吕梁市“引水入交”工程引水线路优化设计研究

雷 雨，沈金娟，曹 磊

（太原理工大学水利科学与工程学院，山西 太原 030024）

1 工程概况

吕梁市陈家湾水库至交口县回龙乡供水工程是以工业供水为主的综合水利基础设施工程，此项工程的实施将彻底缓解交口县“十二五”期间工农业生产水资源短缺的突出矛盾。该工程从横泉水库供水至中阳钢铁厂供水工程（已建成）下游起，建设提水泵站至陈家湾水库，经过水库的调节，实施二级泵站加压后，自流引水到交口县回龙乡，设计年工业用水总量2000.0万m3。工程输水线路长，沿线地形变化较大，泵站需要扬程高，输水线路的初步选定应结合各方面因素综合考虑。根据相关资料，结合输水线路选择原则，本研究对该工程引水线路进行优化设计研究。

2 输水线路布置及优化

2.1 泵站站址选择

根据交口县“引水入交”供水工程用水对象及水源水质要求，借鉴柳林三交镇集中供水工程，一级站水源为中阳钢铁水厂（桩号ZK0+000，高程1 100.0 m），设计年供水量1 700万m3。经一级泵站提水至陈家湾水库（桩号ZK5+000，高程1 183.0 m），利用陈家湾水库做调蓄池，在水库上游（桩号CK0+000，高程1183.0m）修建二级加压泵站提水至开府村（桩号CK23+174，高程1558.0m），然后自流输水到供水终点交口县回龙镇。

2.2 管道线路选择及方案比较

根据交口县“引水入交”供水工程水源、沿途供水对象和供水终点以及实际地形条件，考虑泵站总体扬程、基岩隧洞工程的距离长短等关键部位、关键控制性工程等因素，初步拟定一级站管道铺设线路：中阳钢铁水厂（桩号ZK0+000，高程1 100.0 m）沿南川河→段家庄（桩号ZK2+108，高程1 125.0 m）→陈家湾水库（桩号ZK5+000，高程1 183.0 m）一级站供水终端；二级站管道铺设路线：陈家湾水库上游进水口桩号（CK0+000，高程1 183.0 m）沿南川河→关上村（CK12+458，高程1 385.0 m）→石宝庄→曹家峪→老爷庙（最高控制点，海拔高程1 666.0 m）→（自流输水）广武庄→（自流输水）大南沟出口→（自流输水）兴华寺→（自流输水）十二盘→（自流输水）交口县回龙镇（桩号CK62+405，海拔高程988.0 m）。

2.2.1 一级站管道线路方案优化

一级站管线较短，泵站扬程也相对较低，管线布置大概有两种思路：方案一是从中阳钢铁水厂按直线布管提水至陈家湾水库，管线长度最短、运行经济、管理方便，但是这种管道布置法如果沿地面线布置，会使泵站的扬程过高（净扬程达200.0 m），不能充分利用地形，如果考虑地形扬程，则在沿线基本上都要开挖隧洞，工程量和施工难度都比较大。第二种管线布置方案是沿南川河布线，这种布线方法相较于方案一管路长度更长，但是沿线地形变化趋势比较平缓，且充分利用地形，使泵站的净扬程降低到83.0 m，工程建成后能大大节省运行费用，且工程量相较于方案一也小，施工交通方便。

经综合分析比较，很显然选择方案二更合理。

2.2.2 二级站管道线路方案优化

二级站管道线路方案比较的前提条件：二级站主副厂房建筑面积不变，总安装8台水泵机组（6工2备）、总配套装机功率6 400 kW（10 kV高压电机）不变；110 kV高压专用电源线路不变，（110 kV/10 kV）高压变压器10 000 kVA容量及变电站设施不变；共建4座泵站管理站建筑物工程不变；在共有基础设施的条件下，分两种管道线路布置，从管路长度、工程地质、工程量及投资、工程施工、工程运行管理等方面进行管道线路方案比较。

（1）方案一：提水压力管道至老爷庙最高点管道线路布置。

二级站压力管道线路：陈家湾水库上游（桩号CK0+000，海拔高程1 183.0 m）→万年饱村→双石窑村→车鸣峪村→黄嵩岭→关上村→石宝庄→曹家峪→老爷庙（最高控制点，海拔高程1666.0m）→（自流输水）广武庄→（自流输水）大南沟出口→（自流输水）兴华寺→（自流输水）十二盘→（自流输水）交口县回龙镇（桩号CK63+980，海拔高程 988.0 m）。

优点：该条管道线路总体顺直，工程地质基本属于岩基基础，基本选在基岩及河卵石基础上，管道基础产生沉降的可能性较小。铺设管道总长63.98 km，加压进二级站（4.0万m3进水前池）。沿线基本不需要打太长的隧洞，工程量相对较小。根据管道线路布置，沿线从陈家湾至老爷庙需要架设钢桁架5座，总长1 100.0m；布设基岩隧洞7座，总长8.9 km；设砼镇墩3个，支墩12 480个；进排气阀井60座。

缺点：从陈家湾水库到二级泵站出水池老爷庙（4.0万m3），二级站水泵机组一直属于加压，必须采用螺旋缝钢管；二级站从陈家湾水库出水口（高程为1 183.0 m）直接加压提水到老爷庙控制点（高程为1 666.0 m），使得泵站净扬程达到483.0 m，国内目前高扬程泵站提水最大扬程为200 m，这给水泵的选型造成了一定的困难，并且相应地增加了工程在机电方面的投资和运行费用，另外这在以后的运行管理中，也会使得供水系统的安全运行存在较大风险。

在老爷庙需建管理站。而该地地处比较荒僻，工程建成后管理站的工作人员生活会比较艰苦。部分管线要穿越坟墓及果林及经济林，相对建设难度较大。

（2）方案二：开府村经隧洞至广武村布置管道。

管道线路布置：二级站压力管道线路：陈家湾水库上游（桩号CK0+000，海拔高程1 183.0 m）→万年饱村→双石窑村→车鸣峪村→黄嵩岭→关上村→石宝庄→曹家峪→开府村（最高控制点，桩号C23+174，海拔高程1 558.0 m）→（隧洞5 067.0 m）→广武庄（桩号CK28+241，海拔高程1 512.0 m）→（自流输水）大南沟出口→（自流输水）兴华寺→（自流输水）十二盘→（自流输水）交口县回龙镇（桩号CK62+405，海拔高程988.0 m）。铺设管道62.405 km。

优点：该条管道线路是把水从陈家湾水库提到开府村（桩号CK23+174，海拔高程1 558.0 m）的4.0万m3出水池及管理站区域，在开府村开掘隧洞至广武村；水从开府村利用重力流自压原理，自流输水至交口县境内回龙镇（桩号CK62+405，海拔高程988.0 m）。根据控制点测量成果，CK0+000～CK23+174段，在“土石山区”推荐铺设DN600螺旋缝双面埋弧焊管；自流段CK23+174～桩号CK62+405推荐铺设DN600玻璃钢夹砂管；根据实地考察，输水管道在交口境内自流39.231 km。根据总体布置，该方案管道线路的铺设使二级泵站净扬程为375.0 m，相比方案一降低了108.0 m，自留段线路更长，因而运行费用更经济。沿线需要架设钢桁架10座，总长1 990.0 m，布设基岩隧洞6座，总长14 000.0 m。

从运行管理角度考虑，管道铺设线路与干线公路基本一致，二级站出水池建在开府村附近，巡视检修交通比较便利。

缺点：比方案一增加1座4.0万m3出水池及管理站，相对永久性占地面积、临时占地面积各有所增加；比方案一增加基岩隧洞1座（5 067.0 m），工程量增大；部分管线要穿越坟墓、果林及经济林，相对建设难度较大。

2.2.3 二级泵站管道路线两种方案总体比较

根据设计估算，方案二相对方案一石方工程量较大；二级站总体设计管道线路长62.405 km，其中在交口境内自流输水管道长度39.231 km，自流输水管道采用玻璃钢夹砂管；从交通运输、施工安装、工程巡视检查情况看，比方案一较优，便于管理；从增加建筑物工程总投资情况看，比方案一较大；方案二泵站总扬程比方案一低108 m，管线总长比方案一短，从泵站技术层面、工程安全运行以及工程建成后运行费用方面看，比方案一优。方案优化成果见表1。

3 结论

文章从技术可行、施工难易、工程量、建成后运行管理、工程建设投资等方面入手，对吕梁市“引水入交”工程供水管线布置进行了优化布置研究。根据设计估算及综合比较分析，推荐本工程采用方案二。现吕梁市“引水入交”工程的初步设计已采用本研究的推荐方案。

表1 二级站管道线路方案比较表

[1]金锥，姜乃昌，汪兴化等.停泵水锤及其防护[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.

[2]周广林，广州市西江引水工程线路布置及比选设计，科技情报开发与经济，2010.

[3]唐小华，高压送电线路设计对施工造价的影响探讨[J]，科技风，2010，（07）.