(1.中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，天津 300222; 2.杭州水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司唐山分公司，河北 唐山 063000)

隨著當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，以及各類用水行業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，地區(qū)性缺水問題日益嚴(yán)重。且由于天然降水時(shí)空不均，造成不同流域間的水量豐沛與緊缺差距大，缺水地區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境以及居民生活均受水資源的制約。水資源問題已經(jīng)成為制約人類21世紀(jì)生存與可持續(xù)發(fā)展的瓶頸因素，水資源分布不均勻性與人類社會(huì)需水不均衡性的客觀存在使得調(diào)水成為必然，采用跨流域、跨地區(qū)調(diào)水的方法，重新分配水資源，是緩和乃至解決地區(qū)缺水問題的迫切需要。在調(diào)水工程設(shè)計(jì)中，輸水方式與線路的選擇，對(duì)工程建設(shè)難度以及投資的影響較大，以此，對(duì)其進(jìn)行方案比選也是十分必要的。

1 項(xiàng)目介紹

本案例工程位于四川省瀘州市納溪區(qū)，涉及野鹿溪河、清溪河兩條河流。為了保證馬廟水庫下游河道——野鹿溪河生態(tài)用水及灌溉用水需求，實(shí)施了自清溪河至馬廟水庫的補(bǔ)水工程。此引水工程取水口位于清溪河象鼻嘴處，終點(diǎn)為馬廟水庫學(xué)堂溝支溝(野鹿溪河上游)，調(diào)水管道全長約6km，年均共計(jì)從清溪河引入毛水量600萬m3，鋪設(shè)1條DN600輸水管道，引水流量約0.231m3/s。管線于天堂村附近山脊高位處建調(diào)節(jié)水池1座。

2 輸水方式選擇

輸水方式可分為重力流輸水和加壓輸水兩大類，而根據(jù)線路與地面線關(guān)系，可分為地下式(暗渠、管道、隧洞)和地表式(明渠)。明渠及暗渠輸水一般為重力流輸水，而管道輸水、隧洞輸水一般為有壓輸水。采用壓力管道輸水還是明渠重力流輸水，則應(yīng)根據(jù)輸水線路的水頭線情況、水源安全情況、災(zāi)害的影響、投資經(jīng)濟(jì)性以及施工條件等因素綜合確定。當(dāng)輸水線路水頭線為正時(shí)，可采用明渠或暗渠(管)等重力流輸水；當(dāng)輸水線路地形復(fù)雜、起伏大且水頭線為負(fù)時(shí)，一般采用加壓管道輸水方式。

各種輸水方式有其不同的優(yōu)缺點(diǎn)及適用性。明渠輸水存在滲漏量大、自然蒸發(fā)耗損量大以及跑冒現(xiàn)象嚴(yán)重，其輸水量不易保證；輸水過程中，水質(zhì)易受到污染；渠道斷面往往較大，造成永久性占地多；受地形地質(zhì)條件影響大等問題。隧洞與渠道相比，可縮短輸水路線，避開沿線地表不利的地形及地質(zhì)條件，同時(shí)隧洞安全保障性也較高；但隧洞對(duì)地質(zhì)條件、施工技術(shù)及機(jī)械化的要求較高，工期較長，投資較大。而管道輸水具有蒸發(fā)滲漏損失小、占地少、水源水質(zhì)安全度高，且施工方便、后期運(yùn)行管理便捷等優(yōu)點(diǎn)。

案例項(xiàng)目特點(diǎn)是：工程項(xiàng)目地處川南盆地邊緣，地形復(fù)雜，管道沿線高低起伏較大；調(diào)水起點(diǎn)高程低而終點(diǎn)高程高。根據(jù)測(cè)量成果，起點(diǎn)取水口設(shè)計(jì)高程約376m(采用1985年國家高程基準(zhǔn)，下同)，終點(diǎn)受水處高程為437.5m，高程差為61.5m。管線中間還需翻越山脊制高點(diǎn)(高程約490m)，輸水線路水頭線為負(fù)，無法采用重力流輸水，因此必須建設(shè)加壓泵站，采用壓力管道進(jìn)行輸水。所以項(xiàng)目最終確定的輸水方式為加壓管道輸水，其施工便捷，安全有保障，且符合國家大力倡導(dǎo)節(jié)能降耗、建設(shè)節(jié)水型社會(huì)的要求。

此外考慮明鋪管道抗破壞能力差，容易被人為干擾及破壞，運(yùn)行不安全；對(duì)周邊環(huán)境影響大，且涉及永久占地問題；鋼管常年暴露在外易受腐蝕破壞，所以在管道敷設(shè)方式上，采用開挖埋管的敷設(shè)方式。

3 輸水線路比選

輸水線路選擇原則，應(yīng)盡量使輸水線路短且平順；線路縱向起伏小，工程量少，造價(jià)經(jīng)濟(jì)；盡可能避開村莊房屋，少占用農(nóng)田；宜沿道路定線，施工維護(hù)方便且運(yùn)行安全可靠；并應(yīng)結(jié)合輸水方式，地質(zhì)、交通等綜合條件，多方案比選后確定線路。案例中供水線路進(jìn)行了南、北兩條線路可行性方案的比選， 兩線路沿線走向、總長度基本相差不大，總長共計(jì)約6km，北線線路翻越山脊點(diǎn)高程為485m，南線線路山脊點(diǎn)高程為490m，兩條線路管線走向見圖1，兩方案布置及縱斷見圖2和圖3。綠線為南線方案，洋紅線為北線方案。

圖1 南、北兩方案管線走向示意圖

圖2 北線方案布置及管線縱斷

圖3 南線方案布置及管線縱斷

根據(jù)查勘沿線地形地貌條件可知，管道沿線基本為多山丘陵地帶，上述兩條線路均需翻越最高處山脊，縱斷面呈現(xiàn)兩頭低中間高的趨勢(shì)。雖然北線最高點(diǎn)高程比南線略低約5m，但其對(duì)水泵選型無太大影響，且在山脊穿越方案中可忽略此差值；此外北線線路基本為山地，無施工道路，條件較差，估算工程征遷及工程直接費(fèi)會(huì)增加約1000萬元；從生態(tài)環(huán)保的角度看，北線需破壞山間林地較多，因此最終推薦南線方案。

4 山脊穿越方案

根據(jù)項(xiàng)目前期勘測(cè)成果，南線推薦方案于管道樁號(hào)2+300處翻越山脊分水嶺，高程約490m，根據(jù)計(jì)算，取水泵站設(shè)計(jì)總揚(yáng)程約為123m。在項(xiàng)目論證過程中，發(fā)現(xiàn)此揚(yáng)程階段，水泵配套的電機(jī)功率正好處于一分界段，不小于120m揚(yáng)程的水泵功率較大。為降低水泵揚(yáng)程，選擇低一級(jí)功率的電機(jī)，從而減小后期運(yùn)行費(fèi)用，我們對(duì)穿越山脊方案進(jìn)行優(yōu)化比選，增加了隧洞方案、定向鉆方案、沿等高線鋪設(shè)方案和虹吸方案四個(gè)不同穿越方案的比選。

4.1 隧洞方案

本次工程地質(zhì)條件基本為泥質(zhì)粉砂巖。如采用有壓隧洞，根據(jù)隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范，最小隧洞直徑約2m，與本工程供水規(guī)模不相符，明顯偏大，經(jīng)濟(jì)上不合理；根據(jù)調(diào)查及勘測(cè)成果，采用隧洞穿越山脊方案，可避開山脊制高點(diǎn)，高程可降至470m左右，方案可行，且可將管線最高頂點(diǎn)高程由490m降至470m，降幅達(dá)20m。經(jīng)查勘，推薦方案隧洞長度為200m。根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，打隧洞方案至少投資約500萬元左右，比管線方案投資多增加300萬元。隧洞穿越布置見圖4。

圖4 隧洞穿越布置

4.2 定向鉆方案

定向鉆方案基本與隧洞方案線路及高程參數(shù)一致，穿越山脊方式改為定向鉆的方式。本次穿越采用DN600復(fù)合鋼管，根據(jù)定向鉆施工經(jīng)驗(yàn)，定向鉆費(fèi)用約6000元/延米，本次定向鉆方案總長共計(jì)約200m，總計(jì)造價(jià)120萬元，費(fèi)用較隧洞方案低約380萬元，且施工快捷，對(duì)周邊環(huán)境影響較小。

4.3 沿等高線鋪設(shè)方案

根據(jù)調(diào)查，管線沿線最低抬升需達(dá)到470m高程左右，再沿等高線進(jìn)行鋪設(shè)，則需繞過低山丘陵，管道長度增加約2km，沿程水頭損失加大，此方案最大高程下降約20m，但線路施工時(shí)無施工道路，施工難度加大，會(huì)增加施工占地及工程建設(shè)成本，按此方案投資估算需增加約900萬元，雖然年運(yùn)行費(fèi)用減少了15萬計(jì)算，但效益并不明顯，因此沿等高線鋪設(shè)并不經(jīng)濟(jì)適用。

4.4 虹吸方案

虹吸及倒虹吸是一種輸水管型式，它是在渠道與道路、河流發(fā)生交叉或在渠道穿越山谷時(shí)經(jīng)常采用的一種立交水工建筑物。虹吸管和倒虹吸管的輸水原理相同，都是借助于上下游的水位差。虹吸在開始工作時(shí)需人為地制造管中的真空，且管的最高點(diǎn)距上容器的水面高度不得高于大氣壓支持的水柱高度，出水口比上容器的水面必須低。而本工程如果采用虹吸管方式穿越山脊的話，最多能將水泵揚(yáng)程降低10m左右，且須在山脊兩端同時(shí)修建高位水池，估算增加工程建設(shè)投資約400萬元；此外管道運(yùn)行時(shí)需專門管理和維護(hù)，因此本工程不推薦采用虹吸的方式穿越山脊最高點(diǎn)。

4.5 方案推薦

根據(jù)以上分析可知，南線定向鉆穿越山脊方案較合理，投資少且后期運(yùn)行費(fèi)用低，因此項(xiàng)目最終確定采用南線定向鉆穿越山脊方案。

5 結(jié) 語

本文通過對(duì)案例項(xiàng)目中輸水方式選擇、輸水線路比選以及穿越山脊方案的優(yōu)化等三方面論述，重在說明設(shè)計(jì)過程中方案比選的意義及重要性，以及它們對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的工程建設(shè)難度、工程建設(shè)投資、后期運(yùn)行維護(hù)及管理等各方面的影響。當(dāng)然在設(shè)計(jì)過程中還會(huì)有其他影響因素，比如建設(shè)場(chǎng)地地質(zhì)條件、輸水管材、輸水管徑和輸水管道條數(shù)等等，對(duì)比均需在設(shè)計(jì)中進(jìn)行必要的比選，或通過嚴(yán)格計(jì)算來確定，本文對(duì)此不再詳細(xì)論述，希望此文對(duì)類似工程能有一定的幫助和借鑒。