王家院水庫向泰城供水工程輸水方案比選

杜曉宇，金 哲，趙建輝

（泰安市王家院水庫管理服務中心，山東 泰安 271000）

泰安市屬于水資源嚴重缺乏地區，人多地少水缺是泰安市基本水情，人均占有水資源量僅有311 m3，低于全省平均水平的334 m3。泰安市具有降水時空分布不均的特點，70%多的降水集中在汛期，雨洪資源未能得到有效開發利用。隨著近年來降雨量逐年減少，以及氣候變化和人類活動對地下水的影響，泰城水資源形勢發生了顯著變化，大部分地區水資源量減少明顯。

王家院水庫位于泰安市岱岳區大汶口鎮與馬莊鎮交匯處南側，大汶河干流右岸汶口2 號壩下游1 km 處，是一座集防洪除澇、城市供水、農業灌溉于一體的中型水庫。水庫于2016 年8 月正式開工，2018 年9 月完工，主要蓄水引自汶口2 號壩，正常蓄水位90.0 m 時水庫庫容1 853.25萬m3，死庫容為332.18 萬m3，興利庫容1 521.07萬m3。王家院向泰城供水工程作為泰安市骨干水網工程，經過岱岳區、旅游經濟開發區兩大片區，實施后為兩大片區提供可靠水源保障，緩解兩大片區水資源緊缺狀況，并為大河水庫及泰城提供生態用水和城市景觀用水，干旱年份可為泰城提供后備水源，有效緩解全市水資源時空分布不均問題。該工程選擇了幾種方案進行了比選，輸水方案選擇如下：

1 明渠輸水

明渠輸水一般多用于超大流量、跨流域的輸水，其優點是輸水量大、投資省、調節能力強、施工較簡單。明渠輸水的缺點是永久占地多、實施困難，受地形影響較大，水量蒸發滲漏等損失較大，沿途易受污染，日常運行管理較為困難。針對本工程特點，泰安市王家院水庫向泰城供水工程沿線穿越鄉鎮村莊較密集，沿途穿越滿莊鎮、夏張鎮、泰肥一級公路、泰肥鐵路、泰山大街等，沿途滲漏污染控制困難，輸水渠道若要沿河、沿路布置，輸水線路較長，沿途耗水量大，在此范圍內地形彎道多，渠系建筑物結構復雜且建設困難，不便布置，明渠輸水難以保證飲用水水質的安全要求。受沿途建設條件及地下水影響，本工程不宜采用明渠輸水。

2 暗渠輸水

為減少工程占地，暗渠輸水也是長距離有壓輸水常用的輸水方式。暗渠的斷面尺寸直接影響沿程損失和加壓泵站裝機的選取，斷面尺寸大沿程損失小、加壓泵站揚程小、運行費用低但工程建設投資大，斷面尺寸小工程建設投資小但沿程損失大、運行費用高。為便于與管道輸水綜合比選論證，暗渠斷面尺寸按與管道輸水同等加壓泵站規模進行比選。有壓涵洞凈尺寸按下式計算：

式中：μ 為流量系數；w 為涵洞出口斷面面積，m2；T0涵洞進口水頭，m；hp為涵洞出口水頭，m。

以王家院水庫至大河水庫輸水工程為例：涵洞進口壓力水頭按泵站設計流量1.5 m3/s 設計揚程運行時確定，T0為150 m；出口壓力水頭2.0 m。

經試算，涵洞單孔凈尺寸1.5×2.0 m 時計算流量1.5 m3/s。暗渠輸水涵洞斷面凈尺寸采用單孔凈尺寸1.5×2.0 m 的混凝土箱涵。

由于洞內水頭壓力較高，箱涵采用高性能混凝土；箱涵內壓力水頭大，分縫處采用雙層止水設計，中層為紫銅止水片，面層為不銹鋼壓板橡膠止水帶。主要工程量見表1。

表1 每公里暗渠輸水主要工程量表

箱涵的建筑工程直接投資約1 100 萬元/km，同樣過水斷面的埋地鋼管直接投資800 萬元/km，暗涵方案直接投資較管道方案大，且施工周期長，排水費等臨時費用高；混凝土箱涵受較高內壓，且沿線需配置檢修、排氣、排水、調流調壓等輔助設施，對混凝土施工質量、止水安裝要求高，現場施工受人工、設備、天氣等因素影響，控制難度大，施工風險較高；此外，砂石料等建材也易受當地環境因素影響，質量控制較難，施工風險較高。經綜合比選論證，不推薦暗渠箱涵方式。

3 埋地管道輸水

管道輸水埋管可減少占地，水量利用率較高，管線布置靈活，管線多為直線枝狀，較渠線布置長度短。管道輸水的主要優點是供水保證率高、損失水量少、施工方便，可以實現長距離的水源輸送。埋地管道占地面積小，可以減少水的蒸發、滲漏和浪費，提高水的利用率；運行維護方便、防污染性能強，目前很多城鎮供水項目大多采用埋地管道輸水，管道可以按照需要進行靈活布置，可以通過地下或地面通行，適應不同的地形和地貌條件。但是采用埋地管道輸水方式的主要缺點是水頭損失大且工程投資相對較高。

4 輸水方案比選

該研究采用多指標綜合評價方法，綜合考慮技術指標、經濟效益和環境影響等因素。在技術方面，主要考慮輸水能力、管道材料、水質保護和工程可行性等指標；在經濟方面，主要考慮建設成本、運營維護成本和投資回報等指標；在環境方面，主要考慮對生態環境的影響和可持續性等指標。通過綜合評價，比較不同輸水方案的優劣，選擇最佳方案。在城鎮供水工程中，供水安全性和供水水質的保證率是考慮輸水方式選擇的首要條件。所以，雖然采用埋地管道輸水的投資較明渠輸水方式高，但由于其具備征遷難度小、供水可靠度高、水質不易受污染、水量損失少、施工工期短等優點，本次王家院水庫向泰城供水工程推薦采用埋地管道輸水方式。

5 結 語

輸水方案的比選是復雜的決策問題，需要充分考慮技術、經濟和環境等多方面的指標。具體到本研究中，采用綜合評價方法，并結合實際情況，為選擇最適合的輸水方案提供了科學有效的決策支持。然而，由于不同地區和項目的特殊性，輸水方案的選擇仍需根據具體情況進行調整和優化。