青龙河引水工程输水线路方案对比研究

周立坤

（凌源市应急供水建设管理处，辽宁 朝阳 122500）

青龙河引水工程输水线路方案对比研究

周立坤

（凌源市应急供水建设管理处，辽宁 朝阳 122500）

在保证输水安全可靠的前提下，引水工程输水线路需满足技术先进、经济合理的设计原则。以青龙河引水工程输水工程为研究对象，共设计了5种输水方案，采用特征参数分析法对各方案进行对比分析，计算了各方案经济指标，以总现值作为输水方案优劣的主要依据。从工期和资金方面考虑，三台岭短洞输水线路设计方案经济性最高。希望为今后输水线路方案设计提供参考。

引水工程；输水线路；方案对比；青龙河

青龙河流域处于阴山至燕山东西构造带与大兴安岭努鲁尔虎山山系以北，北东向构造的两大体系复合带上，石质山占 72%。河源土山尖子高程1286.2m，流域海拔高程在500～1000m。南侧两山夹一沟为河流出口，东西北三面环山向南凹进。流域辖区总面积1564.77hm2，境内面积1366.6hm2，占全市总面积41.68%，森林覆盖率41.5%。根据雹神庙水文站泥沙统计资料，推算出凌源城市供水工程取水头部所在位置多年平均输沙量为227.54万t，多年平均含沙量为18.94kg/m3。丰、平、枯3个典型年分别为1959、1985、1982年，在逐日平均含沙量 ＞10kg/m3的天数分别为 20、19、11d，占全年输沙量99.93%、99.42%、98.76%。而同时段径流量占全年径流量的比例分别为48.65%、43.33%、30.03%。青龙河取水头部至牛营子输水多年平均调水 1290.6万 m3，最大输水流量为2.0m3/s。牛营子输水工程多年平均可向凌源市供水541.7万m3，综合青龙河输水量，牛营子至凌源段最大日输水能力7.64万m3。

1 输水线路选择原则

本工程是从青龙河引水向凌源市供水，解决凌源市地区缺水问题的中等规模、长距离输水工程。因凌源市近年连续干旱，缺水严重，居民用水极其紧张，凌源市又为辽西贫困地区，工程资金短缺。基于以上两点原因，本工程要求施工周期短，工程投资少［1-2］。在保证输水安全可靠的前提下， 坚持技术先进、经济合理的设计原则。具体线路选择原则如下［3-4］：

（1）线路尽可能顺直，线路最短，交叉工程最少；

（2）线路尽量选择在地形比较平坦的地带，选择最佳的地形和地质条件；

（3）尽量少占耕地、良田，减少移民和拆迁；

（5）在满足安全的前提下，尽量减少工程投资，缩短施工工期。

2 输水线路方案对比

青龙河至葛杖子段为两山夹一沟地势，省道由南向北穿过凌源市，该段具有线路长、地形复杂、山多地少、石多坡陡的特点。线路基本走向：从青龙河出发沿老宽公路铺设，在大苗杖子和三台岭附近通过隧洞穿山后沿河道走，在任杖子村北附近折向北爬山至葛杖子村，与牛营子水源线路汇合，在葛杖子村后与牛营子水源共用一段线路。根据地形，青龙河至东山村之间没有其他更为合适的输水线路，而在大苗杖子和三台岭附近过山线路可比方案较多，从南至北依次选定5个方案进行比较。各方案如下：

方案（1）： 三台岭长洞方案， 线路总长58.14km，管线长53.74km，隧洞长4.4km；

方案（2）： 三台岭无洞方案， 线路总长58.13km；

方案（3）： 三台岭短洞方案， 线路总长58.11km，管线长56.11km，隧洞长2km；

方案（4）：中线长洞方案，线路总长57.93km；管线长49.21km，隧洞长8.72km；

方案（5）：大苗杖子方案，线路总长59.74km；管线长56.24km，隧洞长3.5km。

各输水方案特征参数见表1。

EPDM彩色颗粒塑胶地面是在按要求铺设好的石油沥青路面基层上，涂刷一层单组份聚氨酯胶水，当聚氨酯底涂料逐步渗入沥青基础的表面空隙后，即可在表面形成密封状的薄膜，从而起到防水作用，也使基础和塑胶面层的粘合力得到增强。

表1 各输水方案特征参数

各输水方案投资和经济指标见表2。

表2 各比较方案经济指标表

方案2为无洞爬山方案，施工周期最短，一次性工程投资最少。但其年耗电量远高于其他方案，运行费用最高，综合经济指标最差，为最不经济方案。鉴于本工程引水流量小，单位管线投资远低于隧洞投资［5］。方案4的年运行电费虽然最省，但隧洞最长，施工周期最长，工程投资最多，现值仅小于方案2，经济指标也较差。方案1经济指标比方案4和2好，但隧洞也较长，并且约有300m长隧洞段覆盖层较薄，施工工期难以保证。各方案优缺点对比情况见表3。

表3 各方案优缺点比较

初步比较，方案3和方案 5现值比其他方案小，隧洞较短，技术和经济上均优于其他方案。两方案比较各有优势，下面对两方案进行详细比较。青龙河水源段从青龙河取地表水，青龙河为山区季节河流，水量随季节变化大，针对供水量极不均匀特点，该段管线管径初步选择为1200mm。

方案3：从位于刀尔登镇下游的取水头部及加压泵站，由南向北穿过青龙河，沿老宽公路，经南营子、北营子村、至干沟子二级加压泵站，再经头道梁子村、二道梁子村、三道梁子村、小四道梁子村、大四道梁子村，至东山三级加压泵站，管线在经松岭子乡前与大苗杖子线一致，在松岭子乡与大苗杖子线分开，离开老宽公路，转向东沿龙头山水库南岸铺设，在三台岭村北约100m处山脚接无压隧洞，隧洞出口后管线沿河道铺设，在任杖子村附近折向北爬山送至葛杖子村南与牛营子至凌源市的管线相接，葛杖子村后与牛营子水源共用一段输水管线，通过牛营子水源段管线将水送至净水厂。

方案3全长58.11km，其中压力输水管线长56.11km，无压输水隧洞长2.0km，隧洞为城门洞形，断面尺寸为2m×2m。设三级加压泵站，泵站扬程合计为423m。其工艺流程见图1。

图1 方案3工艺流程

方案5：从位于刀尔登镇下游的取水头部及加压泵站，由南向北穿过青龙河，沿老宽公路，经南营子、北营子村、至干沟子二级加压泵站，再经头道梁子村、二道梁子村、三道梁子村、小四道梁子村、大四道梁子村，至东山三级加压泵站，经松岭子乡、石桥子村，在荀杖子村北侧离开老宽公路，转向东并沿山地走，经苇子沟村，在大苗杖子村北接无压隧洞，隧洞出口后管线沿河道铺设，在任杖子村附近折向北爬山送至葛杖子村南与牛营子至凌源市的管线相接，葛杖子村后与牛营子水源共用一段输水管线，通过该段管线将水送至净水厂。

方案5全长59.74km，其中压力输水管线长56.24km，无压输水隧洞长3.5km，隧洞为城门洞形，断面尺寸为2m×2m。设三级加压泵站，泵站扬程合计为377m。方案5工艺流程见图2。

图2 方案5工艺流程

根据工艺流程及造价，对方案3和方案5的优缺点情况进行分析。

方案3优缺点：

（1）隧洞较短，设一个施工支洞，预计2年完成。隧洞短，施工工期容易保证。

（2）线路和隧洞均较短，一次性工程投资少。

（3）隧洞围岩类别以Ⅲ、Ⅳ类为主，局部为Ⅴ类。与大苗杖子比，Ⅴ类相对比例低，地质略优于大苗杖子隧洞。

（4）隧洞进口紧邻三台岭村，离居民居住区较近，施工期间存在扰民情况，应事先协调解决。

（5）隧洞进口位置高程较高，进口开挖量大。

（6）洞底高程比三台岭方案高，水泵扬程高，年耗电量大，运行费用高。

（6）运行费高，现值大于三台岭方案，经济指标略低于大苗杖子方案。

方案5优缺点：

（1）洞底高程比三台岭方案低，水泵扬程低，年耗电量少，节省运行费。

（2）和三台岭方案比，线路和隧洞均较长，一次性工程投资多。

（3）隧洞围岩类别以Ⅲ、Ⅳ类为主，地质条件比三台岭方案略差。

（4）隧洞较长，设两个施工支洞，预计2年完成。隧洞长，支洞多，施工工期不易保证。

（5）水泵扬程低，管线运行较为安全。

（6）水泵扬程低，耗电量少，现值小，经济指标略优于三台岭方案。

两方案各有优缺点，从综合经济指标上看，方案3虽然一次性工程投资大，但运行费用低，经济上略优于方案5。凌源市为辽西贫困地区，工程资金少，该地区又多年干旱少雨，居民缺水严重，急需尽快解决供水问题［6］。方案3隧洞较短，有利于保证工期，工程投资少，节约资金，并且两方案的现值仅差200万，经济指标比较接近。从工期和资金方面考虑，方案3要优于方案5。根据工程特点和资金少工期紧的现状，本阶段青龙河输水线路推荐方案3—三台岭短洞方案。

3 结语

青龙河流域线路较长、地形复杂、山多地少、石多坡陡，本文主要对大苗杖子和三台岭过山输水线路进行研究。共设计了5种输水方案，采用特征参数分析法对各方案进行对比分析，计算了各方案经济指标，以总现值作为输水方案优劣的主要依据。研究表明：方案3虽然一次性工程投资大，但运行费用低，三台岭短洞方案为青龙河输水工程最佳线路。

［1］赵子杰，刘烨华.盾构法输水隧洞设计与施工探讨［J］.水利规划与设计，2013（03）：54-56.

［2］孙宇航.长距离输水隧洞施工中TBM的应用分析［J］.地下水，2015（03）：161-162.

［3］张生财.长距离有压重力流输水在供水工程中的设计及应用［J］.水利规划与设计，2014（10）：74-76+88.

［4］刘立华，马立辉，宋亚净.引黄入冀补淀工程河北段冰期输水调度运行方式探讨［J］.水利规划与设计，2014（12）：65-68.

［5］赵明宇.大伙房水库输水管线工程中的施工测量［J］.水利技术监督，2015（01）：39-41+71.

［6］高军芳.凌源市应急供水工程规模的确定［J］.水利技术监督，2015（03）：37-38+79.

TV672

B

1672-2469（2017）02-0112-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2017.02.035

2015-08-22

周立坤（1980年—），男，工程师。