山東省諸城市共青團水庫引水工程取水方案比選

孫浩東,姚羽宸

( 1.濰坊市水利建筑設計研究院有限公司,山東 濰坊 261061;2.青州市水利事業發展中心,山東 濰坊 262500)

諸城市水資源短缺,降水量年際變化大,季節分布差異大,對外調水源依存度高。共青團水庫位于濰坊諸城市百尺河中游,辛興鎮駐地相谷村西。水庫控制流域面積133.5km2,是一座集防洪、灌溉、水產養殖、供水等功能于一體的水庫。共青團水庫臨近的濰河流域汛期來水量大,地表水水資源豐富,可為共青團水庫灌區提供灌溉水源。為解決共青團水庫水源問題,建設共青團水庫引水工程十分必要。本論文主要以諸城市共青團水庫引水工程取水方案比選進行研究,使取水方案更合理、高效。

1 工程概況

諸城市共青團水庫引水工程位于諸城市昌城鎮、辛興鎮。項目西起濰河右堤拙村攔河閘上游170m處,向東鋪設管線至鐵溝河,再沿鐵溝河向南至朱諸路,再沿朱諸路向東至共青團水庫。為提高項目區供水保證率,并結合相近濰河流域雨洪資料利用,采取新建泵站提水、管道輸水至共青團水庫的方案,調用濰河雨洪資源。諸城市共青團水庫引水工程通過在濰河拙村攔河閘上游170m處新建提水泵站,并采用地埋式壓力管道輸水至共青團水庫,使諸城市水資源有效調配。主要工程內容為新建泵站1座、鋪設輸水管道及相應配套設施。

2 地質水文情況

諸城市共青團水庫引水工程屬濰河流域、百尺河流域。濰河流域的降水量在年際、年內之間變化都比較大,年內降水量多集中在汛期,年際之間變化懸殊,連豐、連枯現象十分明顯。峽山水庫以上濰河為山溪型雨源河流,河道流量隨季節而變化。每到汛期,暴雨集中,洪水漲落迅猛,峰高量大,洪水歷時短,洪水歷時一般3～7d左右;而枯水季節,河道流量比較小,有時干枯斷流。峽山水庫以下基本為平原,且多建有堤防,上游洪水經峽山、牟山兩大水庫調蓄后較為平緩,歷時相對較長。百尺河發源于諸城市桃園鎮魯山溝,于諸城芝靈王家巴山西入濰河。共青團水庫以上主河道比降為0.003。所在流域屬華北暖溫帶季風氣候區,空氣濕潤,氣候溫和,雨量較多,四季分明。

擬建項目引水線路區與泵站址區區域構造簡單,附近無活斷層展布,基底相對穩定,區域構造穩定性較好,系抗震一般地段。引水線路依次通過昌城鎮、密州街辦、辛興鎮,附近地震基本/設計烈度Ⅶ度,基本地震動峰值加速度0.15g。引水線路依據地形地貌地層,分五個工程地質段。地下水/地表水對混凝土無腐蝕性,對鋼結構具弱腐蝕性。

3 取水方案比選

諸城市共青團水庫引水工程自濰河拙村閘附近取水,通過泵站加壓,經壓力輸水管道輸送至共青團水庫。

3.1 方案比選

諸城市辛興鎮工業園建成后,50%保證率情況下共青團水庫工業供水規模將達到350萬m3/a,年缺水量達到227.15萬m3。諸城市共青團水庫引水工程取水方案主要考慮兩種取水方案:

方案一:大流量集中取水方案,該方案取水流量為1.0m3/s(8.64萬m3/d),取水時長為27d。

方案二:小流量長時間取水方案,該方案取水流量為0.2m3/s(1.728萬m3/d),取水時長為100d。

方案一及方案二取水均在非汛期取水,汛期結束后根據水庫蓄水情況確定本年度調水量。

對比以上兩方案:

方案一調水流量大,由于輸水管道管徑略大,土建工程一次性投資高,但泵站運行時間短,管理維護方便,可根據諸城市社會經濟發展情況,通過延長調水時間,大幅提高調水規模。另外方案一調水流量相對較大,汛期可根據共青團水庫的蓄水情況適當存蓄濰河雨洪資源。

方案二調水流量小,管道管徑小,一次性土建投資少,但提水泵站運行時間長,管理維護難度略高,調水能力難以提高。

綜合以上因素,選取方案一大流量集中取水方案作為推薦取水方案。

3.2 取水泵站選址

經勘察現場,取水泵站初步選定以下兩個方案:

方案一:取水泵站設于濰河右岸堤防背水側,拙村攔河閘上游170m處。

方案二:取水泵站設于濰河右岸堤防背水側,拙村攔河閘下游200m處。

共青團水庫供水目標為企業供水,對水質要求相對較高,拙村攔河閘下游水體主要為污水處理廠處理后的中水,水質略差,不能滿足用水戶的水質要求。另外,拙村閘下河道水位偏低,不利于泵站取水,因此選取方案一取水泵站設于濰河右岸堤防背水側,拙村攔河閘上游170m處,作為取水泵站的推薦位置。

3.3 管道線路比選

根據取水泵站至共青團水庫間的地形變化及輸水距離并考慮工程投資,本設計管道走向充分利用沿線溝渠,盡量避開基本農田和附近村莊建筑物。選取了三種線路進行比選。

線路一:管道自取水泵站出口向東沿銀河污水處理廠北側至鐵溝河,然后沿鐵溝河向東南至朱諸路南側,再沿朱諸路南側一直向東到達辛興鎮,然后向南到達南環路往東,由共青團水庫西壩入庫。

線路二:管道自取水泵站出口向東沿銀河污水處理廠北側至鐵溝河,然后沿鐵溝河向東南至朱諸路南側,再沿朱諸路南側向東至縱一路,再沿縱一路向南至南環路,再沿南環路北側向東至方崮路,再沿方崮路向南至后齊溝村南折向東,由共青團水庫西壩南側入庫。

線路三:管道自取水泵站出口向東沿銀河污水處理廠北側至鐵溝河,然后沿鐵溝河向東南至朱諸路南側,再沿朱諸路南側一直向東,穿共青團水庫溢洪道后折向南,在共青團水庫東側上跨大壩至共青團水庫。經分析,三種線路優缺點及管道部分投資概算(含遷占補償)對比如下:

表1 三種線路優缺點及管道部分投資概算對比表

綜合以上因素分析,本項目宜結合朱諸路改造工程同步實施,降低拆遷補償費用,因此,推薦選取線路一作為本次調水管線線路。

3.4 工程管材比選

輸水管道常用管材主要有:預應力鋼筒混凝土管、螺旋鋼管、球墨鑄鐵管、玻璃鋼管等。根據工程實際情況,對較常用的管材進行比較。本工程為壓力式管道,優先選用技術成熟、易安裝、承受壓力強度大的PCCP鋼筒管,優點為價格適中,施工速度快。從使用該管材的已建調水項目看,運行效果良好,可靠度較高。根據類似工程的相關經驗及本工程實際,推薦采用PCCP管和螺旋鋼管(包含防腐)為主管材,螺旋鋼管主要應用于頂管、不良地基段、過路過河以及覆土深的地段。

管道主要采用預應力鋼筒混凝土管(PCCP管),直徑DN1400以下管道采用內襯式預應力鋼筒混凝土管(PCCPL),直徑DN1400及以上管道采用埋置式預應力鋼筒混凝土管(PCCPE)。沿線設置的閥井及不同管材轉換件等特殊部位采用螺旋鋼管連接。本工程擬定管徑為DN1200,采用內襯式預應力鋼筒混凝土管(PCCPL)。

管徑管徑分析確定。確定輸水管徑需先確定流速,常用的流速確定方法有:

1)最高流速與最低允許流速:為防止發生過大水錘現象,最大流速不超過2.5～3.0m/s;當輸送渾水時,為避免管內淤積,最小流速應>0.6m/s。

2)經濟流速:經濟流速是指一定年限(投資償還期)內管道造價和管理費用(主要是電費)之和最小的流速。一般大管徑的經濟流速大于小管徑的經濟流速。

3)平均經濟流速:根據《預應力鋼筒混凝土管道技術規范》(SL702—2015)中4.0.4“經驗表明,管道的經濟流速通常為0.9～1.8m/s”。

經濟流速是經常采用的設計方法,在許多大型調水工程中,采用的管徑基本均符合經濟流速的要求。因此,本次設計按經濟流速來選取輸水管直徑,根據工程的設計流量,對照流量表就可以選定合適的輸水管徑。

綜合以上因素考慮,本項目采用管材為PCCP管,公稱直徑采用1200mm,管道供水規模為8.64萬m3/d,流速為0.90m/s,在經濟流速范圍內,符合要求。管道管徑同時考慮后期供水規模增加的情況。

表2 管道流速計算表

結合建設期和運行期工程投資、施工難度、地形變化、工程管理等多方面綜合對比,諸城市共青團水庫引水工程取水方案采用大流量集中取水方案,取水泵站于濰河右岸堤防背水側,拙村攔河閘上游170m處。取水流量為1.0m3/s(8.64萬m3/d,)采用管材為PCCP管,公稱直徑采用1200mm,輸水線路為管道自取水泵站出口向東沿銀河污水處理廠北側至鐵溝河,然后沿鐵溝河向東南至朱諸路南側,再沿朱諸路南側一直向東到達辛興鎮,然后向南到達南環路往東,由共青團水庫西壩入庫。

4 結 語

輸水方案比選是工程規劃建設中十分重要的一環。文章通過對諸城市共青團水庫引水工程取水方案比選分析,結合建設期和后期運行期工程投資、施工難度、地形變化、工程管理等多方面綜合分析,為類似工程提供借鑒。