榆林黄河东线马镇引水工程神木支线输水线路方案设计及比选

榆林黄河东线马镇引水工程神木支线输水线路方案设计及比选

裴旭阳   ,杨磊

陕西省水利电力勘测设计研究院   陕西西安   710001

摘要：输水线路的选择对水利工程建设的影响较大，选择线路时需综合考虑地形地质条件、工程投资等因素，对输水线路进行科学布置、优化设计，通过方案比选确定最经济合理的输水线路。本文以神木支线实际工程为依托，取其中1条拟布置的实际线路，对具体的3种方案进行设计、比选、探讨，为相关的水利工程设计提供一定的理论指导。

关键词：水利工程；输水线路；设计方案；方案比选

引言

输水线路的选择需结合具体的地域条件进行综合分析，首先，要注意合理布局，注意与沿线相关工程的结合，减少重复建设。其次，充分利用水库正常蓄水位富余水头，尽可能采用自流输水。再者，尽量缩短输水线路，避开不良地质构造，减少拆迁、少占耕地、少毁植被，减少对生态环境的影响。此外，输水线路与天然气管道、高速公路、铁路等交叉不可避免时，应尽量利用现有条件穿越，以减少管线施工对交叉建筑物安全及运行管理的干扰，不占用城市规划建设用地。最后，在满足安全的前提下，尽量减少工程投资，缩短施工工期[1,2]。

1 工程概况

某水利工程支线设计流量为1.3m³/s，从某水库分水，流经部分城镇及河流渠道，向部分工业园区供水。水库最高水位990.0m，死水位969.0m，水库取水口设计流量10.31m³/s，工程线路设计总长81.56km，考虑损失后年总取水量为3282万m³。沿线地带气温年差较大，属典型大陆性季风气候，流域内以黄土沟壑区为主，植被稀疏。综合考虑水源枢纽的选择、沿线的地形地质条件、总干渠与河流或沟道交叉建筑物布置等，经分析，可进行布置的实际线路有3条，现就其中1条输水线路进行具体的方案设计及比选，为后续的工程设计提供一定的指导。

2 输水线路方案设计

该线路设计方案起点从水库坝址以上1.3km右岸设浮船泵站独立取水，取水口后接输水隧洞呈东北向延伸至草地沟沟口以南约200m的预制场空地，空地现状地面高程968m~975m，考虑水库取水高程最低969.0m，最高990.0m，拟定该线路可布置的输水方案有3种：即“先加压+后明流+再加压”方案、“先明流+后加压”方案、“先重力压力流+后加压”方案，出洞后至某分叉点处再分别设泵站加压至各园区，3种方案布置见下文。

2.1 输水线路方案一

该方案为“先加压+后明流+再加压”方案。采用明流输水，按隧洞末点底板高程968m，隧洞比将按1:4000推算至隧洞进口，底板高程976m。根据水位运行曲线，水库高水位990m，全年运行天数204天，低于976m水位全年运行天数46天。故可布置“先加压+后明流+再加压”方案，首先在水库坝址以上1.3km的右岸设浮船泵站+取水塔取水，高水位高于976m时自流取水进洞，低水位（969m~976m）时采用浮船泵站抽水进洞，洞底板高程976m。进洞后采用明流隧洞输水至某镇以南约5km的草地沟出口处，出口洞底板高程968.2m，再由草地沟出口设泵站加压至某分叉点处，后分别设泵站加压至各园区。该方案设计取水流量1.3m³/s，总长79.76km，泵站4座。隧洞设计比降1/4000，断面采用圆拱直墙型，底宽2.5m，高3.05m。沿途布设6条施工支洞。该方案直接费10.46亿元。

2.2 输水线路方案二

该方案为“先明流+后加压”方案。相对于方案一而言，该方案考虑降低取水口，去掉浮船泵站，实现全自流取水，在取水口布置取水塔，高程选择在968.0m，满足在水库死水位情况下取足设计流量。该方案同样采用明流输水，隧洞比降按1:4000推算至隧洞出口，洞末点底板高程960.2m，后在草地沟出口设泵站加压至某分叉点处，再分别设泵站向各园区供水。该方案设计流量1.3m³/s，总长79.76km。取水头部放水塔1座，泵站3座。隧洞区别于方案一中的隧洞设计，隧洞降低8m，设计比降1/4000，断面采用圆拱直墙型，底宽2.5m，高3.05m。沿途布设6条施工支洞。该方案直接费10.39亿元。

2.3 输水线路方案三

该方案为“先重力压力流+后加压”方案。将方案二中的明流隧洞调整为压力隧洞，洞后设叉管直接接草地沟泵站，即节约了抽水水头，又不增加泵站座数，且不需在草地沟泵站深挖。该方案在取水口布置取水塔，考虑在最低水位情况下能够满足压力进水要求，进口底板高程选择在964m，满足在水库死水位情况下取足设计流量、淹没水深的条件。洞末点底板高程961m，后在草地沟出口设泵站加压至某分叉点处，再分别设泵站向各园区供水。该方案设计流量1.3m³/s，总长79.76km。取水头部放水塔1座，泵站3座。隧洞区别于方案二中的隧洞设计，为压力隧洞，断面仍采用圆拱直墙型，底宽2.5m，高3.05m。沿途布设6条施工支洞。该方案直接费12.00亿元。

3 输水线路方案比选

上述3种方案均可实现该水利工程的输水需求，各有优缺点，从综合费用、施工条件、运行条件、占地条件4个方面进行比较及优选。

3.1 综合费用比较

考虑各方案的工程直接费与30年运行电费现值，对各方案进行比较。经计算，方案一工程直接费10.23亿元，年运行电费2551万元，综合费用13.10亿元；方案二工程直接费10.19亿元，年运行电费2575万元，综合费用13.09亿元；方案三工程直接费12.00亿元，年运行电费2438万元，综合费用14.75亿元。从综合费用看，方案三较高，方案一、方案二相当，相对而言方案二略低。因此，从综合费用角度分析，方案二较优。

3.2 施工条件比较

3种方案均有隧洞、泵站、管道等建筑物，交通条件成熟，施工支洞条件均具备且难易程度相当。方案三的压力隧洞高程最低，施工条件最差。方案二较方案一而言，隧洞稍低，难易程度相当，但方案一多设1座水泵站，施工量及难度大于方案二。因此，从施工条件比较，方案二较优。

3.3 运行条件比较

方案二、三均难以利用水库水头，且存在洞前、洞后两处常驻管理人员的问题，管理相对复杂。对于压力隧洞，虽充分利用了水头，但水力条件复杂，运行安全性不高，还需设调压井来满足泵站的安全运行，管理节点多。相对而言，方案二虽损失较大水头，但运行简单，故方案二较优。

3.4 最优线路选定

输水线路比选应考虑工程全局，根据各方面影响因素综合考虑管线布置方案，选出最为经济合理、对社会影响最小的线路布置方案[3]。通过对以上3种输水方案进行分析、比选，综合来看，“先明流+后加压”方案（方案二）占优，综合比较参数详见表1。

表1 线路输水方案综合比较表

4 结论

水利工程输水线路的布置，应考虑沿线的地理、人文条件，分析、确定线路布置的可能性方案，经综合比较后，确定最经济合理的布置方案。本文结合某工程自身特点，综合考虑水库取水条件、隧洞设计、线路施工等方面，对某水利工程拟布置的1种输水线路的3种方案进行设计，通过对比各方案的综合费用、施工条件、运行条件、占地条件，选定“先明流+后加压”方案为最优方案，为类似的水利工程设计提供一定的参考。

参考文献

[1]苏军.城市规划区内水利工程输水线路分析比选[J].水利科学与寒区工程,2022,5(06):106-109.

[2]刘银山.长距离引水工程输水线路布置比选[J].内蒙古水利,2019(06):29-30.

[3]周华.水利工程输水线路布置及方案比选[J].内蒙古水利,2019(09):36-37.