滹沱河太原水质提升调水工程输水线路方案的选择

第３期（总第２０９期）　文章编号：１００６—８１３９（２０１８）０３—０５３—０４　山西水利科技　５３　滹沱河太原水质提升调水工程输水线路方案的选择　韩　军　（山西省水利水电勘测设计研究院山西太原０３００２４）　摘要：系统介绍了滹沱河太原水质提升调水工程线路方案的分析和选择过程，从工程布置、输　水方式、施工条件、占地、工程运行管理、工程投资等方面对两个方案进行了详细比较，分析了各种管　材的优缺点，选择了合适的输水线路方案。　关键词：水质提升；输水线路；方案选择　中图分类号：ＴＶ６７２　文献标识码：Ｂ　Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｗａｔｅｒ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｌｉｎｅｓ　Ｓｃｈｅｍｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｈｕｔｕｏｈｅ－Ｔａｉｙｕａｎ　Ｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙ　Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ａｎｄ　Ｗａｔｅｒ　Ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ　Ｐｒｏｊｅｃｔ　ＨＡＮＧ　Ｊｕｎ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｒｏｕｔｅ　ｓｃｈｅｍｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｈｕｔｕｏｈｅ——　Ｔａｉｙｕａｎ　Ｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙ　Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ａｎｄ　Ｗａｔｅｒ　Ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ　Ｐｒｏｊｅｃｔ，Ｔｈｅ　ｔｗｏ　ｓｃｈｅｍｅｓ　ａｒｅ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ａｓｐｅｃｔｓ　ｏｆ　ｌａｙｏｕｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｊｅｃｔ，ｗａｔｅｒ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｍｏｄｅ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｌａｎｄ　ｃｏｖｅｒ，ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ａｎｄ　ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｐｉｐｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ。ｔｈｅｎ　ｓｅｌｅｃｔｓ　ｔｈｅ　ｓｕｉｔａｂｌｅ　ｗａｔｅｒ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｌｉｎｅｓ　ｓｃｈｅｍｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ；ｗａｔｅｒ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｌｉｎｅｓ；ｓｃｈｅｍｅ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　１　滹沱河太原水质提升调水工程概述　滹沱河太原水质提升调水工程分布于山西省太　原市阳曲县和忻州市的五台县、定襄县和忻府区境　内，以目前已建的坪上应急引水工程的水源及部分工　程为基础，而新建的调水工程。分两大部分：水源地工　程和输水线路工程。水源地工程由水泉湾水源地、清　水河水源地和引水隧洞三部分组成，主要建筑物为水　源地取水建筑物、压力管道及其附属建筑物、加压泵　站、引水隧洞等；输水线路工程主要建筑物为加压泵　站、调压池、供水管道及其附属建筑物和调节池等。　本工程取水规模近期：取水流量２．２９　ｍ３／ｓ　（７　２００万ｍ３／年），其中太原市６　０００　ｍ。／年，忻州市　１　２００　ｍ３／年；远期取水规模：取水流量３．１７　ｍ。／ｓ／年　（１亿ｍ，）。大部分的输水线路工程位于忻定盆地内，　收稿日期：２０１８—０３—２１　考虑沿线地质、地形条件十分复杂，且地面建筑物、交　通干道和河流星罗棋布的因素，按照总体设计、分期　实施的原则，设计规模确定：　１）水源地工程：确定清水河水源地取水流量１．０　ｍ３／ｓ，　水泉湾水源地取水流量１．２９　ｍ３／ｓ。　２）输水线路工程：供水干线甲子湾调压池至季庄　段，近期按照原设计规模，即２．２９　ｍ３／ｓ；季庄以下的管　线、隧洞、芝郡加压泵站机电设备及厂房等建筑物按　照远期规模（即３．１７　ｍ３／ｓ）确定。　２坪上应急引水工程概况　坪上应急引水工程位于忻州市的五台县、定襄　县、忻府区和原平市境内，工程任务是向忻府区、定襄　县和原平市提供城镇生活和工业用水，近期年设计引　水量３　５００万ｍｓ，为中型水利工程，属山西省重点建　作者简介：韩军（１９７７一），男，２００６年毕业于太原理工大学，高级工程师。　５４　设项目。　韩　军：滹沱河太原水质提升调水工程输水线路方案的选择　２０１８年８月　湾村南引水隧洞出口的甲子湾调压池开始，至定襄县　季庄村南的供水干线末端止，线路长２８．５　ｋｍ，主要管　工程分为水源工程和供水工程两大部分。　水源工程中包括两个水源地和引水隧洞。　材为ＤＮ　１８００的ＰＣＣＰ和玻璃钢夹砂管。　（２）季庄至芝郡段压力管线自供水干线末端开　始，沿瑶三线县道向西至回风火车站折向南穿朔黄铁　路后，经凉楼台村、黄咀村，穿滹沱河、五保高速公路　至西营村折向西，经长安村折向南穿台忻线公路，南　智村和安邑村之间穿过后折向西，经北湖村、段家庄　村至焦家庄折向南，由芝郡村西穿牧马河后至芝郡加　供水工程主要包括供水干线、忻府支线、原平支　线、定襄支线、季庄加压泵站、原平加压泵站、忻府调　节池、原平调节池和定襄调节池。　由于受资金的影响，清水河水源地、引水隧洞衬　砌、定襄支线及定襄调节池未建设，２０　１　３年政府验收　时，作为工程甩项遗留。　３工程线路可选方案　根据现有坪上应急引水工程的布置情况，并结合　本次供水目的地泥屯调节池的位置情况，对引水隧洞　出口的甲子湾调压池（或引水隧洞进口）至太原阳曲　县的泥屯调节池之间的线路，在地形图初选、现场实　地查勘后，初步选择两个线路布置方案，分别为洞线＋　管线方案（以下简称方案一）和洞线方案（以下简称方　案二）。　３．１方案一总体布置　工程分为两部分，水源工程和输水线路工程。　３．１．１水源工程　水泉湾水源地利用已建的水泉湾水源地泵站及　１．８　ｋｍ长ＤＮ　１０００压力管线和水泉湾加压泵站及　２．４　ｋｍ长ＤＮ　１６００压力管线，两级加压后，进入８．０　ｋｍ　长的引水隧洞出口的甲子湾调压池。此部分工程除引　水隧洞未衬砌，其它部分已建成，运行正常。　清水河水源地泉水由截潜流工程收集后，经１．３６　ｋｍ　长ＤＮ　１０００管线自流至新建的李家庄加压泵站，加压　后通过２．３４　ｋｍ长ＤＮ　１０００管线至连接隧洞进口的　调压池，经０．９　ｋｍ的连接隧洞，接人８．０　ｋｍ长的引水　隧洞后自流至甲子湾调压池，与水泉湾泉水汇流。目　前此部分工程未建。　３．１．２输水线路工程　输水线路工程由甲子湾调压池开始，至泥屯调节　池止，分为压力输水管道工程和输水隧洞工程两部　分。　１）压力输水管道工程　压力输水管道分为４段，线路总长约７９．２１　ｋｍ，　分别为已建供水干线段、季庄至芝郡段压力管线、芝　郡至上佐段压力管线和小迦东至泥屯段压力管线，主　要建筑物包括芝郡加压泵站、上佐调压池、小迦东调　压池和泥屯调节池。　（１）已建供水干线段（甲子湾至季庄）管线自甲子　压泵站进水池。线路长约３０．８３　ｋｍ，采用ＤＮ　２４００的　ＰＣＣＰ管。　（３）芝郡至上佐段压力管线自芝郡加压泵站开　始，向西经东曲村、西张村之间，过韩岩村、班庄村、麻　会村、南湾村，由桥南沟向西先后穿二广高速和　１０８国道后，经上佐村东爬坡至输水隧洞。线路长约　１８．５８　ｋｍ，采用ＤＮ　１８００的球墨铸铁管。　（４）小迦东至泥屯段压力管线自小迦东调压池开　始，顺沟而下向西南穿泥黄线公路后，至泥屯调节池　止，线路长约１．３　ｋｍ，采用ＤＮ　１８００的ＰＣＣＰ管。　２）输水隧洞工程　输水隧洞工程进口位于忻定盆地的上佐村，出口　位于泥屯盆地的小迦东村，整体走向为东北至西南，　依次经过石岭关分水岭、大禹盆地、大禹盆地与泥屯　盆地之间的棋子山隆起，进入泥屯盆地，在大禹盆地　西侧需穿近南北向的大西高铁。　根据地勘资料，大禹盆地地下水埋深较浅，穿高　铁线路段地下水位埋深仅约１５～３Ｏ　ｍ，隧洞埋深约　１００　ｍ，位于地下水位以下。若洞线由高铁高架桥基下　部穿过，隧洞围岩为土洞，并位于地下水位以下，隧洞　施工将引起地下水位下降，进而引起高铁排架桥基变　形的风险较大，无法保证高铁的运行安全；故尽量将　洞线向西偏移至石岭关边山附近，可由岩基中穿越高　铁，从而尽量减少隧洞施工对高铁的影响。　综合考虑高铁运行安全的因素，并结合施Ｔ支洞　布置的条件，输水隧洞自上佐调压池开始，向西南至　东庄村，于东庄村西北侧在岩基中由大西高铁底部穿　过，经西庄村、蟠龙村、康岩村西、思西村东、归朝村东　至出口的小迦东调压池止，长２２．３４　ｋｍ。　３．２方案二总体布置　工程分为两部分，水源工程和输水线路工程。　３．２．１水源工程　１）水泉湾水源地　水泉湾水源地利用已建的水泉湾水源地泵站及　第３期（总第２０９期）　韩　军：滹沱河太原水质提升调水工程输水线路方案的选择　５５　其１．８　ｋｍ长ＤＮ　１０００压力管线和已建的水泉湾加压　泵站及其２．４　ｋｍ长ＤＮ　１６００压力管线，将泉水两级　加压后，送至引水隧洞出口，在引水隧洞内和洞外铺　设８．８　ｋｍ长的ＤＮ　１６００管道至新建的闫家庄调压　池。目前此部分工程需对现有的水泉湾泵站及其压力　管线进行改造，泵站增加扬程，管线需增加压力等级　而更换；对引水隧洞进行衬砌；其它部分已建成，运行　正常。　２）清水河水源地　清水河水源地泉水由截潜流工程收集后，经１．３６ｋｍ　长ＤＮ　１０００管线自流至新建的李家庄加压泵站，经泵　站加压后通过２．３４　ｋｍ长ＤＮ　１０００管线提至连接隧　洞，在连接隧洞、引水隧洞内和隧洞外铺设总长约ｌ＿８　ｋｍ　的ＤＮ　１０００管道至新建的闫家庄调压池。目前此部分　工程未建。　３．２．２输水线路工程　输水线路工程由三部分组成，闫家庄至徐家凹段　输水隧洞、徐家凹至上佐段压力管线、上佐至小迦东　段输水隧洞和小迦东至泥屯段压力管线，长约８Ｏ．９４　ｋｍ。　上佐至小迦东段输水隧洞和小迦东至泥屯段压　力管线，布置与方案一一致，此处不再赘述。　１）闫家庄至徐家凹段输水隧洞自闰家庄调压池　始，向西经瓦扎坪村南，于炭岭底村和土岭口村之间　的边山处折向西南，洞线沿边山布置，途经杆子梁村、　小岭子村、兴家村、藏孤台村、黄场峪村、肖家山村、刘　家山村、小南沟村、水峪村、岩峰村和坡底村，至徐家　凹村西约１．２　ｋｍ的边山处的徐家凹调压池止，长约　５３．９　ｋｍ。　２）徐家凹至上佐段压力管线自徐家凹调压池始，　先后穿越二广高速和仙神凹河后，经关城村西北，再　先后穿越葫芦河和１０８国道后，沿边山至上佐调压池　止，线路长约３．４　ｋｍ，采用ＤＮ１８００的ＰＣＣＰ管。　４方案比选　４．１各方案技术参数　各方案技术参数见表１。　４．２方案比较　１）工程布置　两方案均分为水源工程和输水线路工程两部分。　（１）水源工程　两方案相同之处：均需利用现有的水泉湾水源　地、完建引水隧洞衬砌结构和新建清水河水源地。　两方案不同之处：方案二采用一次性加压，输水　表１　各方案技术参数汇总表　序号　项目　单位　方案一　方案二　备注　水源工程　１　新建截潜流工程　座　ｌ　１　２　新建压力管线　ｋｍ　３．７　１４．３　３　利用现有隧洞　ｋｍ　８　８　需完建衬砌　结构　６　新建隧洞　ｋｍ　０．９　０．９　连接隧洞　４　利用现有泵站　座　２　１　５　利用现有压力管线　ｋｍ　４ｌ２　１．８　７　改造泵站　座　１　水泉湾泵站　８　更换压力管线　ｋｍ　２．４　水泉湾泵站　压力管线　新建泵站　座　１　１　李家庄加压　泵站　９　地形扬程　ｍ　２６６．０５　５５３　１０　设计扬程　ｍ　２８２．５５　５７２．５　输水线路工程　线路总长　ｋｍ　１０１．５５　８０．９４　利用现有压力管线　ｋｍ　２８．５　０　新建压力管线　ｋｍ　５０．７１　４．７　新建隧洞长　ｋｍ　２２＿３４　７６．２４　新建泵站　座　１　地形扬程　ｍ　１５０　设计扬程　ｍ　１６３　仅为直接费，　工程投资　亿元　１１．９９　１５．６９　未考虑临建、　占地等费用　线路工程全线自流的供水方式，这就要求对现有的水　泉湾泵站的机组及其压力管线进行更换改造，此段管　线受沿线地形、建筑物影响，更换难度较大；同时李家　庄加压泵站的扬程及压力管线的压力等级，与方案一　相比都需增加很多；还有一点需采取引水隧洞洞内穿　管方式，才能保证加压管线输水至洞口的调压池。　（２）输水线路工程　方案一与现有的工程结合较为紧密，利用了现有　２８．５　ｋｍ的供水干线，总长度比方案二长２０．６　ｋｍ，但　除去可利用的管线长度，方案一长度短于方案二７．９　ｋｍ。　从管线和隧洞的构成上看，方案一中的管道长度比方　案二长４６　ｋｍ，方案一中的隧洞长度比方案二短了　５３．９　ｋｍ。方案一需穿越滹沱河、云中河和牧马河等较　大的河流，穿越朔黄铁路、五保高速、二广高速、１０８国　道、忻河铁路和北同蒲铁路等交通干道；方案二仅需　穿越仙神凹河等较小的河沟，穿越二广高速、１０８国　５６　韩　军：滹沱河太原水质提升调水工程输水线路方案的选择　２０１８年８月　道、北同蒲铁路和大西高铁等交通干道。　从工程布置上来看，两方案各有优缺点，方案一　较优。　２）输水方式　占地协调工作，同时管线还需穿越较多的交通干道，　也在一定程度上增加了协调工作量。　从占地及协调工作上来看，方案二较优。　５）工程运行管理　两方案的输水方式均为“泵压＋重力流”相结合的　输水方式。　方案一采取的是分两段“泵压＋重力流”的方式，　方案二的永久建筑物主要分布于水泉湾水源地、　清水河水源地和末端的调节池，建筑物相对集中，这　样管理设施和管理人员也相对集中，便于运行管理；　方案二采取的是一级加压，后接重力流的方式。方案　一同时方案二中，管线部分占比也较少，巡线工作也相　应减少，相应可以少配置巡线人员，辅助生活措施也　可减少。　与方案二相比，降低了单级泵站机组的扬程，整体　的安全性。　上降低了压力管线的压力等级，相对提高了输水运行　从输水方式上来看，方案一较优。　３）施工条件　方案一的大部分管道布置于忻定盆地内，受地下　从工程运行管理条件来看，方案二较优。　６）工程投资　方案一投资为１　１．９９亿元；方案二投资根据本次　方案一的投资，采用指标法计算而得，投资为１５．６９亿　元。方案二比方案一增加３．７亿元的投资。　综合上述因素，本次推荐方案一。　水位较高的地质条件影响，施工排水量大，管道安装　较为困难；管线方案中，管道占比大，可分段施工，增　加工作面，加快施工进度。　方案二中，闫家庄至徐家凹段供水隧洞长约　５３．９　ｋｍ，为施工工期控制段。若在两方案工期基本相　５结束语　山西省水资源量严重不足，且存在地域分布不均　匀的特点，随着人民生活质量的提高，对水资源的要　求也更为迫切，这就需要大量地兴建长距离的调水工　程。从滹沱河太原水质提升调水工程输水线路方案的　选择情况看，输水线路的选择对工程投资起着至关重　要的决定作用，需从工程布置、输水方式、施工条件、　占地、工程运行管理和工程投资等多方面进行综合比　较，从而选择经济合理的方案。　当的情况下，采用钻爆法洞段需增加施工支洞，增加　工作面；还需增加全断面掘进机洞段，以加快施工进　度，这样一来也就增加了工程投资。　从施工条件上来看，方案一较优。　４）占地　永久占地，两方案差别不大。　临时占地，方案一中管线工程占比很大，其长度　也大大多于方案二，这样就为工程的实施带来较大的　Ｓ止．　．　．．　．　－．　ＪＪＩ．　．Ｓ　．喜止．喜　．　止．　止．　Ｌ．Ｓ屯．　Ｌ．　也．Ｓ　．Ｓ也．Ｓ　．　（上接第４２页）　２００９，１９（５）：１６５—１７０．　２０１７，（０８）：３８—４０．　［９］谢江宏，李雪梅．物联网技术在变电站巡检中的应用［Ｊ］．电　力学报，２０１２，２７（１）：５０—５３．　［５］谢江宏，李雪梅．物联网技术在变电站巡检中的应用［Ｊ］．电　力学报，２０１２，２７（１）：５０—５３．　［１０］邹俊华．基于Ａｎｄｒｏｉｄ的智能巡检系统的设计与实现［Ｄ］．　南昌：东华理工大学，２０１６．　［１１］陈能成，李丹丹，肖长江，等．基于物联网ＧＩＳ的消防智能　［６］王长生．马福恒，何心望，等．基于物联网的燕山水库大坝智　能巡检系统［Ｊ］．水利水运工程学报，２０１４，（０２）：４８—５３．　［７］王军号，孟祥瑞．基于物联网感知的煤矿安全监测数据级融　合研究［Ｊ］．煤炭学报，２０１２，３７（８）：１　４０１—１　４０７．　［８］徐卸土．ＬｏＲａ移动物联网基站无线覆盖分析ＥＪ］．电信技术，　巡检系统设计与实现［Ｊ］．地理信息世界，２０１６．　［１２］王阳，温向明，潘奇，等．新兴物联网技术一　Ｒａ［Ｊ］．信　息通讯技术，２０１７，（０２）：５５—７２．