引黃北干線左云供水工程輸水方案比選

郭天明

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

引黃北干線左云供水工程輸水方案比選

郭天明

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

引黃總干線從萬(wàn)家寨水庫(kù)引水，在下土寨設(shè)分水閘，分別向南北兩條干線輸水，北干線主要向朔州、大同供水。介紹了引黃北干線左云供水工程概況，通過(guò)對(duì)墻框堡水庫(kù)輸水方案、金沙灘水庫(kù)輸水方案、大梁水庫(kù)輸水方案進(jìn)行綜合比較，認(rèn)為采用大梁水庫(kù)輸水方案較為經(jīng)濟(jì)合理。

左云供水；輸水方案；引黃北干線

1 工程概況

山西省萬(wàn)家寨引黃入晉工程是解決太原、大同、朔州三地區(qū)水資源緊缺矛盾的大型跨流域調(diào)水工程，工程從黃河萬(wàn)家寨水利樞紐取水，由取水首部總干線、南干線、聯(lián)接段和北干線等四部分組成，工程設(shè)計(jì)引水流量48m3/s，年引水量12億m3。總干線從萬(wàn)家寨水庫(kù)引水，在下土寨設(shè)分水閘，分別向南、北兩條干線輸水。南干線主要向太原供水，設(shè)計(jì)輸水流量25.8m3/s，年引水量6.4億m3。北干線主要向朔州、大同供水，近期工程設(shè)計(jì)輸水流量11.8m3/s，年引水量2.96億m3；工程最終設(shè)計(jì)輸水流量22.2m3/s，年引水量5.6億m3。

2002年已完成總干線、南干線和聯(lián)接段向太原引水的第一期工程；2011年9月北干線建成并通水。左云供水工程年引水量3600萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)輸水流量1.2m3/s。工程輸水方案設(shè)計(jì)考慮三個(gè)方案，分別從北干線的墻框堡水庫(kù)、金沙灘水庫(kù)、大梁水庫(kù)引水，再分別通過(guò)各自的輸水線路將黃河水引至左云縣城東側(cè)的事故備用水庫(kù)（古城水庫(kù)）。

2 輸水方案

2.1 墻框堡水庫(kù)輸水方案

墻框堡水庫(kù)是北干線輸水線路末端的調(diào)節(jié)水庫(kù)，位于大同市南郊的墻框堡村附近，墻框堡至左云縣城地形基本上是山區(qū)及丘陵區(qū)。此方案從北干線墻框堡水庫(kù)入庫(kù)調(diào)節(jié)閥室后的出水池直接引水，出水池設(shè)計(jì)水位1035.88m，引水管中心高程1030.00m。首段設(shè)控制閥，閥后設(shè)一級(jí)加壓泵站，壓力管線向西北，將水流提至窯子坡村附近的山坡上，設(shè)置一級(jí)泵站出水池，設(shè)計(jì)水位1246.00m，泵送壓力鋼管直徑1200mm，長(zhǎng)7.572km；出水池后接無(wú)壓隧洞，長(zhǎng)3.643km，隧洞穿過(guò)七峰山，在同煤集團(tuán)白洞煤礦前出口；設(shè)置小倒虹（391m）穿越鐵路、公路和口泉河，在口泉河左側(cè)的空曠地設(shè)置二級(jí)加壓泵站，前池水位1240.00m，壓力管線翻越口泉山脈，穿過(guò)大斗溝，沿韓家窯溝上行至北羊路村附近的高地，設(shè)置二級(jí)泵站出水池，出水池水位1415.00m，泵送壓力鋼管直徑1200mm，長(zhǎng)5.667km；出水池后為重力流壓力管線，管線向西北經(jīng)過(guò)碾子溝村、段家小村，在高山鎮(zhèn)折轉(zhuǎn)向西南行，沿G109國(guó)道南側(cè)將黃河水送至左云縣城東北側(cè)的古城水庫(kù)，正常蓄水位1328.00m，重力流壓力輸水管線長(zhǎng)29.385km，采用直徑1200mm的球墨鑄鐵管。

2.2 金沙灘水庫(kù)輸水方案

金沙灘水庫(kù)是北干線上的一座調(diào)節(jié)水庫(kù)，位于朔州市懷仁縣新家園鄉(xiāng)尚希莊村南，此方案從北干線金沙灘水庫(kù)后輸水線路上預(yù)留的左云分水口引水。左云分水口位于金沙灘水庫(kù)出水口下游3.65km處，管中心高程1093.86m，設(shè)計(jì)水頭16m，引水段長(zhǎng)344m，采用直徑1200mm的球墨鑄鐵管，線路上設(shè)調(diào)節(jié)閥，閥后設(shè)一級(jí)加壓泵站，壓力管線沿兩狼山前的灘地向西北方向，至大峪口村西，順大峪河河道上行，至碗窯村設(shè)二級(jí)加壓泵站，壓力管線經(jīng)過(guò)吳家窯鎮(zhèn)，沿大峪河河道上行，經(jīng)黃家店、四十里莊，至莊家店村東南設(shè)三級(jí)加壓泵站；壓力管線在莊家店村西北偏離大峪河，經(jīng)南辛窯至馬道頭鄉(xiāng)西南部設(shè)三級(jí)加壓泵站出水池；出水池后為重力流輸水線路，線路穿過(guò)源子河，沿源子河右岸西行，繞南紅崖村南，在村西折轉(zhuǎn)向北行，經(jīng)屯軍莊，穿十里河上游、過(guò)南酸線公路北行，在南京莊村南行至S210省道，沿公路西側(cè)北行至陳家堡村北穿公路，繞左云縣城，將黃河水送至左云縣城東北側(cè)的事故備用水庫(kù)（古城水庫(kù)）。

2.3 大梁水庫(kù)輸水方案

大梁水庫(kù)輸水方案利用完建的平魯?shù)叵卤谜緭P(yáng)水至大梁水庫(kù)，通過(guò)大梁水庫(kù)放空洞后，采用有壓PCCP埋管結(jié)合無(wú)壓隧洞重力輸水至左云。供水工程包括平魯?shù)叵卤谜?、大梁水?kù)、PCCP有壓埋管、無(wú)壓隧洞及事故備用水庫(kù)五部分。

大梁水庫(kù)位于朔州市平魯區(qū)井坪鎮(zhèn)西北，是北干線上最大的一座調(diào)節(jié)水庫(kù)。主要任務(wù)是保證每年八九月停止從萬(wàn)家寨水庫(kù)引水期間向朔州、山陰、懷仁及大同供水區(qū)不間斷供水?？値?kù)容2260萬(wàn)m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容1748萬(wàn)m3，最大壩高26m，壩軸線長(zhǎng)1145m。正常蓄水位1398.26m，死水位（最低蓄水位）1385.00m。大梁水庫(kù)建筑物主要由主壩、進(jìn)水塔、放空洞、交通橋等組成。大壩為黃土心墻砂礫料混合壩，放空洞為壓力洞，位于主壩右岸，放空洞最大泄量37.46m3/s，由進(jìn)口引渠、進(jìn)水塔、壓力隧洞、出口閘閥室、消力池、出口放水渠及交通橋組成。

有壓PCCP線路從大梁水庫(kù)放空洞出口閘閥室起，采用直徑1400mm的PCCP管道沿東北方向在向陽(yáng)堡附近折向趙莊，沿源子河（大沙溝）經(jīng)韓家窯穿越馬家河至右岸灘地，沿馬家河向北穿越西短川平右公路至馬家河村折向西北至下柳溝村后折向東北至李官屯村西隧洞進(jìn)口。無(wú)壓隧洞線路自下窯子村對(duì)面隧洞進(jìn)口向北至西州里繞過(guò)右玉元堡子煤礦后，折向東北經(jīng)李頂窯村在南八里村出山體后以豎井型式接2號(hào)直徑1200mm的PCCP埋管至左云縣城附近的事故備用水庫(kù)。

3 方案比較

3.1 墻框堡水庫(kù)輸水方案

該方案輸水線路總長(zhǎng)46.66km，主要建筑物有加壓泵站2座，泵站地形總揚(yáng)程386m，設(shè)計(jì)總揚(yáng)程433m，泵送壓力鋼管直徑1200mm，長(zhǎng)13.239km；隧洞1座，長(zhǎng)3.643km，斷面為城門洞型，凈寬2.5m，凈高3m；穿越鐵路、河流小倒虹1座，長(zhǎng)391m；重力流壓力輸水管線1條，長(zhǎng)29.385km，采用直徑1200mm的球墨鑄鐵管；末端事故備用水庫(kù)1座，總庫(kù)容80萬(wàn)m3。2座加壓泵站均安裝4臺(tái)臥式雙級(jí)雙吸離心泵機(jī)組，3臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用，設(shè)計(jì)揚(yáng)程235m/198m，單機(jī)設(shè)計(jì)流量0.4m3/s，單機(jī)容量1400kW/1250kW，總裝機(jī)容量5600kW/5000kW。

該方案工程總工期2.5年，其優(yōu)點(diǎn)是：輸水線路最短，僅46.66km，隧洞短，僅3.643km；施工工期較短，為2.5年；靜態(tài)總投資較少，85857.84萬(wàn)元。該方案輸水線路后段沿十里河河道右岸鋪設(shè)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，線路在云崗上游舊高山附近預(yù)留分水口，每年可向十里河、云崗一帶分水，以備河流生態(tài)及不時(shí)之需。缺點(diǎn)是：泵站地形揚(yáng)程較高386m，年管理運(yùn)行費(fèi)較高，達(dá)4250萬(wàn)元；成本水價(jià)最高，為3.05元/m3；該方案輸水線路主要布設(shè)在山區(qū)、丘陵區(qū)，地形地質(zhì)條件比較復(fù)雜，有長(zhǎng)25.23km的輸水線路穿行在煤礦區(qū)及采空區(qū)，其中隧洞穿越段長(zhǎng)1.9km。因本階段未進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘測(cè)工作，對(duì)工程區(qū)域內(nèi)采空區(qū)的界限及需要處理的范圍暫按目前所收集資料估約，采空區(qū)處理費(fèi)用按類似工程估算。

3.2 金沙灘水庫(kù)輸水方案

該方案輸水線路總長(zhǎng)47.59km，均采用管道鋪設(shè)，主要建筑物有加壓泵站3座，地形總揚(yáng)程430m，設(shè)計(jì)總揚(yáng)程504m，泵送壓力管線長(zhǎng)23.954km，采用直徑1200mm的鋼管；重力流壓力輸水管線1條，長(zhǎng)23.293km，采用直徑1200mm的球墨鑄鐵管；末端事故備用水庫(kù)1座，總庫(kù)容80萬(wàn)m3。3座加壓泵站均安裝4臺(tái)臥式雙級(jí)雙吸離心泵機(jī)組，3臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用，運(yùn)行揚(yáng)程176m/178m/150m，單機(jī)設(shè)計(jì)流量0.4m3/s，單機(jī)容量1120kW/1120kW/900kW，總裝機(jī)容量4480kW/4480kW/3600kW。

該方案工程總工期2.0年，其優(yōu)點(diǎn)是：輸水線路較短，僅47.59km，無(wú)隧洞，全線采用管道輸水；施工工期較短，為2.0年；靜態(tài)總投資最少，75707.41萬(wàn)元。缺點(diǎn)是：泵站地形揚(yáng)程最高，達(dá)430m，年管理運(yùn)行費(fèi)最高，為4948萬(wàn)元；成本水價(jià)較高，為2.98元/m3；該方案輸水線路需穿越兩狼山，經(jīng)過(guò)地形圖上的研究和實(shí)地查看，將輸水線路布設(shè)在大峪河河道灘地內(nèi)較為合理，但沿線建筑物需做好防洪處理，并需加強(qiáng)汛期安全檢查。該方案還有23.3km的輸水管道未能避開(kāi)煤礦及采空區(qū)。因本階段未進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘測(cè)工作，對(duì)工程區(qū)域內(nèi)采空區(qū)的界限及需要處理的范圍暫按目前所收集資料估約。

3.3 大梁水庫(kù)輸水方案

該方案利用完建的平魯?shù)叵卤谜咎崴斔€路總長(zhǎng)77.32km，布置有2條有壓埋管，其中管徑1400m的PCCP埋管長(zhǎng)39.67km，管徑1200mm的PCCP埋管長(zhǎng)9.50km；無(wú)壓隧洞長(zhǎng)28.15km，隧洞斷面采用馬蹄形，內(nèi)徑2m；末端事故備用水庫(kù)1座，總庫(kù)容80萬(wàn)m3。地下泵站安裝5套臥式單級(jí)雙吸離心式水泵電動(dòng)機(jī)組（3套運(yùn)行，2套備用），水泵單機(jī)流量0.88m3/s，設(shè)計(jì)揚(yáng)程137m，單機(jī)容量1700kW，總裝機(jī)8500kW。

該方案工程總工期4年，其優(yōu)點(diǎn)是：在北干線近期工程的基礎(chǔ)上增加了3600萬(wàn)m3的供水能力；利用已建的平魯泵站提水至大梁水庫(kù)，然后自流輸水至左云；泵站地形揚(yáng)程最低，為137m，年管理運(yùn)行費(fèi)最低，為2119萬(wàn)元；成本水價(jià)最低，為2.68元/m3；輸水線路避開(kāi)了煤礦及采空區(qū)。缺點(diǎn)是：輸水線路最長(zhǎng)，達(dá)77.32km，隧洞最長(zhǎng)，達(dá)28.15km；施工工期最長(zhǎng)，為4年；靜態(tài)總投資最高，達(dá)94120.18萬(wàn)元。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)綜合比較，墻框堡水庫(kù)輸水方案增加了3600萬(wàn)m3的供水能力；金沙灘水庫(kù)輸水方案輸水線路基本避開(kāi)了煤礦及采空區(qū)；大梁水庫(kù)輸水方案工程運(yùn)行費(fèi)用低。雖然大梁水庫(kù)輸水方案投資較大，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)運(yùn)行管理來(lái)看較為經(jīng)濟(jì)；雖然工期較長(zhǎng)，但考慮主要大用水戶——中海油集團(tuán)目前仍在規(guī)劃設(shè)計(jì)中，供水工程若盡早安排實(shí)施，工期對(duì)其經(jīng)濟(jì)效益的影響不會(huì)太大。故最終確定該工程采用大梁水庫(kù)輸水方案為推薦方案。

TV674

C

1004-7042（2016）01-0032-02

郭天明（1979-），男，2003年畢業(yè)于太原理工大學(xué)水利工程專業(yè)，工程師。

2015-11-14；

2015-12-17