上官麗霞

（晉城市水利局水產(chǎn)站 山西晉城 048000）

1 沁水縣用水現(xiàn)狀

沁水縣位于山西省東南部，晉城市西北部，中條山東北，黃河支流沁河中游。沁水縣域現(xiàn)狀供水為區(qū)域供水，縣城范圍內(nèi)供水由自來水公司提供，目前為城市供水的市政給水水源分為截潛流自供水源和機(jī)井提水水源，供水形式為經(jīng)過消毒凈化后直供縣城供水管網(wǎng)，消毒凈化方式為二氧化氯發(fā)生器對(duì)水質(zhì)進(jìn)行消毒凈化?？h城用水均取用淺層水,易被污染，據(jù)近年來觀測，現(xiàn)有水源水位呈每年嚴(yán)重下降趨勢，各處淺層水源受污染情況較為普遍，各處地表水源井基本上都減少了一半，且由于為直供水，水中有輕微含沙現(xiàn)象；自備水井多,使用效率低,不利于水資源的利用和保護(hù)；部分給水管道管徑小且陳舊，不能滿足現(xiàn)用水量的需求。對(duì)縣城來說也存在水源和水質(zhì)問題，多用的是淺層水，水質(zhì)易被污染。供水安全性差，常因停電而停水。

鑒于以上背景，為適應(yīng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)飛速發(fā)展和人口不斷增長的需要，解決沁水縣城和周邊村鎮(zhèn)的用水問題已刻不容緩。

2 供需水量分析

根據(jù)計(jì)算結(jié)果：到2020年沁水縣城、周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民生活用水日用水量約為0.75萬m3,年用水量約為280萬m3。根據(jù)沁水縣的發(fā)展規(guī)劃，工業(yè)用水測算需水總量350萬m3，考慮污水處理后水的回用，不足部分引水補(bǔ)充，測算工業(yè)用水需補(bǔ)充水量220萬m3。根據(jù)上述測算結(jié)果，每年需從張峰水庫調(diào)水500萬m3，按每天抽水16 h計(jì)，從張峰水庫取水流量為0.237 m3/s，考慮水量損失，設(shè)計(jì)流量取0.25 m3/s。

3 引水線路比較

由于供水工程的特殊性，一般不得間斷供水，管線不宜少于2條，當(dāng)有安全貯水池或其它調(diào)蓄功能措施時(shí),也可建一條輸水管線，由于該工程位于山區(qū)，沿線山高溝深，溝谷狹窄。因此輸水線路方案主要考慮單管輸水線路的比較方案。

根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦吻闆r，選擇兩種路線方案：一種是在庫區(qū)取水，采用二級(jí)泵站取水的西線方案；另一種是在張峰水庫引水渠道孔必取水口取水至縣城蓄水池東線方案。兩方案的布置見圖1。

3.1 西線方案

3.1.1 線路設(shè)計(jì)

西線方案線路從張峰水庫庫區(qū)到沁水縣城蓄水池，沿線主要經(jīng)過的村莊有北彎村、料姜莊、張山凹林場、大尖山林場、石橋村、東莊村和柿園莊，輸水干管全長18.64 km，起點(diǎn)高程750 m，終點(diǎn)高程1050 m，地形揚(yáng)程300 m，實(shí)際最大高差333.8 m。樁號(hào)0-580～2+496輸水干管直徑0.6 m，地面高程從749.40 m提至903.80 m，起點(diǎn)設(shè)一級(jí)提水泵站，末端設(shè)調(diào)節(jié)池；樁號(hào)2+496～6+450輸水干管直徑0.6 m，地面高程從904.20 m提至1 083.80 m，起點(diǎn)設(shè)二級(jí)提水泵站，末端設(shè)調(diào)節(jié)池；樁號(hào)6+450～18+059輸水干管直徑0.6 m，地面高程從1084.20 m提至1 050 m，末端設(shè)3萬m3蓄水池。

圖1 線路比較圖

3.1.2 水頭損失計(jì)算

由于輸水管線揚(yáng)程較大，采用剛性較強(qiáng)的管道有利于管道抗壓、抗磨損。

式中：i—管道單位長度的水頭損失（水力坡降）；

R—水力半徑，R=D/4，m;

ν—管道流速，m;

n—管道的粗糙系數(shù)；取0.011；

D—管道直徑，m。

不同管徑每千米沿程損失計(jì)算見表1。

表1 每千米水頭損失計(jì)算表

從表1中可看出，管道水力坡降相差8.68倍，因此損失揚(yáng)程相差也大。由于工程輸水管線地形揚(yáng)程較大、干管地形總高差513.3 m，輸水管線長，因此管道沿程損失應(yīng)選擇損失小的管徑較合理，可降低揚(yáng)程，減少運(yùn)行成本費(fèi)，因此主管線確定管徑為DN600 mm，流速為0.885 m/s。西線管道總水頭損失為23.73 m。

3.2 東線方案

從張峰水庫引水渠道孔必取水口取水至沁水縣城蓄水池,沿線主要經(jīng)過的村莊有孔必、鄭莊、灣則、馬邑，輸水干管線路全長23.8 km，起點(diǎn)高程650 m，終點(diǎn)高程1 004 m，地形揚(yáng)程354 m，輸水干管直徑0.6 m，起點(diǎn)設(shè)1級(jí)加壓泵站，在縣城常家灣（20+365）處設(shè)2級(jí)加壓泵站，末端設(shè)3萬m3蓄水池。東線管道總水頭損失31.67m。

3.3 工程方案的確定

（1）西線方案的特點(diǎn)：地形相對(duì)復(fù)雜，管線所經(jīng)地段多為土石山林區(qū)，占用耕地少，因而征地費(fèi)用低，但砍伐樹木較多。該方案沿線所經(jīng)村莊小、人口少，施工對(duì)當(dāng)?shù)馗蓴_小。該方案沿線幾乎沒有什么建筑，在輸水線路上為了降低揚(yáng)程及管線長度，需打隧洞一處，洞長5 202 m（樁號(hào)6+500～11+702），增加了施工難度及費(fèi)用；但該線路布置可以解決沁水縣西北地區(qū)包括樊村河鄉(xiāng)在內(nèi)的大部分地區(qū)的吃水問題；從投資上看，西線方案的總投資為8 962.75萬元。

（2）東線方案的特點(diǎn)：此方案的總投資為9 289.84萬元。該方案線路沿線地形相對(duì)較開闊，泵站設(shè)置少，運(yùn)行管理費(fèi)用小，但該方案線路較長,線路沿線所經(jīng)村莊大、人口多，占用耕地多，因而征地費(fèi)用也相應(yīng)的較高；管線需多次跨越國道，還需穿過灣則水庫，施工對(duì)當(dāng)?shù)馗蓴_大，施工和協(xié)調(diào)都比較困難；該線路布置僅可以解決沁水縣及周邊村莊用水，要解決西北地區(qū)包括樊村河鄉(xiāng)在內(nèi)的大部分地區(qū)的吃水問題還需重新鋪設(shè)管道；最主要的制約因素是從張峰水庫渠道取水供水保證率低。

（3）方案確定：通過兩方案的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)比較，從沁水縣的長遠(yuǎn)發(fā)展考慮，認(rèn)為西線方案比較合理，便于施工，不影響工期，因此推薦此方案為工程實(shí)施方案。

4 選定線路提水泵站方案比較

取水泵站位置選在張峰水庫庫區(qū)，從目前已建的水庫取水工程并結(jié)合張峰水庫的實(shí)際情況來看，提水泵站方案比較了兩種：一種為岸邊固定式泵站取水；另一種為浮船泵站取水。

岸邊固定式泵站修建在岸邊水中，各種設(shè)施均固定設(shè)置，水泵安裝在最低設(shè)計(jì)水位以下，水泵負(fù)吸程運(yùn)行，水泵可自灌引水啟動(dòng)，從而大大提高了取水的可靠性，運(yùn)行管理方便。缺點(diǎn)是建筑面積大，在庫區(qū)施工難度也大；因泵房較深，水泵間通風(fēng)條件較差；檢修不便，工程造價(jià)高。

浮船泵站具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）既無復(fù)雜的水下工程，也無大量的土石方工程。船體既可在現(xiàn)場預(yù)制，也可由造船廠制造。施工簡便，工期較短。

（2）建筑材料和勞動(dòng)力少，基建費(fèi)用較低。

（3）適應(yīng)性能靈活性大。能隨水位漲落而升降；能適應(yīng)河道主流多變、河床變遷，或其他原因引起的取水點(diǎn)的變更；取水量發(fā)生變化時(shí)設(shè)備容易改裝；能適應(yīng)上馬快、供水要求迫切的工業(yè)、生活和農(nóng)業(yè)用水需要。

（4）便于引表層含沙量較低的水，且一次性投資也較低。浮船泵站取水也存在以下缺點(diǎn)：

（1）管理較麻煩。如隨著水位的漲落需要拆換接頭，移動(dòng)船位，收放纜繩和輸電線路。特別是洪水期間，操作頻繁，勞動(dòng)條件較差。采用搖臂式連絡(luò)管以后，操作管理得到改善，但在洪水期間需隨水位漲落經(jīng)常移動(dòng)錨鏈，仍感不便。

船體及其附屬設(shè)備的維修養(yǎng)護(hù)頻繁。鋼船水上部分每隔2年也需刷油防腐；鋼筋混凝土船雖維修較簡，但其附屬設(shè)備、上層建筑仍要定期檢修維護(hù)，都給運(yùn)行管理帶來不便。

（2）浮船泵站取水，即將水泵安裝在移動(dòng)泵車或浮船上，受岸邊地形條件的限制，其泵站裝置、進(jìn)出水管路等設(shè)施的設(shè)置難度很大，冬季引水時(shí)受冰凍影響很大，運(yùn)行可靠性較差。

由于本工程的用水戶主要為居民生活用水，供水保證率高，對(duì)取水的可靠性要求也高，結(jié)合庫區(qū)岸邊地形，設(shè)計(jì)采用岸邊固定式泵站作為本供水工程的取水方案。

5 管材的選擇

根據(jù)當(dāng)?shù)貤l件，輸水量及現(xiàn)有生產(chǎn)管材的材質(zhì)及工程區(qū)特點(diǎn)，主要選用了鋼管（SP）、球墨鑄鐵管（DIP）及預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）三種管材作為比選管材。

鋼管：作為灰鐵管的升級(jí)換代產(chǎn)品，具有延伸性能良好，不易破碎的優(yōu)點(diǎn)，但也有不可避免的缺點(diǎn)。鋼管的焊接接頭具有良好的防止脫落性，同時(shí)也增加了施工難度，焊接工作費(fèi)時(shí)費(fèi)力（定心、焊接、X射線檢查、涂漆），并且需要高度熟練的技術(shù)工人；焊接受自然氣象條件影響，雨天不能焊接，尤其是碰上驟雨時(shí)應(yīng)立即中斷焊接，等驟雨停了之后方可進(jìn)行焊接，但必須進(jìn)行加熱和除濕等工作，否則焊接的質(zhì)量很難保證，當(dāng)外界相對(duì)濕度增高，達(dá)到露點(diǎn)時(shí)，管身就會(huì)生露，必須進(jìn)行干燥；施工費(fèi)用昂貴：按1989年市政工程國家預(yù)算定額計(jì)算，鋼管的施工費(fèi)用是球鐵管施工費(fèi)的3倍?？紤]管材價(jià)格因素，球鐵管單位長度工程預(yù)算僅相當(dāng)于鋼管的3/5；無適應(yīng)性：接口處剛性太強(qiáng)，無撓度，不能適應(yīng)地形沉降；鋼管無配套管件，需現(xiàn)場焊接制造，不能進(jìn)行彎曲配管；抗腐蝕性能太差，需要昂貴的防腐費(fèi)用，根據(jù)國家有關(guān)資料表明，即使采用“三油兩布”防腐后，一般壽命不超過30年。

球墨鑄鐵管：作為灰鐵管、焊鋼管的升級(jí)換代產(chǎn)品，擁有許多灰鐵管和焊鋼管無法比擬的優(yōu)點(diǎn)：

球墨鑄鐵管具有鐵的本質(zhì)，鋼的性能：延伸率大于10，硬度小于等于230 HB，抗拉強(qiáng)度大于420 MPa，具有與鋼管媲美的抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、彈性系數(shù)；防腐性好：球墨鑄鐵管采用內(nèi)襯水泥或各種樹脂，外噴鋅涂瀝青進(jìn)行內(nèi)外防腐，從根本上解決了灰鐵管和鋼管無法解決的內(nèi)外防腐問題，使用單位無需采用任何防腐措施，并從根本上杜絕了水質(zhì)的二次污染；柔性接口形式，適應(yīng)性強(qiáng)：球墨鑄鐵管的連接方式采用承插式或法蘭式機(jī)械接口加橡膠密封圈，有良好的密封性、延伸性，具有較大的偏轉(zhuǎn)角3°～5°，能吸收因地基沉降而產(chǎn)生的應(yīng)力，避免管道破裂。安裝省時(shí)省力：該管材施工十分方便，不受天氣影響，不需要復(fù)雜設(shè)備，土方工程量小，無需工人具有高深的專業(yè)技術(shù)，安裝省時(shí)省力，節(jié)省了大量的安裝費(fèi)用。

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管：現(xiàn)場敷設(shè)方便，接口的抗?jié)B性能好，管材價(jià)格比金屬管便宜，因此已得到較多的采用。但管體自重較大，運(yùn)輸費(fèi)用高，對(duì)于較復(fù)雜的地形適應(yīng)性差。

根據(jù)本工程地形的特點(diǎn)，地面高差較大，且管線主要在土石山區(qū)，管道全部為壓力管道，所以選用承壓能力大，抗拉、抗彎強(qiáng)度大，防腐性好的球墨鑄鐵管管材。

6 結(jié)論

綜合以上方案比較，張峰水庫引水工程線路選用二級(jí)泵站提水的西線方案，取水泵站采用岸邊固定式泵站，管材選用球墨鑄鐵管管材。本工程的實(shí)施可以使沁水縣的用水現(xiàn)狀得到根本性的解決，減小對(duì)地下水的過度開采，提高地表水的利用率。