山东省诸城市共青团水库引水工程取水方案比选

孙浩东,姚羽宸

( 1.潍坊市水利建筑设计研究院有限公司,山东 潍坊 261061;2.青州市水利事业发展中心,山东 潍坊 262500)

诸城市水资源短缺,降水量年际变化大,季节分布差异大,对外调水源依存度高。共青团水库位于潍坊诸城市百尺河中游,辛兴镇驻地相谷村西。水库控制流域面积133.5km2,是一座集防洪、灌溉、水产养殖、供水等功能于一体的水库。共青团水库临近的潍河流域汛期来水量大,地表水水资源丰富,可为共青团水库灌区提供灌溉水源。为解决共青团水库水源问题,建设共青团水库引水工程十分必要。本论文主要以诸城市共青团水库引水工程取水方案比选进行研究,使取水方案更合理、高效。

1 工程概况

诸城市共青团水库引水工程位于诸城市昌城镇、辛兴镇。项目西起潍河右堤拙村拦河闸上游170m处,向东铺设管线至铁沟河,再沿铁沟河向南至朱诸路,再沿朱诸路向东至共青团水库。为提高项目区供水保证率,并结合相近潍河流域雨洪资料利用,采取新建泵站提水、管道输水至共青团水库的方案,调用潍河雨洪资源。诸城市共青团水库引水工程通过在潍河拙村拦河闸上游170m处新建提水泵站,并采用地埋式压力管道输水至共青团水库,使诸城市水资源有效调配。主要工程内容为新建泵站1座、铺设输水管道及相应配套设施。

2 地质水文情况

诸城市共青团水库引水工程属潍河流域、百尺河流域。潍河流域的降水量在年际、年内之间变化都比较大,年内降水量多集中在汛期,年际之间变化悬殊,连丰、连枯现象十分明显。峡山水库以上潍河为山溪型雨源河流,河道流量随季节而变化。每到汛期,暴雨集中,洪水涨落迅猛,峰高量大,洪水历时短,洪水历时一般3～7d左右;而枯水季节,河道流量比较小,有时干枯断流。峡山水库以下基本为平原,且多建有堤防,上游洪水经峡山、牟山两大水库调蓄后较为平缓,历时相对较长。百尺河发源于诸城市桃园镇鲁山沟,于诸城芝灵王家巴山西入潍河。共青团水库以上主河道比降为0.003。所在流域属华北暖温带季风气候区,空气湿润,气候温和,雨量较多,四季分明。

拟建项目引水线路区与泵站址区区域构造简单,附近无活断层展布,基底相对稳定,区域构造稳定性较好,系抗震一般地段。引水线路依次通过昌城镇、密州街办、辛兴镇,附近地震基本/设计烈度Ⅶ度,基本地震动峰值加速度0.15g。引水线路依据地形地貌地层,分五个工程地质段。地下水/地表水对混凝土无腐蚀性,对钢结构具弱腐蚀性。

3 取水方案比选

诸城市共青团水库引水工程自潍河拙村闸附近取水,通过泵站加压,经压力输水管道输送至共青团水库。

3.1 方案比选

诸城市辛兴镇工业园建成后,50%保证率情况下共青团水库工业供水规模将达到350万m3/a,年缺水量达到227.15万m3。诸城市共青团水库引水工程取水方案主要考虑两种取水方案:

方案一:大流量集中取水方案,该方案取水流量为1.0m3/s(8.64万m3/d),取水时长为27d。

方案二:小流量长时间取水方案,该方案取水流量为0.2m3/s(1.728万m3/d),取水时长为100d。

方案一及方案二取水均在非汛期取水,汛期结束后根据水库蓄水情况确定本年度调水量。

对比以上两方案:

方案一调水流量大,由于输水管道管径略大,土建工程一次性投资高,但泵站运行时间短,管理维护方便,可根据诸城市社会经济发展情况,通过延长调水时间,大幅提高调水规模。另外方案一调水流量相对较大,汛期可根据共青团水库的蓄水情况适当存蓄潍河雨洪资源。

方案二调水流量小,管道管径小,一次性土建投资少,但提水泵站运行时间长,管理维护难度略高,调水能力难以提高。

综合以上因素,选取方案一大流量集中取水方案作为推荐取水方案。

3.2 取水泵站选址

经勘察现场,取水泵站初步选定以下两个方案:

方案一:取水泵站设于潍河右岸堤防背水侧,拙村拦河闸上游170m处。

方案二:取水泵站设于潍河右岸堤防背水侧,拙村拦河闸下游200m处。

共青团水库供水目标为企业供水,对水质要求相对较高,拙村拦河闸下游水体主要为污水处理厂处理后的中水,水质略差,不能满足用水户的水质要求。另外,拙村闸下河道水位偏低,不利于泵站取水,因此选取方案一取水泵站设于潍河右岸堤防背水侧,拙村拦河闸上游170m处,作为取水泵站的推荐位置。

3.3 管道线路比选

根据取水泵站至共青团水库间的地形变化及输水距离并考虑工程投资,本设计管道走向充分利用沿线沟渠,尽量避开基本农田和附近村庄建筑物。选取了三种线路进行比选。

线路一:管道自取水泵站出口向东沿银河污水处理厂北侧至铁沟河,然后沿铁沟河向东南至朱诸路南侧,再沿朱诸路南侧一直向东到达辛兴镇,然后向南到达南环路往东,由共青团水库西坝入库。

线路二:管道自取水泵站出口向东沿银河污水处理厂北侧至铁沟河,然后沿铁沟河向东南至朱诸路南侧,再沿朱诸路南侧向东至纵一路,再沿纵一路向南至南环路,再沿南环路北侧向东至方崮路,再沿方崮路向南至后齐沟村南折向东,由共青团水库西坝南侧入库。

线路三:管道自取水泵站出口向东沿银河污水处理厂北侧至铁沟河,然后沿铁沟河向东南至朱诸路南侧,再沿朱诸路南侧一直向东,穿共青团水库溢洪道后折向南,在共青团水库东侧上跨大坝至共青团水库。经分析,三种线路优缺点及管道部分投资概算(含迁占补偿)对比如下:

表1 三种线路优缺点及管道部分投资概算对比表

综合以上因素分析,本项目宜结合朱诸路改造工程同步实施,降低拆迁补偿费用,因此,推荐选取线路一作为本次调水管线线路。

3.4 工程管材比选

输水管道常用管材主要有:预应力钢筒混凝土管、螺旋钢管、球墨铸铁管、玻璃钢管等。根据工程实际情况,对较常用的管材进行比较。本工程为压力式管道,优先选用技术成熟、易安装、承受压力强度大的PCCP钢筒管,优点为价格适中,施工速度快。从使用该管材的已建调水项目看,运行效果良好,可靠度较高。根据类似工程的相关经验及本工程实际,推荐采用PCCP管和螺旋钢管(包含防腐)为主管材,螺旋钢管主要应用于顶管、不良地基段、过路过河以及覆土深的地段。

管道主要采用预应力钢筒混凝土管(PCCP管),直径DN1400以下管道采用内衬式预应力钢筒混凝土管(PCCPL),直径DN1400及以上管道采用埋置式预应力钢筒混凝土管(PCCPE)。沿线设置的阀井及不同管材转换件等特殊部位采用螺旋钢管连接。本工程拟定管径为DN1200,采用内衬式预应力钢筒混凝土管(PCCPL)。

管径管径分析确定。确定输水管径需先确定流速,常用的流速确定方法有:

1)最高流速与最低允许流速:为防止发生过大水锤现象,最大流速不超过2.5～3.0m/s;当输送浑水时,为避免管内淤积,最小流速应>0.6m/s。

2)经济流速:经济流速是指一定年限(投资偿还期)内管道造价和管理费用(主要是电费)之和最小的流速。一般大管径的经济流速大于小管径的经济流速。

3)平均经济流速:根据《预应力钢筒混凝土管道技术规范》(SL702—2015)中4.0.4“经验表明,管道的经济流速通常为0.9～1.8m/s”。

经济流速是经常采用的设计方法,在许多大型调水工程中,采用的管径基本均符合经济流速的要求。因此,本次设计按经济流速来选取输水管直径,根据工程的设计流量,对照流量表就可以选定合适的输水管径。

综合以上因素考虑,本项目采用管材为PCCP管,公称直径采用1200mm,管道供水规模为8.64万m3/d,流速为0.90m/s,在经济流速范围内,符合要求。管道管径同时考虑后期供水规模增加的情况。

表2 管道流速计算表

结合建设期和运行期工程投资、施工难度、地形变化、工程管理等多方面综合对比,诸城市共青团水库引水工程取水方案采用大流量集中取水方案,取水泵站于潍河右岸堤防背水侧,拙村拦河闸上游170m处。取水流量为1.0m3/s(8.64万m3/d,)采用管材为PCCP管,公称直径采用1200mm,输水线路为管道自取水泵站出口向东沿银河污水处理厂北侧至铁沟河,然后沿铁沟河向东南至朱诸路南侧,再沿朱诸路南侧一直向东到达辛兴镇,然后向南到达南环路往东,由共青团水库西坝入库。

4 结 语

输水方案比选是工程规划建设中十分重要的一环。文章通过对诸城市共青团水库引水工程取水方案比选分析,结合建设期和后期运行期工程投资、施工难度、地形变化、工程管理等多方面综合分析,为类似工程提供借鉴。