呼图壁县供水改建工程方案比选及蓄水工程设计分析

2016-09-18张建莉

水利科学与寒区工程 2016年8期

关键词：进水闸呼图壁县水坝

张建莉

(呼图壁河流域管理处，新疆呼图壁 831200)

呼图壁县供水改建工程方案比选及蓄水工程设计分析

张建莉

(呼图壁河流域管理处，新疆呼图壁 831200)

供水工程是国家基础性民生工程，直接影响着居民的正常生活，对水质、供水量、系统可靠性等都有严格要求，但当前很多供水工程已不能满足居民的实际生产生活需要，改扩建工程势在必行。文章以新疆呼图壁县供水改建工程为实例，对改扩建方案进行了比选，并对优选方案蓄水工程进行了设计分析，以期为类似工程提供必要的技术参考。

供水改扩建；方案比选；设计分析

自我国实施“西部大开发战略”以来，新疆地区经济建设飞速发展，交通运输、农业灌溉、居民供水等基础性民生工程成为建设重点。据相关部门统计：在“十二五”期间，新疆各级政府累计在供水工程中投资超过30.74亿元，解决了近400万人口的饮水安全问题。随着当地经济、人口规模的发展，当前很多供水工程已不能满足实际需要，所以相关的改扩建工程也在新疆地区大范围开展，这就涉及到很多最优方案比选问题[1]。

1　工程概况

新疆自治区呼图壁县位于天山中段北麓，准噶尔盆地南缘。境内发育有呼图壁河，其流域面积为9421.03 km2，是当地主要的水源。呼图壁县辖7个乡镇和4个林牧场，本次改建项目就是新增取水工程，为呼图壁县提供足量的工业及城镇用水。工程主要由砂砾石滤水坝、输水管道组成，工程级别为Ⅲ等，工程规模中型，主要建筑物为引水枢纽工程，主要建筑物为3级建筑物，次要建筑物等为4级建筑物，预计总投资为550万元。目前原供水工程存在的主要问题是供水量不足，且水中含沙量过高，不能满足水质要求。

2　改扩建方案比选

2.1方案介绍

为解决呼图壁县供水问题，本工程依托现有渠首，在渠首内库新建滤水及取水工程，并与已有的呼图壁县工业区和城镇供水工程首部连接。据此共提出以下3个方案。

方案一：清水池(改建内库)+泵站+明流输水。利用现有渠首内库的调节和二次沉淀功能，在上坝桩号0+600处平行下坝新建一处砂砾石透水坝，使内库的水通过该透水坝过滤后进入清水池。为预防透水坝滤水不足，在透水坝处新建一座两孔钢筋混凝土结构进水闸。在内库上游侧右岸阶地上新建泵站取水，泵站后接输水明渠，通过输水渠道至渠首进水闸闸后暗涵。输水渠道布置在右岸的阶地上，后端布置在进水闸后的干渠下部与工业进水闸闸后暗涵相连接。前段为明渠，后段为压力钢管。明渠采用梯形结构，现浇混凝土板护砌；输水渠道末端与干渠交叉段采用压力钢管，末端接一钢筋混凝土结构消力池。工程设计供水能力1.0 m3/s[2]。

方案二：清水池(改建内库)+管道输水。该方案的新建透水坝、进水闸设计与方案一完全一样。但该方案设计在清水池右岸阶地新建一座引水涵闸供水，为减少压力管道安装土方开挖量，引水涵闸后接压力管道输水；涵洞采用C25F200W6钢筋混凝土结构，设计引水流量1.0 m3/s。管道布置在内库右岸岸坡的淹没区，水平长度900 m，采用PCCP管，管道直径统一为DN800。管道转弯处均采用钢制管件连接。

方案三：沉砂池+絮凝池+沉淀池。此方案设计在位于渠首下坝下游1 km的干渠西侧建一沉砂池，从现有输水箱涵直接引水进入4万m3沉砂池进行初步沉沙，之后进入絮凝池，经二次沉淀处理后再送入现有的供水管道。

2.2方案比选分析

以上3个方案均能同时满足呼图壁县城镇生活、工业用水的水量及水质等要求。下面从工程调度运行、工程投资、工程整体效果上对其进行对比分析。

2.2.1工程调度运行

方案一是先扬水，再明渠输水，需要沿渠道设置防护栏，日常运行的注意事项较繁琐，工作强度大。方案二为有压管道输水，只须控制进水口的拦污栅、闸门即可，相应的日常运行较为简单，费用低，管理方便；方案三的4万m3沉砂池在运行中不易排沙清淤，势必要准备清淤船等设施，运行成本增大，工程布置及建设复杂。综合考虑，方案二具有简单、易操作、供水保证率高的优点[3]。

2.2.2工程成本投资

经估算,方案一工程投资需643.5万元；方案二工程投资432.72万元；方案三工程投资1639.74万元。方案二较方案一节省投资210.78万元，较方案三节省1207.02万元，具有较大的经济优势。

2.2.3工程整体效果

方案一、二工程布置紧凑，并具有一定的调蓄能力。由于新建了一座透水坝，使得坝顶交通更为顺畅，更利于后期的运行维护。方案二由于是压力管道自流供水，相应在运行过程中具有较大优势，工程整体效果更为突出。方案三由于是新建4万m3蓄水池，蓄水池位置交通极为不便，并且进水、出水工程须要跨越干渠，相应的后期运行维护都较为困难，工程整体效果不佳。

通过综合比较，得出方案二具有投资少、管理运行方便、整体效果好等优点，因此该项目最终选择方案二为施工方案，其工程量见表1。

3　方案二的蓄水工程设计分析

方案二主要包括蓄水工程和输水工程，其中输水工程主要是压力输水管道(PCCP管)设计，在此不作阐述。下面针对方案二的蓄水工程设计进行分析。

表1　方案二工程量表

3.1砂砾石透水坝的设计

3.1.1坝体结构设计

新建大坝的主要作用是蓄水和初次过滤水沙，设计其轴线垂直上坝、平行下坝，总长度310 m，平均坝高17.1 m。将坝体断面范围内的河床覆盖层清除并压实，清层深度为1.0 m。为利于坝体滤水，坝体碾压后相对密实度应不小于0.75。

右坝肩河岸按1∶0.75做削坡处理，坝头伸入岸坡3.0 m。上、下游均采用干砌石护坡。坝坡护面沿河岸向上游延伸50 m。左坝肩与原渠首上坝坝体相接段30 m范围做局部加固处理。坝顶宽度由3 m逐渐拓宽至6 m，上下游坝坡由1∶1.5逐渐调整为1∶2.5。坝顶上、下游坝肩设预制C20混凝土路缘石，其高出坝顶0.1 m。全坝段坝顶铺20 cm厚砂砾石路面；为排除雨水，顶面向下游单向倾斜，坡度为2%[4]。其具体结构见图1。

图1　砂砾石透水坝结构简图

3.1.2筑坝材料设计

坝址区砂砾料储量丰富，上、下游坝壳料均采用砂砾石料填筑，压实后渗透系数为10-2～10-3cm/s。坝体压实标准用相对紧密度Dr控制。坝体砂砾料的填筑相对紧密度Dr≥0.80。砂砾石要求分层填筑厚度不超过60 cm，碾压后干密度不小于2.2 g/cm3，采用自然级配。

3.2进水闸设计

为保证透水坝的滤水能力，在坝体0+060处设计两孔进水闸，闸门尺寸1.2 m×0.7 m，闸室长3.96 m。进水闸闸后扩散段全长7.02 m，断面尺寸由2.9 m扩散至6 m。在扩散段中部设置滤水墙一道，滤水墙由聚丙烯长纤滤水管组成，滤水管为钢管，管径φ200 mm，内填聚丙烯长纤(见图2)，设计滤水墙总滤水量为1.0 m3/s[5]。引水闸按无坎宽顶堰计算，其过流能力Q可按式(1)计算，最后得出Q=1.52 m3/s，满足设计要求。

(1)

式中：H0为堰顶水头，最大水头0.4 m；B为孔口宽度，为2.4 m；m′为宽顶堰流量系数，m′ =0.365；g为重力加速度，m/s2；σs为淹没系数，取1.0。