寧武縣域供水方案比選

王艷軍

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 概況

寧武縣位于山西省西北部管涔山麓，南北長(zhǎng)105 km，東西寬45 km，國(guó)土總面積1987.7 km2。全縣分屬黃河和海河兩大流域，黃河支流汾河在縣境內(nèi)流域面積為1364 km2，海河流域桑干河的上源恢河在縣境內(nèi)流域面積為623 km2。

2 工程建設(shè)必要性

2.1 全面建設(shè)小康社會(huì)的需要

寧武縣人口眾多，山多川少，是國(guó)家貧困縣，一方面農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)條件差，農(nóng)村經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)緩慢；另一方面煤田儲(chǔ)量豐富，是該縣發(fā)展經(jīng)濟(jì)、改善居民生活水平的優(yōu)越條件。因此，建設(shè)供水工程，為全縣工業(yè)發(fā)展提供水資源保障是全面建設(shè)寧武縣小康社會(huì)、提高人民群眾生活品質(zhì)的迫切需要。

2.2 發(fā)展經(jīng)濟(jì)的需要

“十二五”期間，寧武縣要依托資源和區(qū)位優(yōu)勢(shì)，調(diào)整和完善產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度，努力把寧武縣打造成新型煤電基地，在優(yōu)化結(jié)構(gòu)、提高效益的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)快速健康發(fā)展，GDP年均增長(zhǎng)25%。經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的速度加快，需要強(qiáng)大的水源后盾。

2.3 發(fā)揮大水網(wǎng)工程效益的需要

山西大水網(wǎng)規(guī)劃中的萬家寨引黃工程南干線現(xiàn)已運(yùn)行多年，分配給忻州市寧武縣的水量為2000萬m3。為發(fā)揮山西大水網(wǎng)工程，特別是萬家寨引黃南干線工程供水效益，盡早服務(wù)于寧武縣，必須進(jìn)行寧武縣配套供水工程規(guī)劃。

3 供水方案

本工程的取水水源為山西省萬家寨引黃工程南干線，南干線通過寧武縣境內(nèi)，從南干線取水可利用的施工支洞比較現(xiàn)實(shí)的取水口有兩處，分別為小狗兒澗支洞和周家堡支洞。

考慮到萬家寨水庫每年運(yùn)行過程中有2個(gè)月的排沙需求，不供水，在方案研究時(shí)考慮設(shè)置調(diào)蓄水庫。

根據(jù)《山西省水利廳關(guān)于開展山西大水網(wǎng)縣域供水規(guī)劃設(shè)計(jì)工作的通知》，萬家寨引黃南干線配置忻州市的水量為6000萬m3，忻州市進(jìn)一步配置寧武縣的水量為2000萬m3，全部為工業(yè)用水，扣除水庫蒸發(fā)滲漏損失后，年供水量為1940萬m3。

工程區(qū)內(nèi)工業(yè)用水戶用水量較大，在設(shè)計(jì)時(shí)直接采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)供水方式將輸水管線鋪設(shè)至各用水戶。

在兩個(gè)取水口附近選擇的調(diào)蓄水庫應(yīng)滿足調(diào)蓄的庫容要求，地理位置適宜，庫蓄水位應(yīng)滿足為各用水戶實(shí)現(xiàn)自流供水。為此，在小狗兒澗支洞附近適宜建庫條件的只有龍泉水庫；在周家堡支洞附近，由于大洼溝和柳溝內(nèi)有多家工業(yè)企業(yè)入駐，失去建庫條件，因此也僅有朱家溝水庫可作為調(diào)節(jié)水庫。

3.1 龍泉水庫方案（方案一）

本方案從引黃南干7號(hào)洞小狗兒澗支洞取水，管線通過支洞后，將水輸送至距支洞口約1.5 km的下游龍泉水庫，龍泉水庫是工程調(diào)節(jié)需要而興建的調(diào)蓄水庫。龍泉水庫位于小狗兒澗村北，高程關(guān)系滿足供水需要，可實(shí)現(xiàn)重力流供水，且水庫興建所需的庫容條件、地形地質(zhì)條件較為適宜。按調(diào)蓄庫容需要和滿足向各用水戶自流供水的要求（沿線各供水點(diǎn)高程范圍為1360～1390m），經(jīng)水文調(diào)節(jié)計(jì)算，龍泉水庫正常蓄水位確定為1450m，總庫容400萬m3。壩型為碾壓均質(zhì)土壩，通過地質(zhì)勘查，庫區(qū)出露灰?guī)r，庫盆采用復(fù)合土工膜全庫盆防滲。

供水線路于龍泉水庫開始，向北偏東方向至大水口村西北，后折向東經(jīng)馬家梁至陽方口鎮(zhèn)，沿恢河向南靠左岸布置，在陽礦新村穿越恢河向南并靠右岸布置，途經(jīng)冀家莊、石咀村、東麻峪寨并穿越石湖溝至馬家灣處再次穿越恢河靠左岸布置，向南經(jīng)過新建村至終點(diǎn)寧武縣城北部附近。全長(zhǎng)15.25 km，均為重力流有壓輸水。

3.2 朱家溝水庫方案（方案二）

本方案從引黃南干7號(hào)洞周家堡支洞取水，從周家堡支洞南干線樁號(hào)CH71+474.354開始作為本工程的起點(diǎn)樁號(hào)LT0+000，將7號(hào)洞主洞段CH71+470.84—CH71+477.84段擴(kuò)挖下沉后形成底部格柵式引水，后接分水閘室，閘室底板高程初擬為1500m，閘孔寬3.0m，高2.5m，并考慮利用已有周家堡支洞作為進(jìn)入該地下分水閘啟閉機(jī)室的通道。閘門采用鑄鐵門，手電兩用螺桿機(jī)啟閉。分水閘后通過1.3 km長(zhǎng)的無壓隧洞將引黃水自流引出。

無壓隧洞后以倒虹形式穿越恢河，管道埋設(shè)至恢河沖刷線以下，上覆塑料格柵石籠保護(hù)。倒虹進(jìn)出口設(shè)閘閥，閥后設(shè)排氣閥，倒虹最低點(diǎn)設(shè)排水閥井，可將倒虹退水排向恢河下游（寧武方向）河道。倒虹出口閘閥后接入庫管線，沿恢河右岸直至朱家溝溝口，然后逆溝而上進(jìn)入朱家溝水庫。引水管線總長(zhǎng)度6.5 km。

朱家溝水庫庫址地質(zhì)條件較差，庫區(qū)靠近右壩肩有一滑坡體，且下游溝口有朔黃鐵路（填方路段）通過。設(shè)計(jì)時(shí)必須對(duì)滑坡體進(jìn)行全面清除，同時(shí)做好水庫排洪設(shè)施，確保溝口鐵路安全。

經(jīng)計(jì)算，朱家溝水庫正常蓄水位為1492m，總庫容500萬m3，考慮到當(dāng)?shù)厥妮^豐富，在壩型選擇上優(yōu)先采用面板堆石壩結(jié)合垂直防滲方法。供水管線起點(diǎn)為朱家溝水庫，管線沿恢河右岸布置，途經(jīng)寧武縣城、新建村、馬家灣村、石湖河、東麻峪寨、陽方口，管線終點(diǎn)為大水口村。供水管線干管長(zhǎng)21 km，支管長(zhǎng)4.6 km，均為重力流有壓供水。

3.3 方案比選

通過上述分析可以看出，兩種設(shè)計(jì)方案均能滿足工程供水任務(wù)，現(xiàn)從以下幾方面進(jìn)行綜合比較：

一是引水方式。方案一通過小狗兒澗支洞引水，方案二通過周家堡支洞取水。小狗兒澗支洞為平洞，可直接鋪設(shè)管線，自流出洞，而周家堡支洞處主洞底高程與支洞出口洞底高程相差較大，無法實(shí)現(xiàn)自流引水，需新增一條1.3 km隧洞與南干線主洞相接，以達(dá)到自流引水。

二是線路布置。方案一管線從小狗兒澗支洞取水，出庫后沿崞五公路鋪設(shè)，到陽方口后再沿恢河向南至寧武縣城附近，引水線路長(zhǎng)1.85 km，供水干線長(zhǎng)15.25 km，支線長(zhǎng)5.9 km，總長(zhǎng)度21.2 km。

方案二從周家堡取水口開始分為引水線路和供水線路。引水線路從周家堡取水口開始至朱家溝水庫，總長(zhǎng)度6.5 km。供水線路從朱家溝水庫出溝后沿恢河右岸布置，向北經(jīng)過寧武縣城、新建村、馬家灣村、石湖河、東麻峪寨、陽方口、馬家梁至大水口村結(jié)束，干線長(zhǎng)21 km，支線長(zhǎng)4.6 km，總長(zhǎng)度32.1 km。

受現(xiàn)場(chǎng)地形條件限制，方案二管線入庫和出庫均需通過4.5m寬的鐵路涵洞，或以頂管方式通過，施工干擾極大。而方案一整個(gè)線路均不存在此類問題，施工方便。

三是管線壓力等級(jí)。通過水力計(jì)算，方案一管線區(qū)間的最大工作壓力為3.1 MPa，方案二管線區(qū)間的最大工作壓力為3.6 MPa，略大于方案一。

四是調(diào)蓄水庫管理。方案一龍泉水庫距離寧武縣城較遠(yuǎn)（17 km），方案二朱家溝水庫距離寧武縣城較近（3.5 km）。

五是施工條件。小狗兒澗支洞設(shè)計(jì)斷面為馬蹄型，寬度完全滿足洞內(nèi)開挖管槽條件，兩者結(jié)合后可節(jié)省部分投資。龍泉水庫場(chǎng)地開闊，便于施工布置，且設(shè)計(jì)有排洪溝，洪水不入庫，不存在施工導(dǎo)流問題；方案二需開鑿1.3 km長(zhǎng)的隧洞，且地下分水閘施工難度較大，運(yùn)行管理不便。朱家溝水庫存在施工導(dǎo)流問題，進(jìn)出庫的兩條管線施工難度極大。

六是管理調(diào)度。方案一中小狗兒澗支洞為平洞設(shè)計(jì)，在管理調(diào)度過程中可兼作交通通道，無需新建交通線路，同時(shí)由于調(diào)蓄水庫與支洞相距較近，便于統(tǒng)一管理。方案二地下分水閘管理難度較大，朱家溝水庫施工及運(yùn)行均需穿越朔黃鐵路，否則需另外修建入庫道路。朱家溝水庫如遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水，將帶來不必要的損失。

七是投資對(duì)比。方案一工程總投資47566萬元，方案二工程總投資60353萬元，方案一比方案二可節(jié)省12787萬元。

經(jīng)綜合比較，本次規(guī)劃推薦方案一，即采用龍泉水庫方案。