韓艷麗

(陜西省寶雞峽引渭灌溉管理局扶風(fēng)總站，陜西扶風(fēng)722200)

引漢濟(jì)渭受水區(qū)重點(diǎn)城市包括西安、寶雞、咸陽、渭南和楊凌區(qū)，西安是受水區(qū)最大的受水戶。西安是陜西省社會經(jīng)濟(jì)、政治中心，在整個關(guān)中城市群中具有重要的地位。故引漢濟(jì)渭工程中西安市的輸配水工程供水安全，對于整個關(guān)中地區(qū)的城市供水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全保障起著舉足輕重的作用。本文對西安市的供水安全保障工程措施和非工程措施進(jìn)行研究，以期為引漢濟(jì)渭工程關(guān)中受水區(qū)輸配水工程的供水安全保障工作提供理論和數(shù)據(jù)支持。

對受水對象而言，供水安全涵蓋充足的水源、滿足要求的水質(zhì)、可靠的凈水處理設(shè)施、安全穩(wěn)定的供水管網(wǎng)、先進(jìn)快捷的監(jiān)控技術(shù)手段，以及系統(tǒng)、靈活、快速、有效的事故應(yīng)急處理機(jī)制和科學(xué)高效的運(yùn)行管理體系等內(nèi)容［1］。引漢濟(jì)渭工程作為關(guān)中地區(qū)未來最主要的供水水源和輸配水網(wǎng)絡(luò)，其工程安全應(yīng)從研究引漢濟(jì)渭工程和當(dāng)?shù)氐乇硭暗叵滤垂こ痰穆?lián)合調(diào)度問題、引漢濟(jì)渭輸配水線路與當(dāng)?shù)毓┧€路配合問題、受水城市當(dāng)?shù)氐恼{(diào)蓄問題、引漢濟(jì)渭輸配水工程建筑物自身安全問題、管理運(yùn)行以及事故應(yīng)急預(yù)案等問題多方面綜合考慮。

1 多水源聯(lián)合調(diào)配

與引漢濟(jì)渭工程一同給西安市供水的水源主要包括當(dāng)?shù)氐叵滤?、?dāng)?shù)氐乇硭春突赜梦鬯?，這幾個水源的聯(lián)合調(diào)配才能為受水城市提供充足的水源。水源聯(lián)合調(diào)配主要通過水資源量的相互補(bǔ)充和必要的水力聯(lián)系來保證。

根據(jù)《引漢濟(jì)渭工程受水區(qū)水資源配置規(guī)劃報告》(可研階段)的相關(guān)成果，整個引漢濟(jì)渭工程受水區(qū)按照不同片區(qū)進(jìn)行各個水平年的水資源聯(lián)合調(diào)配。西安市2030年水資源聯(lián)合調(diào)配成果見表1。

表1 2030年西安市引漢濟(jì)渭工程供水與當(dāng)?shù)厮垂こ坦┧?lián)合調(diào)配成果表 單位:104m3

根據(jù)表1可知，西安當(dāng)?shù)氐乇硭?、地下水源和再生水的合計多年平均供水量約為6.40×108m3，引漢濟(jì)渭供水量為4.60×108m3，引漢濟(jì)渭工程供水量占總供水量的42%，由此可見引漢濟(jì)渭作為外調(diào)水源，占到城市可供水量的一半左右，在所有水源中居于絕對主導(dǎo)地位。一旦引漢濟(jì)渭水源不能保證，備用水源的問題顯得彌足重要。即如果引漢濟(jì)渭水源不能正常供水，當(dāng)?shù)厮刺貏e是地下水源，應(yīng)保證應(yīng)急用水。

因此，從水量上講，通過多水源聯(lián)合調(diào)配，引漢濟(jì)渭水源和當(dāng)?shù)厮葱纬闪艘欢ǖ南嗷溆藐P(guān)系。由于引漢濟(jì)渭引調(diào)的漢江水和關(guān)中地區(qū)的地表水同步性較高，漢江枯水年份同樣是關(guān)中地區(qū)的枯水年份，因此西安市枯水年份主要依靠開采地下水、加強(qiáng)再生水利用、實(shí)施節(jié)水措施等手段來補(bǔ)水。

水量上的相互備用關(guān)系不能完全保障水源的安全，還需工程上的水力聯(lián)系來實(shí)現(xiàn)。水力聯(lián)系主要從供水線路的連接、凈水廠之前的多水源供給來實(shí)現(xiàn)。

西安地表水源主要包括黑河金盆水庫、石砭峪水庫與引乾濟(jì)石工程、輞川李家河水庫等。主要供水工程為已成的曲江水廠和南郊水廠(雁翔路)。引漢濟(jì)渭輸水干管可以和兩水廠的進(jìn)水管就近連接，向水廠提供備用水源。規(guī)劃中的子午水廠、東南郊水廠、西南郊水廠、東郊水廠等大部分低于引漢濟(jì)渭輸水線路高程，本次規(guī)劃將位置較高的子午水廠作為引漢濟(jì)渭工程的受水點(diǎn)，即規(guī)劃水廠均可通過當(dāng)?shù)厮鸵凉h濟(jì)渭水源同時供給的方式實(shí)現(xiàn)水力聯(lián)系。

根據(jù)實(shí)地踏勘和調(diào)查，已成的西安市第一水廠到第六水廠基本為地下水水源，多處于建筑密集區(qū)，基本不具備改建為地表水處理工藝的占地條件。因此這幾個水廠的水源和引漢濟(jì)渭水源難以形成備用關(guān)系，其供水片區(qū)只能通過城區(qū)內(nèi)部管網(wǎng)的交叉來實(shí)現(xiàn)備用。

除了上述多水源供給水廠的水力聯(lián)系外，引漢濟(jì)渭渭南輸水干線和黑河西安輸水線路基本并行，同時二者高程基本接近，可以在合適的地段將兩個線路直接連通。引漢濟(jì)渭過渭段線路和石頭河引石過渭線路基本并行，其高程比引石過渭線路只低了3 m左右，同時石頭河水庫目前承擔(dān)著西安的供水任務(wù)，緊急情況下石頭河水庫可作為西安、咸陽的備用水源。因此可以通過引漢濟(jì)渭輸水線路和當(dāng)?shù)剌斔€路之間的水力連接實(shí)現(xiàn)水源的備用［2］。

2 受水城市當(dāng)?shù)卣{(diào)蓄工程

2.1 當(dāng)?shù)卣{(diào)蓄工程的任務(wù)

根據(jù)引漢濟(jì)渭工程可研階段的成果和審查機(jī)構(gòu)及專家的意見，確定工程規(guī)模時采用旬作為調(diào)節(jié)時段，旬和旬之間的水量調(diào)節(jié)通過調(diào)水工程的黃金峽和三河口水庫來完成。旬內(nèi)的水量調(diào)節(jié)應(yīng)該在受水區(qū)當(dāng)?shù)剡M(jìn)行調(diào)節(jié)，以適應(yīng)旬內(nèi)用水的變化。因此應(yīng)該在秦嶺北麓或各個受水城市就近尋找一定規(guī)模的調(diào)蓄工程。

根據(jù)引漢濟(jì)渭多水源聯(lián)合調(diào)節(jié)成果，調(diào)入受水區(qū)的流量過程變化較大，也需要在受水城市布設(shè)當(dāng)?shù)卣{(diào)蓄工程。對于分布范圍大、水廠分散的城市，應(yīng)盡可能分散建設(shè)調(diào)蓄工程。

引漢濟(jì)渭工程調(diào)水及輸水距離較長，關(guān)鍵性調(diào)蓄工程遠(yuǎn)在秦嶺以南，一旦輸水工程發(fā)生事故需要停水檢修，修復(fù)時間加上復(fù)供時間將達(dá)到數(shù)天之久，即便有當(dāng)?shù)厮纯梢赃M(jìn)行一定的補(bǔ)充和調(diào)蓄，受水區(qū)的供水安全仍將受到影響。因此也需要一定的當(dāng)?shù)卣{(diào)蓄容量。

另外，各個片區(qū)和城市的社會經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)存在一定的差異，導(dǎo)致其用水過程并不同步。因此當(dāng)?shù)氐恼{(diào)蓄容量可以為各個受水點(diǎn)提供一定的錯峰時差。

因此，受水點(diǎn)當(dāng)?shù)卣{(diào)蓄工程的任務(wù)就是在調(diào)水工程調(diào)蓄的基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行短期調(diào)蓄，在檢修時提供一定量的事故調(diào)蓄，同時為各個片區(qū)的不同步用水提供錯峰。

2.2 調(diào)蓄工程的規(guī)模及調(diào)蓄時間

旬內(nèi)調(diào)節(jié)容量應(yīng)當(dāng)根據(jù)受水區(qū)不同用戶的用水特征和用水過程線，以用水片區(qū)為單位進(jìn)行疊加計算。在本規(guī)劃階段，城市發(fā)展及工業(yè)區(qū)大多尚處于發(fā)展初期或規(guī)劃階段，其具體用水過程尚不明確。因此首先從事故搶修時間著手，初步估算所需的事故存水容量，然后根據(jù)周邊可供布置的工程條件和實(shí)際可能具備的調(diào)蓄容量，反推調(diào)蓄工程所能達(dá)到的調(diào)蓄時間［3］。

引漢濟(jì)渭輸配水工程主要由分水池、無壓隧洞、輸水暗涵、壓力管道、倒虹、泵站以及各種閘、閥、水泵等構(gòu)件組成。根據(jù)一般工程經(jīng)驗(yàn)，閘、閥、水泵等設(shè)備一般有備用設(shè)施，其搶修時間較短，一般數(shù)小時即可排除故障。輸水暗渠、暗涵的失事模式一般為滑坡、滲水、坍塌、陷坑等;搶修時間根據(jù)發(fā)生的地段長度及復(fù)雜程度而定，3～5 d基本可以完成搶修。輸水管道的失事模式一般為管道裂縫、管基不均勻沉陷、接頭漏水、震動等;一般1～2 d即可完成搶修。隧洞工程失事幾率一般較小，洞臉滑塌之類的事故一般2～3 d可以完成搶修。

引漢濟(jì)渭工程從秦嶺隧洞出口到西安的輸水距離約為72 km，按照1.5 m/s的平均流速計算，輸水干線工程修復(fù)后即便由黑河水庫臨時供水，復(fù)供時間分別約為13 h、18 h和30 h。因此西安的調(diào)蓄備用容量可按照6 d左右考慮，調(diào)蓄容量必須滿足停水期間本工程原來供給的城鎮(zhèn)生活水量加上重點(diǎn)生產(chǎn)水量的70%，西安市2030年引漢濟(jì)渭工程供水4.6 ×108m3，6 d調(diào)蓄容量至少為530 ×104m3。以上是根據(jù)事故停水時間估算的調(diào)蓄容量。當(dāng)然，當(dāng)?shù)氐恼{(diào)蓄容量越大越有利于供水保證程度的提高，更能保證事故檢修的時間、減少地下水的開采;同時可作為戰(zhàn)略儲備水源，具備應(yīng)對突發(fā)事件、恐怖事件的能力。

2.3 調(diào)蓄工程選址及運(yùn)行方式

調(diào)蓄工程位置的選擇包括現(xiàn)有水庫的擴(kuò)建、改建，以及建設(shè)新的調(diào)蓄水庫。輸配水每進(jìn)出一次調(diào)蓄水庫，水頭不可避免的要發(fā)生損失。因此調(diào)蓄工程在庫容接近的情況下，水位變幅越小越好，這樣有利于節(jié)省引漢濟(jì)渭輸水工程的水頭。如果引漢濟(jì)渭輸配水線路的水頭在受水點(diǎn)的附近沒有更多的富余，則輸配水工程在充蓄或泄放時將需要抽水解決。最理想的狀況是，當(dāng)有一定富余水頭的情況下，引漢濟(jì)渭輸水可以自流進(jìn)入調(diào)蓄工程，調(diào)蓄工程也可以自流進(jìn)入城市水廠。從調(diào)蓄工程與水廠之間的相對位置來講，調(diào)蓄工程距離水廠越近越有利于發(fā)揮作用;調(diào)蓄工程最好位于干線分水口的上游，這樣可避免布設(shè)在分水口下游出現(xiàn)逆向水流或另外新修輸水工程。從高程關(guān)系上講，調(diào)蓄工程略高于水廠，更有利于突發(fā)事件時的自流放水。

無論是先抽水進(jìn)入較高的調(diào)蓄工程，然后自流補(bǔ)充給水廠，還是反過來運(yùn)行，調(diào)蓄工程和水廠之間的高差較大時，可設(shè)置一定規(guī)模的電站對自流落差進(jìn)行一定的能量回收。

如果水廠附近現(xiàn)有的水庫具備調(diào)蓄容量，則可以利用現(xiàn)有工程進(jìn)行調(diào)蓄;如果沒有調(diào)蓄容量，也通過改變原有水庫的功能、運(yùn)行方式，通過置換或擴(kuò)建的方式騰出調(diào)蓄容量。

本次規(guī)劃的西安受水點(diǎn)水廠子午水廠高程較高。該水廠位于子午鎮(zhèn)北2～3 km處的平原處，距離秦嶺北麓山腳約5 km。附近的灃河、 河、 河等位于平原的河段多有村鎮(zhèn)分布，且經(jīng)過多年的圍堤改造，不具備在平原河段開發(fā)調(diào)蓄工程的條件。秦嶺北麓距離該水廠較近的河流較多，但大部分要么容量有限，要么已經(jīng)被等級公路、鄉(xiāng)鎮(zhèn)甚至軍工單位占據(jù)了有利地形。根據(jù)踏勘和圖上量算，子午峪、潭峪、皂峪、栗峪等幾條河道初步具備布置調(diào)蓄工程的地形條件。子午峪、潭峪河、皂峪河和栗峪河等庫容曲線見圖1～圖4，壩高、庫容和最大抽水揚(yáng)程見表2。

(1)子午峪

子午峪壩址位于子午鎮(zhèn)南偏西，峪口距離規(guī)劃的子午水廠最近，僅有5 km左右，目前峪口有小水庫一座?？梢詫υ髩芜M(jìn)行加固加高，設(shè)置調(diào)蓄庫容。其庫容曲線見圖1。

表2 子午峪、潭峪河、皂峪河和栗峪河庫容參數(shù)

圖1 子午水庫庫容曲線

根據(jù)庫容曲線，子午水庫壩高90 m時，庫容586×104m3，最大抽水揚(yáng)程約為217 m;壩高190 m時庫容可達(dá)到4076×104m3，最大抽水揚(yáng)程約為317 m。

(2)潭峪河

潭峪河壩址位于戶縣余下鎮(zhèn)惠安化工廠正南，調(diào)蓄管道接口位于西安輸水干線大約45+000處，距離子午水廠分水口26.8 km;該處輸水干線底板高程493 m。庫容曲線見圖2。

根據(jù)庫容曲線，潭峪水庫壩高95 m時，庫容約為530×104m3，最大抽水揚(yáng)程約為217 m;壩高110 m時，庫容為750×104m3，最大抽水揚(yáng)程約為232 m。

圖2 潭峪水庫庫容曲線

(3)皂峪河

皂峪河壩址位于戶縣石井鄉(xiāng)站馬村附近，調(diào)蓄管道接口位于西安輸水干線41+600處，距離子午分水口30.3 km;該處輸水干線底板高程494.75 m。庫容曲線見圖3。

根據(jù)庫容曲線，皂峪水庫壩高100 m時，庫容約為611×10m，最大抽水揚(yáng)程約為205 m。

圖3 皂峪河水庫庫容曲線

(4)栗峪河

栗峪河壩址位于戶縣石井鄉(xiāng)栗峪口村附近，調(diào)蓄管道接口位于西安輸水干線38+900處，距離子午分水口33 km;該處輸水干線底板高程495.54 m。庫容曲線見圖4。

圖4 栗峪河水庫庫容曲線

根據(jù)庫容曲線，栗峪水庫壩高90 m時，庫容約為530×104m3，最大抽水揚(yáng)程約為184 m;壩高110 m時，庫容約為895×104m3，最大抽水揚(yáng)程204 m。

(5)其他方案

利用石砭峪水庫、大峪水庫等已成工程，調(diào)整其原有功能，騰出西安所需的調(diào)蓄庫容。

對于以上西安周邊的幾個庫址方案，水庫位置均較高，需要抽水進(jìn)入水庫進(jìn)行調(diào)蓄;同時水庫均處于秦嶺河道內(nèi)，運(yùn)行期庫水位變幅較大，難免產(chǎn)生一定的水頭浪費(fèi)。更為理想的方案是在輸水干線以北的平原區(qū)設(shè)置水庫，盡量實(shí)現(xiàn)自流入庫、自流出庫，同時水庫水位變幅較小，運(yùn)行產(chǎn)生的水頭浪費(fèi)較小。因此，可以考慮在西安附近的灃河、灞河等較大河流的平原段設(shè)置調(diào)蓄水庫;也可以在適當(dāng)?shù)奈恢脤で蟮屯莸兀Y(jié)合城市濕地及水面工程布設(shè)調(diào)蓄工程。在灃河?xùn)|岸、歷史上的昆明池遺址附近建設(shè)西咸新區(qū)灃東新城斗門水庫，可承擔(dān)一定供水范圍的調(diào)蓄任務(wù)。

以上幾個工程方案基本能保證引漢濟(jì)渭工程供給西安部分水量至少6 d的用水應(yīng)急需求。

3 輸配水建筑物安全保障

輸配水建筑物的安全保障首先從其主要的風(fēng)險因子識別著手，并根據(jù)其影響大小制定相應(yīng)的安全保障措施。

3.1 風(fēng)險因子初步分析

參照長江科學(xué)院陳進(jìn)等人對南水北調(diào)中線工程的研究成果，調(diào)水工程系統(tǒng)可分為管理決策子系統(tǒng)、建筑物子系統(tǒng)、通信和控制子系統(tǒng)等三大塊［4］。引漢濟(jì)渭輸配水工程的主要風(fēng)險因子、影響對象和程度見表3。建筑物本身的安全度不夠、地震、地質(zhì)災(zāi)害是輸配水工程建筑物的主要風(fēng)險，其中建筑物安全度不夠的影響程度最大，因此建筑物的安全保障顯得尤為重要。

表3 引漢濟(jì)渭輸配水工程主要風(fēng)險因子表

3.2 建筑物安全保障的工程措施

(1)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)工程

輸配水線路關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)主要包括跨越河道及溝道處、地質(zhì)條件較差處、易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害處等。根據(jù)初步踏勘，本工程地質(zhì)條件相對較好，線路布設(shè)時也注意回避了可能發(fā)生滑坡、崩塌的地段，人口和建筑稠密處采用人為干擾較小的隧洞方式通過，因此工程的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)主要為河道交叉建筑物。本次規(guī)劃在輸配水管線通過較大的河道處普遍采用倒虹的形式進(jìn)行穿越，避免河道洪水對渡槽、橋倒等地表建筑物支承結(jié)構(gòu)的威脅;同時，根據(jù)對河道沖淤類型的初步判別，選取較大的埋深和防護(hù)措施，保證了建筑物的安全。另外，主要倒虹均采用雙管或多管輸水，形成互為備用關(guān)系［5］。

(2)連通工程

黃池溝～西安的輸水干線采用雙線布設(shè)(當(dāng)然也有口徑、斷面尺寸等綜合方面的考慮)，并每隔十幾公里設(shè)置一處連通管道和閘、閥;引漢濟(jì)渭線路和黑河西安供水線路并行段增設(shè)連通工程。通過增加輸水建筑物的相互關(guān)聯(lián)性，增加整個輸水系統(tǒng)的安全可靠性。此外，還可采取對重要建筑物進(jìn)行監(jiān)控、增加在線調(diào)節(jié)水庫的規(guī)模和個數(shù)等工程手段，增加輸配水系統(tǒng)的安全可靠性。但是工程措施需要增加一定的投資，減小工程風(fēng)險的同時，增加了經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的風(fēng)險［6］。

3.3 非工程措施

風(fēng)險涉及到工程技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、政策等多方面，因此非工程措施是減小、轉(zhuǎn)移輸配水工程系統(tǒng)風(fēng)險的最有效措施。除了對水源工程進(jìn)行有效水文預(yù)警測報以外，還可對受水區(qū)的來水情況進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)報，及時制定有效的調(diào)蓄計劃，加強(qiáng)洪水前的工程檢修等。

此外，非工程措施還包括定期巡視維護(hù)計劃、水資源聯(lián)合調(diào)度計劃、應(yīng)急供水計劃、相關(guān)用水政策、提高公眾關(guān)心程度及公眾對風(fēng)險的接收程度等內(nèi)容。

4 結(jié)論

(1)多水源聯(lián)合調(diào)度中，西安的地表水源主要包括黑河金盆水庫、石砭峪水庫與引乾濟(jì)石工程、輞川李家河水庫等。同時引漢濟(jì)渭西安、渭南輸水干線和黑河西安輸水線路基本并行且高程基本接近，可以在合適的地段將兩個線路直接連通完成輸水線路之間的水力連接實(shí)現(xiàn)水源的備用。并且由于引漢濟(jì)渭引調(diào)的漢江水和關(guān)中地區(qū)的地表水同步性較高，漢江枯水年份同樣是關(guān)中地區(qū)的枯水年份，因此西安市枯水年份主要依靠開采地下水、加強(qiáng)再生水利用、實(shí)施節(jié)水措施等手段來補(bǔ)水。

(2)本次規(guī)劃的西安受水點(diǎn)水廠為子午水廠，該水廠位于子午鎮(zhèn)北2 km～3 km處的平原處，附近的子午峪、潭峪、皂峪、栗峪等幾條河道初步具備布置調(diào)蓄工程的地形條件，并且高程方面滿足引漢濟(jì)渭輸水可自流進(jìn)入調(diào)蓄工程。

(3)建筑物的安全保障是引漢濟(jì)渭輸配水工程主要風(fēng)險因子表，建議采用工程措施如關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)工程和連通工程，以及非工程措施如對受水區(qū)的來水情況進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)報，及時制定有效的調(diào)蓄計劃，加強(qiáng)洪水前的工程檢修等保證建筑物的安全。

［1］陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院.陜西省引漢濟(jì)渭工程可行性研究報告:受水區(qū)水資源配置［R］.西安:陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院，2011.

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