郭壁供水改建工程设计

王红霞

（山西省晋城市水利发展研究中心 山西晋城 048000）

晋城市地处山西省东南部，境内矿产资源丰富，素有“煤铁之乡”的盛誉，是我国能源重化工基地的重要组成部分。作为山西省经济建设快速发展的城市之一，也同样面临水资源短缺的问题。郭壁水源地位于离晋城市区仅16 km的丹河干流的泽州县金村镇郭壁河段，它是离晋城市区最近的唯一的出露泉水的水源地。

1 郭壁供水工程现状

郭壁供水改建工程设计是在原有的郭壁电灌站提水工程的基础上进行的。原提水工程为水利基本建设项目，兴建于1974年。其规模为三级提水灌溉工程，总扬程为303 m，提水流量1.42 m3/s，总装机为6 285 kW，设计效益为发展灌溉面积3 330 hm2，工程于1974年11月动工兴建，1980年缓建。1985年晋城实行市管县体制后，随着市区扩大和市区工农业的迅猛发展，1992年批准为以工业城市生活和农村人畜吃水为主，兼顾农业灌溉的多功能供水工程。供水工程的供水渠道，横穿晋焦高速公路、晋长高速公路和太焦铁路，直达市区。

由于原工程建成时间较长，水泵机组、泵站厂房及输水渠道出现了不同程度的老化，供水能力受到了极大影响。

1.1泵站

泵站始建于1974年，一、二级站机房均为375 m2，三级站机房353 m2。该工程电气设备安装在20世纪70年代，经过30多年的运行，已老化失修，不能正常运行，急需更新改造。水泵为1995年郭壁供水工程二期工程施工时安装，部分零件锈蚀，水泵效率低，使用时漏水现象严重，需更新换代。

1.2压力管道

一级站出水压力管道长240.6 m，为两趟内径800 mm的钢筋混凝土预应力管；二级站出水压力管道长312.8 m，为两趟内径800 mm的钢筋混凝土预应力管；三级站出水压力管道长202 m，为两趟内径800 mm的钢筋混凝土预应力管。各趟出水管管身尚好，局部管床及护坡已风化，不能承载管压力，需要进行维修。

1.3供水渠道

原供水干渠总长10.98 km，从渠首焦庄村至晋城北车站。横断面为矩形，过水断面宽1.84 m，高0.8 m。纵坡为1/2000，设计过水流量为1.42 m3/s。渠身为浆砌石结构，内壁有8 cm厚C15混凝土衬砌，渠顶有盖板，并有30 cm厚的覆土保温层。

由于近年来煤矿采空区带来的地面塌陷，许多地方的渠道遭到了不同程度的破坏，再加上风化作用，渠道渗漏的现象多处可见。从郭壁供水管理处提水至二水厂，沿线的渗漏量达到了总输水量的30%。在水资源日益紧缺的今天，这是一笔不小的损失。

1.4供水管理

原郭壁提水工程规模日供水量12万m3，泵站及渠系建筑物都可以达到此输水能力，而且，郭壁供水工程管理处人员是按此规模进行配置。现在向市区供水量少，但支出一点也不少，随着事业单位人员工资的大幅提高，市财政每年补贴郭壁的数字也越来越高，但就郭壁本身而言，依然亏损。郭壁供水工程管理处曾做过供水成本分析，日供水3万m3的成本为1.134元/t。随着供水量的逐步提高，成本随之下降，单位将会扭亏为盈，运行得更好。

2 供水区水资源供需分析

2.1供水区需水预测

截止2010年底，晋城市市区（包括城区）常住人口47.7万人。根据《晋城市城市总体规划》（2006～2020），2015年中心城区常住人口将达到60万人，2020年中心城区常住人口规模将达到70万人。由此可得出水平年市区居民生活用水预测量表（见表1）。

表1 2015、2020年市区居民生活用水预测量表

2.2供水区供水分析

郭壁三泉九井的可开采水量为2 045万m3/a（56 037 m3/d）,已批复的应急水源工程围滩水库年供水量1 200万m3，其余不足部分由三姑泉补充。供水能力可以满足要求。

3 郭壁供水改建工程

郭壁供水改建工程包括原有一、二、三级提水泵站的更新改造和新建向市区供水管道两部分内容。

3.1泵站改造

三级泵站总扬程318 m，提水流量1.42 m3/s，总装机容量6 780 kW。原提水泵站没有备用机组，本次设计将扩建泵房，一、二级泵站各增加一台备用泵；三级泵站原机组间距仅4.65 m，不满足机组间距要求，拟拆除重建，厂内设六台机组，四用两备。

改造后，一、二、三级站各站技术指标见表2。

表2 改建后各站的主要技术指标

改建工程除一级站水泵机组扬程没有变化外，二、三级站的水泵扬程都做了适当的提高。二级站原水泵扬程为123 m，改造后扬程为130 m。三级站原水泵扬程为32 m，改造后扬程为65 m。

一、二级泵站厂房是在原基础上扩建改造，三级泵站厂房由于原机组间距不满足要求，整体拆除重建。

3.2管道改造

改建工程设计时，共选三种不同材质的管道进行比较，三种管材为：钢管、球墨铸铁管、预应力钢筒混凝土管。

钢管具有强度高，接口方便，承受内压力大，水力条件好等优点，但易腐蚀，造价较高也是其不可回避的缺点。球墨铸铁管管壁厚，质地脆，强度低，价格便宜，其连接受人为因素如操作水平、责任心等影响较大，同时，球墨铸铁管内径最大为800 mm，按本工程的输水能力要求，需铺设两趟，投资较大。预应力钢筒混凝土管由于抗渗能力强，接头止水效果好，近几年得到广泛的应用。经比较，最后选承压能力满足要求、价格适中的预应力钢筒混凝土管。

一级站出水压力管道只进行管床的维修，管道不变。

二级站出水池重建，原出水池后由渠道输水改为压力管道输水，采用1.2 m直径的预应力钢筒混凝土管将水送入原三级站进水池，管道总长1 487 m。全线管道埋入地面以下，埋深最小为1 m。沿轴线转弯处管道采用钢管，并设置镇墩以固定和承载，镇墩采用埋填式结构，用C20钢筋混凝土制作。沿程铺设碎石垫层，厚度为30 cm。

三级泵站扬程由原来的32 m提高到65 m，因此，原来的出水压力管道全部拆除，在原位置上重建，将水送入新建的三级站出水池。管道总长1 154 m，沿程铺设碎石垫层，碎石垫层厚度为30 cm。其余构造形式同二级站出水压力管道。

供水管道从三级站出水池引出后，仍采用1.2 m直径的预应力钢筒混凝土管输水，将水送到晋长高速路旁进水池，管道铺设形式同三级站出水压力管道,管道总长5 752 m。水池后管线分南北两趟将水送入市区，两线供水设施完好，不列入本次改建范围。

4 结语

中共中央曾在国民经济和社会发展第九个五年计划的建议中明确指出：“十分注意有效保护水资源和节约用水是要长期坚持的一项基本国策。”我们要尽可能地利用地表水，减少地下水的开采。郭壁水源地为晋城市区提供了水源，但由于工程设施老化、不完善、规划发展不足，导致郭壁水源不能被充分利用。对于这种工程设施性缺水现状，我们可以对其进行适度超前建设和逐步配套完善，以满足日益增长的用水需求，保障城市经济和社会的可持续发展。