型，是從根本上解決上鄂北地區(qū)長期干旱缺水矛盾的重大民生水利工程。鄂北工程主體工程于2015年12月中旬正式開工，至2019年底，封江口水庫以西段輸水線路主體工程基本建成，具備試通水條件。2020年1月6日順利完成試通水。

1 工程建筑物基本情況

鄂北工程輸水干渠主要建筑物包括：取水建筑物（新建取水井前）0.16 km，占總長度的0.1%;明渠53段，長24.005 km，占總長的8.g%（其中，梯形明渠36段，長22.825 km;矩形明渠17段，長1.18 km）;暗涵38座，長30.963 km，占總長的11.5%;隧洞55座，長119.43 km，占總長的44.3%;倒虹吸1 1座，長76.104 km，占總長的28.2%;渡槽22座，長19.01 km，占總長的7.0%。節(jié)制閘19座，分水閘17座，分水閥1座，檢修閘11座，退水閘11座，倒虹吸放空閥16處、檢修閥組2處，擴建水庫1座，排洪建筑物20處，公路橋、機耕橋恢復(fù)其功能。鄂北工程輸水干渠線路建筑物統(tǒng)計見表1。

2 試通水方案總體設(shè)計

鄂北工程線路全長269.67 km，在樁號182+320處進(jìn)入封江口水庫，以此水庫作為在線調(diào)節(jié)水庫，下段輸水線路長約87.35 km。根據(jù)這一總體布局和鄂北工程建設(shè)進(jìn)度，試通水分上段和下段分別進(jìn)行…。為保證試通水的安全順利開展，借鑒其他引調(diào)水工程試通水工作經(jīng)驗，試通水輸水流量宜按設(shè)計流量的1/3、1/2分次逐步加大直至設(shè)計工況。因此，上段按10，20.2m3/s（封江口水庫分水設(shè)計流量）和38 m3/S（設(shè)計流量，上段沿線分水口需開啟）進(jìn)行3次試通水，首次試通水按10 m3/S流量進(jìn)行通水試驗。

3 試通水概況

本次試通水渠段為渠首至封江口水庫入庫閘之間的渠段，總長182.32 km，樁號區(qū)間為0+000-182+320，見圖1。

2020年1月2日，08： 01清泉溝渠首閘開啟，試通水開始;16：49水流到達(dá)滕莊明渠（樁號25+190）;19：00孟樓七方倒虹吸中孔開始充水。1月3日19：46，水流到達(dá)七方檢修閘（樁號97+920）。1月4日23：12，水流到達(dá)镢水退水閘（樁號178+665）。1月5日16：30，镢水檢修閘開啟（樁號178+670），镢水河退水閘關(guān)閉;17：20水流到達(dá)封江口水庫（樁號182+320）。

2020年1月6日11： 00，清泉溝渠首檢修閘關(guān)閉，試通水進(jìn)入退水階段。2020年1月6日，12：40孟樓倒虹吸出口節(jié)制閘關(guān)閉（樁號97+600）;12：43滕莊退水閘（樁號25+420）和孟樓一七方倒虹吸進(jìn)口檢修閘（中孔）關(guān)閉;13：13起自上而下依次關(guān)閉七方檢修閘（樁號97+920）、劉橋節(jié)制閘（樁號108+670）、熊河節(jié)制閘（樁號112+530）、沙河檢修閘（樁號120+245）;13：25起自上而下依次關(guān)閉東郊節(jié)制閘（樁號129+790）、華陽河節(jié)制閘（樁號140+450）、龍脈節(jié)制閘（樁號174+670）、镢水檢修閘（樁號178+670）和封江口入庫節(jié)制閘（樁號182+270）。

2020年1月6日14： 30，局部開啟滕莊退水閘和孟樓倒虹吸出口節(jié)制閘，按照預(yù)設(shè)的8 cm/h水位降幅控制退水;15：30局部開啟封江口入庫節(jié)制閘、劉橋節(jié)制閘、熊河節(jié)制閘、沙河檢修閘、東郊節(jié)制閘、華陽河節(jié)制閘和镢水檢修閘，按照預(yù)設(shè)的8 cm/h水位降幅控制退水。

2020年1月7日12： 00起，啟動孟樓一七方倒虹吸的放空工作。

4 試通水主要技術(shù)問題

本次試通水在方案設(shè)計和實施過程中，解決了一些工程運用管理和運行調(diào)度方面的重要技術(shù)問題，保證了試通水任務(wù)的順利完成。對于在工程設(shè)計、施工和調(diào)度運行中的技術(shù)問題，還需結(jié)合后續(xù)的加大流量通水試驗和運用調(diào)度加以完善。

（1）取水口工作閘門與引丹工程進(jìn)水口閘門聯(lián)合運用問題。本次試通水前，由于鄂北工程分水岔洞施工的需要，引丹工程清泉溝隧洞進(jìn)口閘門關(guān)閉，隧洞無水。試通水過程中，鄂北工程取水口閘門與引丹工程清泉溝進(jìn)口閘門進(jìn)行聯(lián)合運用取水，由于清泉溝進(jìn)口閘門原設(shè)計為事故檢修閘門，在高水頭長時間局部開啟控制流量時可能會對閘門零部件造成破壞，正常調(diào)度運用下應(yīng)盡量避免這種聯(lián)合運用工況。

（2）取水口弧形閘門過閘流量精確控制問題。考慮丹江口水庫最低庫水位下鄂北工程取水保證率，鄂北工程取水口弧形工作閘門尺寸較大，在丹江口水庫高水位下，鄂北工程小流量運行時，對弧形閘門控制開度要求極高。如當(dāng)?shù)そ趲焖粸?68.23 m時，鄂北工程輸水流量5 m3/s和10 m3/S相對應(yīng)的弧形閘門開度僅為5 cm和11 cm。下一階段，必須嚴(yán)格做好取水口弧形閘門安裝調(diào)試精度的質(zhì)量控制，保證開度儀讀數(shù)與實際開度的高度一致，并通過動水試驗研究閘門小開度運行可能產(chǎn)生共振的處理措施。

（3）PCCP管充管流速控制。鄂北工程孟樓一七方倒虹吸（樁號25+520-97+600）采用地埋PCCP結(jié)構(gòu)，此段的通氣檢修閥、聯(lián)通閥、退水閥等是試通水的關(guān)鍵建筑物。根據(jù)CECS193-2005《城鎮(zhèn)供水長距離輸水管（渠）道工程技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，對于壓力輸水管道充水時，宜控制流速不超過0.3～ 0.5 m/s，最大不超過1.0 m/s。因此，試通水方案設(shè)計時，孟樓一七方倒虹吸初始充水以最大流速0.5 m/s控制，初始充水流量為5 m3/s。采用此流量使充管時間和調(diào)節(jié)流量至輸水流量時間過長，根據(jù)計算，單管充滿時間為46h，從5 m3/s調(diào)節(jié)至10m3/s又需要8.9 h。根據(jù)規(guī)范，控制管道水流流速主要是為了避免流速過高使管道充水速度大于排氣速度，造成氣堵，引起壓力振蕩[2]。類比同類型引調(diào)水工程布置，鄂北工程PCCP管每500-800 m設(shè)一處進(jìn)排氣閥，數(shù)量足夠。

實際試通水過程中，采用8.5 m3/s的流量進(jìn)行充水，流速達(dá)到0.78 m/s，根據(jù)觀察，每處排氣閥均能正常排氣，節(jié)約了充管時間和流量調(diào)節(jié)時間。下一階段，還應(yīng)結(jié)合管道設(shè)計對PCCP管允許充管流速進(jìn)一步分析，同時，為節(jié)約充水時間和水量，PCCP管內(nèi)存水在通水結(jié)束后應(yīng)盡量不放空。

（4）七方檢修閘的功能調(diào)整。初步設(shè)計階段，七方檢修閘主要功能為檢修七方明渠時使用。七方檢修閘樁號97+920.距離PCCP倒虹吸出口320 m。由于PCCP管樁號55+200前后管道中心線高程為125.3 m，高于管道出口中心線高程121.8m。因此，PCCP充管時，需關(guān)閉七方檢修閘，調(diào)節(jié)PCCP管出水池水位至128.41 m，以保證PCCP管充水時帶走全部空氣并充滿，在PCCP管充滿后，加大流量時，還需通過調(diào)節(jié)七方檢修閘開度控制出水流量，避免PCCP管出口水柱拉斷形成斷流，避免彌合水錘對管道的破壞。下一階段，特別在調(diào)度運用方案編制中，應(yīng)合理考慮七方檢修閘的功能調(diào)整，科學(xué)調(diào)度使用七方檢修閘。

（5）退水階段排水流速控制和退水通道不暢問題。試通水結(jié)束后，需要對線路進(jìn)行排水放空。排水過程中明渠段水位的降落速度不宜太快，水位降落過快可能導(dǎo)致渠道邊坡襯砌失穩(wěn)破壞。試通水方案設(shè)計時，參考滕莊明渠單體充水試驗成果和借鑒同類型工程經(jīng)驗，進(jìn)口至封江口段線路明渠段按水位下降速度不超過0.1 m/h和2 m/d控制。從實際排水效果來看，孟樓明渠混凝土底板局部隆起原因還需進(jìn)一步分析，并采取補救措施。總體來看，此排水速度基本合適。工程實施階段，由于地方水系變化或調(diào)整，PCCP段設(shè)計的15處放空系統(tǒng)有10處出口不通暢，PCCP倒虹吸出口溢流堰水流因下泄渠道不通無法直接進(jìn)入臨近退水水庫中，原設(shè)計6處退水閘有2處出口不暢，2處需結(jié)合地方工程調(diào)度使用，只有2處能正常使用。下一階段需結(jié)合水系變化，完善放空和退水設(shè)計，優(yōu)化調(diào)度方案，減少棄水，最大程度利用水資源。

5 結(jié)語

開展輸水工程試通水工作是鄂北工程建設(shè)的必要環(huán)節(jié)。試通水能夠檢查工程實體質(zhì)量，驗證設(shè)計參數(shù)計算取值，發(fā)現(xiàn)工程缺陷，為通水驗收打下基礎(chǔ)。通過分析鄂北工程首次試通水關(guān)鍵技術(shù)，對加強工程安全運行、綜合調(diào)度管理提出了針對性意見，對今后提升鄂北工程運行管理水平提供了技術(shù)保障，可為開展大型輸配水工程試通水工作提供有益借鑒。

參考文獻(xiàn)：

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[2]周樂，趙毅.預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）試通水方案分析[J].陜西水利，2010（1）：169-170.

（編輯：李慧）

作者簡介：司培育，男，高級工程師，主要研究方向為工程建設(shè)與管理。E-mail： 278114216@qq.com