沈麗妍

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

重力自流與加壓供水方式在引水工程中的比選

沈麗妍

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

遵化市般若院水庫(kù)至工業(yè)園區(qū)引水工程主要是為工業(yè)園區(qū)提供工業(yè)用水。依據(jù)工程規(guī)模、水源及引水線(xiàn)路，提出重力自流及泵站加壓兩種供水方案，并從經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、土地占用、動(dòng)力資源、施工條件與建設(shè)周期等方面綜合比選，確定最優(yōu)供水方案，從而解決工業(yè)園區(qū)用水問(wèn)題。

般若院水庫(kù)；重力自流；泵站加壓；綜合比選；節(jié)約能源

1 工程背景［1］

遵化市工業(yè)園區(qū)位于遵化城區(qū)東部，地處京、津、唐、承、秦腹地核心位置，屬于京津唐“一小時(shí)經(jīng)濟(jì)圈”范圍。承唐高速、清東陵高速貫穿城市南北、東西，市區(qū)設(shè)有8個(gè)高速出口，西距北京158km，西南距天津（濱海新區(qū)）175km，南距唐山市區(qū)70km（曹妃甸港155km），北距承德175km，東南距秦皇島150km，是唐山地區(qū)承接京津產(chǎn)業(yè)、資金、人才梯度推移的重要橋頭堡，具有接受環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)區(qū)輻射的優(yōu)勢(shì)。

隨著遵化市工業(yè)園區(qū)的不斷發(fā)展，園區(qū)內(nèi)企業(yè)新建項(xiàng)目不斷開(kāi)工建設(shè)，特別是港陸公司節(jié)能項(xiàng)目煤氣綜合利用二期、三期、四期工程，回轉(zhuǎn)窯替代白灰堅(jiān)窯項(xiàng)目、清潔環(huán)保型全能量回收焦電一體化項(xiàng)目、冷軋項(xiàng)目等項(xiàng)目開(kāi)工，用水量不斷增大，當(dāng)?shù)厮匆巡荒軡M(mǎn)足工業(yè)用水，嚴(yán)重制約著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，必須研究新的供水方案。

2 工程規(guī)模

2.1 工業(yè)園區(qū)用水規(guī)模

根據(jù)工業(yè)園區(qū)年度用水計(jì)劃，目前其需水量1750萬(wàn)m3，供水水源部分來(lái)自供水公司，部分為地下水。隨著園區(qū)的發(fā)展，預(yù)計(jì)2020年需水量將不小于2000萬(wàn)m3。

2.2 來(lái)水量

根據(jù)2005年 《遵化熱電廠(chǎng)二期工程2×300MW供熱機(jī)組水資源論證報(bào)告》，般若院水庫(kù)水庫(kù)多年平均徑流量3130萬(wàn)m3。不同水平年徑流量如表1。

表1 不同保證率徑流成果 單位：萬(wàn)m3

2.3 供需水量

為合理確定工程規(guī)模，分別采用典型年調(diào)節(jié)和長(zhǎng)系列多年調(diào)節(jié)計(jì)算對(duì)水庫(kù)可供水量進(jìn)行分析。

2.3.1 典型年調(diào)節(jié)計(jì)算

根據(jù)典型年水庫(kù)興利調(diào)節(jié)計(jì)算結(jié)果，扣除不同保證率下水庫(kù)蒸發(fā)滲漏損失量和管網(wǎng)損失量 （取來(lái)水量的10%）及水庫(kù)下游沙河河道生態(tài)用水（多年平均徑流量313萬(wàn)m3，均勻放水）后，不同水平年可供水量成果如表2。多年平均可供水量990萬(wàn)m3。

表2 不同水平年供水量成果

2.3.2 長(zhǎng)系列調(diào)節(jié)計(jì)算

根據(jù) 《河北省唐山市般若院水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》，般若院水庫(kù)1973～2001年28年間還原后的天然徑流系列，扣除規(guī)劃水平年2020年水庫(kù)上游用水，使用長(zhǎng)系列興利調(diào)節(jié)計(jì)算可得，滿(mǎn)足規(guī)劃水平年工業(yè)園區(qū)2000萬(wàn)m3用水，水庫(kù)設(shè)計(jì)保證率46%，多年平均可供工業(yè)園區(qū)水量1552萬(wàn)m3。

長(zhǎng)系列調(diào)節(jié)計(jì)算，供水保證率與典型年相當(dāng)，因水庫(kù)有一定的多年調(diào)節(jié)作用，多年平均供水量要高于典型年計(jì)算結(jié)果。考慮長(zhǎng)系列調(diào)節(jié)計(jì)算中所用系列為1973～2001年，未包含2002～2016年較多的枯水年，成果偏大，保守起見(jiàn)，興利調(diào)節(jié)計(jì)算推薦采用典型年調(diào)節(jié)計(jì)算成果。

2.4 引水管道規(guī)模的確定

根據(jù)典型年興利調(diào)節(jié)計(jì)算結(jié)果，水庫(kù)95%保證率時(shí)的供水量只有99萬(wàn)m3，75%保證率時(shí)只有935萬(wàn)m3，50%保證率時(shí)為1984萬(wàn)m3，多年平均供水量990萬(wàn)m3，即水庫(kù)枯水年和特枯水年水庫(kù)的可供水量都遠(yuǎn)小于工業(yè)園區(qū)需水，平水年可基本滿(mǎn)足用水要求。

鑒于引水工程不是工業(yè)園區(qū)的唯一水源，同時(shí)為了充分利用地表水，減少、控制地下水的開(kāi)采，本工程的供水保證率適當(dāng)降低，工程規(guī)模按工業(yè)園區(qū)需水量確定，年供水量2000萬(wàn)m3，管道設(shè)計(jì)流量0.69m3/s，供水保證率為50%。

3 工程線(xiàn)路

目前遵化市港陸公司蓄水池存蓄能力為3萬(wàn)m3，只能維持30h的正常供水，為提高工業(yè)園區(qū)內(nèi)事故保障率和供水調(diào)度的靈活性，般若院水庫(kù)至工業(yè)園區(qū)引水工程按鋪設(shè)2根管道設(shè)計(jì)。

經(jīng)對(duì)引水管線(xiàn)路多次踏勘，本工程引水管線(xiàn)自般若院水庫(kù)放水洞開(kāi)始，后沿沙河埋設(shè)管道，于上石河村和下石河村中間向東埋設(shè)至上港村西，入雙城河后，繼續(xù)向南敷設(shè)，穿越邦寬線(xiàn)至下港村，最后接入港陸鋼鐵公司工業(yè)園區(qū)。

4 工程管材

目前長(zhǎng)距離輸水工程大都在鋼管、球墨鑄鐵管、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管、玻璃鋼管等方面選擇。

本工程敷設(shè)條件大多位于河道內(nèi)，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管價(jià)格雖然較低，但該管材較重、運(yùn)輸困難，且周邊地區(qū)生產(chǎn)企業(yè)較少，不予推薦；玻璃鋼管對(duì)于管道埋設(shè)基礎(chǔ)和回填材料要求較高，不予推薦；鋼管具有管材重量輕、強(qiáng)度高、管道接口精度高、對(duì)各種地形和地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)、運(yùn)輸及施工相對(duì)較容易的優(yōu)點(diǎn)，球墨鑄鐵管具有優(yōu)越的耐久性能、防腐性能、承壓性能、抗震能力和密封性能，綜合比選鋼管和球墨鑄鐵管可作為本工程推薦管材。

本工程引水管線(xiàn)大部分沿沙河和雙城河敷設(shè)，考慮鋼材價(jià)格處于上漲趨勢(shì)，通過(guò)鋼管［2］和球墨鑄鐵管［3］比選計(jì)算，并考慮施工安裝及工程進(jìn)度的要求，確定取水頭部連接管線(xiàn)及下石河村東北局部山包處管線(xiàn)采用給水涂塑鋼管；其余管段均采用內(nèi)自錨式球墨鑄鐵管。

5 工程方案

本工程難點(diǎn)在于對(duì)管線(xiàn)中途下石河村東北山包局部高點(diǎn)水壓如何解決的問(wèn)題。初步考慮重力自流和取水首端設(shè)置泵站加壓2種方案。

5.1 重力自流

本方案自般若院水庫(kù)放水洞開(kāi)始，結(jié)合已建進(jìn)水閘閘室，工程管線(xiàn)起始于已鋪設(shè)的DN900輸水管線(xiàn)，沿沙河、雙城河敷設(shè)后，最后接至工業(yè)園區(qū)規(guī)劃清水池內(nèi)。取水頭部最高設(shè)計(jì)水位101.66m，最低設(shè)計(jì)水位90.7m；鋼廠(chǎng)水池水位62m，兩端存在29～40m可利用水頭，但管線(xiàn)中途下石河村東北山包局部高點(diǎn)地形高程94m。為充分利用起始端水位差，又考慮工程整體水壓，采用謝才公式進(jìn)行水力計(jì)算，重力引水管道采用DN800球墨鑄鐵管，管道壓力等級(jí)選用1.0MPa。

工程采用DN800引水管道，由設(shè)計(jì)水壓線(xiàn)可知，為保證中途下石河村東北山包局部高點(diǎn)管段0.02MPa的富裕水頭，管道中心高程確定為81.0m，需對(duì)該處山體采取隧洞穿管或深開(kāi)挖工程措施。

5.1.1 隧洞工程

根據(jù)水壓線(xiàn)要求，管道中心高程81.0m，則設(shè)計(jì)隧洞洞底高程80m，隧洞長(zhǎng)1000m，隧洞最大挖深12m。經(jīng)對(duì)局部高點(diǎn)樁號(hào)K4+500～K4+780段地質(zhì)情況進(jìn)行勘察，該地段地面高程87.0～94.0m，地表為第四系全新統(tǒng)壤土覆蓋，其下為紅黏土、全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗片麻巖。針對(duì)隧洞沿線(xiàn)土壤性質(zhì)、巖性條件進(jìn)行分析，此地段成洞比較困難，不具備成洞的有利條件。

5.1.2 深開(kāi)挖工程

樁號(hào)K4+500～K4+780段，勘探期間鉆孔穩(wěn)定地下水位高程76.3m，設(shè)計(jì)地下埋管高程81.0m，地下水位低于引水管道。埋管施工采用先開(kāi)挖再回填的方法，開(kāi)挖深度6～12m，臨時(shí)開(kāi)挖邊坡1∶0.75～1∶1.0。高程87.0m設(shè)馬道，左側(cè)馬道寬2.0m，右側(cè)馬道寬8.0m，兼作施工道路。臨時(shí)邊坡開(kāi)挖過(guò)程中應(yīng)保持干場(chǎng)作業(yè)。

經(jīng)分析，對(duì)局部地形高點(diǎn)采用深開(kāi)挖工程措施。

5.2 泵站加壓

本方案自般若院水庫(kù)放水洞開(kāi)始，將已建DN900的輸水管線(xiàn)延伸鋪至取水首端設(shè)置的新建加壓泵站進(jìn)水池，原水經(jīng)泵站加壓后至工業(yè)園區(qū)規(guī)劃清水池內(nèi)。

當(dāng)管材確定后，管徑的選擇直接影響工程投資和年電耗。對(duì)于加壓管道，采用最小年值分析確定經(jīng)濟(jì)管徑。管道輸送相同流量時(shí)，管徑越小一次性投資越小，但運(yùn)行動(dòng)力費(fèi)用升高；管徑越大一次性投資越大，但運(yùn)行動(dòng)力費(fèi)用降低。輸送流量0.69m3/s時(shí)，確定經(jīng)濟(jì)管徑為DN700。

為保證中途下石河村東北山包不進(jìn)行深開(kāi)挖，即能滿(mǎn)足引水管線(xiàn)有0.02MPa的富裕水頭。通過(guò)水力計(jì)算，泵站揚(yáng)程［5］18.50m。兼顧泵站適應(yīng)流量變化和投資兩方面因素，加壓泵站選用S300-250-280型離心泵4臺(tái)，3臺(tái)工作、1臺(tái)備用。加壓泵站水泵性能參數(shù)如表3。

表3 加壓泵站性能參數(shù)

5.3 工程方案比較

通過(guò)對(duì)兩種方案基建投資和年經(jīng)營(yíng)費(fèi)用進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，除了經(jīng)濟(jì)指標(biāo)外，還包括土地占用、動(dòng)力資源、施工條件與建設(shè)周期、原有設(shè)施利用程度等內(nèi)容，從而確定工程最優(yōu)方案。

5.3.1 重力自流方案

本方案優(yōu)點(diǎn)為可充分利用般若院水庫(kù)與工業(yè)園區(qū)清水池水位高差，實(shí)現(xiàn)重力自流，從而節(jié)省動(dòng)力費(fèi)用；缺點(diǎn)是為保證管線(xiàn)中途下石河村東北山包高點(diǎn)處有足夠的水壓，埋設(shè)該段的管道必須進(jìn)行深開(kāi)挖，最大處可達(dá)12m，造成土石方大量開(kāi)挖，臨時(shí)占地增多。

5.3.2 泵站加壓方案

本方案優(yōu)點(diǎn)為設(shè)置加壓泵站提水后，管線(xiàn)不需進(jìn)行深度開(kāi)挖，即可保證中途下石河村東北山包高點(diǎn)處有足夠水壓。另外，通過(guò)設(shè)于泵站處的超越管線(xiàn)：當(dāng)般若院水庫(kù)達(dá)到正常蓄水位103.66m，能滿(mǎn)足工業(yè)園區(qū)5.6萬(wàn)m3/d重力自流供水。缺點(diǎn)是設(shè)置加壓泵站后，造成永久占地費(fèi)用、泵站運(yùn)行電費(fèi)和管理維護(hù)費(fèi)用增加，后期水價(jià)成本也較自流供水增高。

5.4 工程方案選擇

重力自流方案總投資略高于泵站加壓方案，但若采用泵站加壓方案，需增加泵站的永久占地，后期也需增加對(duì)泵站的管理維護(hù)，工程運(yùn)行電費(fèi)和水價(jià)成本也較自流供水增高。綜上所述工程采用重力自流方案。

6 結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)距離引水工程方案選擇中，保證給水管道輸水暢通、運(yùn)行可靠的前提下，經(jīng)濟(jì)合理的方案尤為重要。從節(jié)約能源的角度考慮，首先選取重力自流供水方案。

［1］河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.般若院水庫(kù)至工業(yè)園區(qū)引水工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.2016.

［2］CECS141—2002，給水排水工程埋地鋼管管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程［S］.

［3］CECS142—2002，給水排水工程埋地鑄鐵管管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程［S］.

［4］GB50013—2006，室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［5］GB/T 50265—2010，泵站設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

（責(zé)任編輯：尹健婷）

The com parison and selection of gravity flow and pressurized water supply in the water diversion project

SHEN Li-yan
（HebeiResearch Institute of Investigation＆Design ofWater Conservancy＆Hydropower，Tianjin 300250，China）

Thewater diversion project from Banruoyuan Reservoir to Industrial Park in Zunhua city ismanly provide industrial water to the industrial park.According to the engineering scale，water source and water diversion lines，the author put forward two water supply schemes：gravity flow and pumping pressurized.Through comprehensive comparison，the optimal scheme of water supply is determined from economic indicators，land use，power resources，construction conditions and construction cycle，finally the problem of industrialwater is solved.

Banruoyuan Reservoir；gravity flow；pumping pressurized；comprehensive comparison；energy saving

TU991.3

B

：1672-9900（2017）04-0089-04

2017-05-08

沈麗妍（1979-），女（漢族），河北定州人，工程師，主要從事給水排水設(shè)計(jì)工作，（Tel）13821365437。