扬水灌区引水干管方案比选

第４６卷第８期　甘肃水利水电技术　Ｖｏ１．４６，Ｎｏ．８　２０１０年８月　Ｇａｎｓｕ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　ａｎｄ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ａｕｇ．，２０１０　・设计与研究・　扬水灌区引水干管方案比选　何　萍　（甘肃省水利水电勘测设计研究院，甘肃兰州７３００００）　摘要：某扬水灌区引水干管，压力高，流量大，榆水距离长，干管投资占灌区工程投资比例较大，干管方案对扬水泵站　技术经济影响很大。本文在干管引水方式、管材和经济管径等方面进行详细比选论证，提出了经济合理方案。　关键词：引水干管；引水方式；管材；经济管径；扬水灌区　中图分类号：ＴＵ９９１．３６　文献标识码：Ｂ　文章编号：２０９５—０１４４（２０１０）０８－００１９－０２　１工程概况　表１　１号灌区一级泵站全管道方案和部分渡槽方案经济比较　某扬水灌区东西长约５６　ｋｍ，南北宽约８　ｋｍ，海拔高程　８２０～１０２０　ｍ，划分为３个相对的小灌区，自东向西依次　命名为１号、２号、３号灌区，单独设扬水站分级扬水灌溉。灌　区净灌溉面积４５．９６万亩，扬水总高度约２００　ｍ，以种植农　作物为主，采用高效节水灌溉。　灌区位于山前冲洪积倾斜平原区，１－３号灌区灌溉面积　１３．５９　２Ｏ．２６万亩，３个扬水灌区工程等别均为Ⅲ等。每个灌　区的一级泵站的单站提水流量在５．３４—７．３２　ｍ３／ｓ之间，装机　功率在８　２６０～５　９９０　ｋＷ之间，灌区扬水工程等别为Ⅲ等，　约１５万ｋＷ・ｈ。经综合比较选择全管道方案。各灌区各级泵　泵站、干管等主要建筑物为３级，次要建筑物为４级，支渠为　站管线纵坡均为１／３３～１／４０之间，地形变化平缓均匀，部分渡　５级。灌区采用明渠输水，灌溉方式以喷灌、滴灌为主，灌溉　槽方案代替的管道长度有限，其他各灌区各级泵站管线也采　设计保证率　８５％。　用全管道输水方案。　１号、２号和３号扬水灌区扬水高度均为２００　ｉｎ左右，扬　３管材比选　水干管分别长７　９３０　ｍ、６　６２１　ｍ和７　６３２　ｍ，总长约２２　基于扬水灌区运行安全、水泵出水管汇合要求和工程造　ｋｍ。每个灌区都分４级扬水，每级几何扬程均接近５０　ｍ。　价等方面考虑，扬水管线在高程８２２．５２—９７２．４５　ｍ之间采用　２干管输水方式比选　双管输水，在高程９７２．４５～１０２３．Ｏ０　ｉｎ之间采用单管输水（３　以１号灌区一级泵站为例，干管输水方式布置全管道方　号灌区仍采用双管输水）。　案和部分管道加部分渡槽输水方案，分别称为全管道方案和　以１号灌区二级泵站扬水管线为代表，在管道工作压力　部分渡槽方案。　为０．８　ＭＰａ的条件下，以各种管材水头损失接近相等为原　全管道方案管线总长２　８４１　ｉｎ，钢套筒预应力混凝土管　则，选用钢管、钢套筒预应力混凝土管（ＰＣＣＰ）和玻璃钢夹砂　（ＰＣＣＰ）双管管径１．６　ｍ，管道为沟埋式，沟深约３　ｍ，沟底设　管３种管材，分别计算每米管线工程投资。３种管材水头损　５０　ｃｍ厚夯填砂砾石垫层。部分渡槽方案前段为管道输水，　失接近相等时，钢管糙率ｎ＝０．０１２５，管径１．４　ｉｎ；ＰＣＣＰ糙率　前段管线长２　４６７．２６　ｍ，管线设置全管道方案，管线后接出　ｎ＝０．０１３，管径１．４　Ｉｎ；玻璃钢夹砂管糙率ｎ＝Ｏ．０１０，管径１．２　水塔，出水塔垂直输水至渡槽，渡槽长３７３．７４　ｉｎ，渡槽后接　ｍ。１号灌区二级泵站干管１　ｉｎ管线双管管材投资，钢管为　下级泵站前池。出水塔高１４．５　ｍ，上部为直径７　ｍ的圆形水　１．６７２　２万元，ｍ；钢套筒预应力混凝土管（ＰＣＣＰ）为０．７８７　２　池，池底与渡槽始端底部相接。渡槽为矩形槽，宽３．Ｏ０　ｍ，高　万元／ｍ；玻璃钢夹砂管为０．３８２　４万元／ｍ。钢套筒预应力混　２．２８　ｎｌ，纵坡１／１５００，全部采用排架柱支承。１号灌区一级泵　凝土管（ＰＣＣＰ）和玻璃钢夹砂管每米投资均小于钢管每米投　站全管道方案和部分渡槽方案经济比较如表１所列。　资的一半。钢管承压较高，抗震性强，但易腐蚀，使用年限约　１号灌区一级泵站全管道方案和部分渡槽方案工程投　３Ｏ　ａ左右，内部防腐难处理，管线工程造价较高，管材比较　资和年耗电量接近，受地形条件，部分渡槽方案只能减　中首先予以排除。　少管道长度３７３．７４　ｍ。全管道方案施工工序少，施工过程中　以１号灌区一级　四级泵站和３号灌区一级泵站的扬水　干扰少，运行管理相对方便。部分渡槽方案施工和运行管理　管线作为３个灌区各种管径扬水管线的代表，在管压力为　相对复杂，但可减少泵站水头损失约０．７３　ｉｎ，节约年耗电量　０．８　ＭＰａ的条件下，以各级泵站两种管材水头损失相等为原　收稿日期：２０１０—０６—２１　作者简介：何萍（１９７６一），女，甘肃兰州人，工程师，主要从事水工设计。　・１９・　２０１０年第８期　甘肃水利水电技术　第４６卷　则，对钢套筒预应力混凝土管（ＰＣＣＰ）和玻璃钢夹砂管进行　砂管工程投资比较如表２所列。　管材经济比较。钢套筒预应力混凝土管（ＰＣＣＰ）和玻璃钢夹　目前，钢套筒预应力混凝土管（ＰＣＣＰ）和玻璃钢夹砂管　表２钢套筒预应力混凝土管（ＰＣＣＰ）和玻璃钢夹砂管工程投资比较　两种管材，在大中型水利工程中均有应用。从工程安全角度　比较，钢套筒预应力混凝土管（ＰＣＣＰ）抗外压能力强，适应各　率较高等特点，综合工程安全、经济和施工等方面因素，各灌　区一级和二级泵站干管，管径均大于１．２　ｍ，采用钢套筒预　应力混凝土管（ＰＣＣＰ），各灌区三级和四级泵站干管，管径多　数小于或等于１．２　ｍ，采用玻璃钢夹砂管。　４经济管径比选　在高扬程、长管道、大流量的泵站工程中，管道工程的投　种地层条件，对施工环境、填筑材料、填筑工艺要求较低，安　全性高；玻璃钢夹砂管抗冲切、抗外压能力低，比较适应于壤　土地层，对填筑材料、填筑工艺要求较高。灌区内埋管地层多　为戈壁砾石，钢套筒预应力混凝土管（ＰＣＣＰ）安全性高于玻　璃钢夹砂管。　资比例很大。以１号灌区扬水管线为代表，假设管内流速为　０．８　ｍ／ｓ、１．２　ｍ／ｓ、１．８　ｍ／ｓ、２．７　ｍ／ｓ和３．５　ｍ／ｓ，用一级、二级、三　（１）从管道施工安装方面比较，钢套筒预应力混凝土管　（ＰＣＣＰ）比较笨重，接头多，施工安装不太方便；玻璃钢夹砂　管管径较小，重量轻，接头少，施工安装较方便，工期短。　（２）从经济角度比较，玻璃钢夹砂管明显具有优势，工　级和四级泵站的设计流量，计算出钢套筒预应力混凝土管　（ＰＣＣＰ）和玻璃钢夹砂管不同站级、不同流速所对应管径的干　管管路总投资和年耗电量。用差额投资内部收益率法计算管　道经济流速，行业基准收益率采用８％。１号灌区各级泵站钢　套简管（ＰＣｃＰ）和玻璃钢夹砂管管径比选如表３、表４所列。　表４　１号灌区泵站玻璃钢加砂管管管径比选　程投资大约是钢套筒预应力混凝土管（ＰＣＣＰ）的一半。　考虑到本灌区具有大流量、高扬程、大管径和设计保证　表３　１号灌区泵站钢套筒管（ＰＣＣＰ）管径比选　（下转第２３页）　・２０・　第８期　郑祥卫：匿陂塘海堤堤基漏水处理技术　第４６卷　置一层防渗土工膜。抛石体顶高程０．０　ｍ，底高程一１２．０～　需增设大型抛石体（船抛），深水抛石体施工难于控制；断面　一１２．８　ｍ，顶宽３．０　ｍ，内外坡比均为１：２。为保持抛石体稳　土方、石方用量大，投资高。　定，在内侧设置抛石压载，压载面高程一１０．０　ｍ，宽度１０　Ｉｌｌ。　综合比较方案一、二优缺点，设计推荐采用方案一。　（３）防渗方案比选　３．３加固方案断面设计　方案一优缺点：优点为能解决堤身渗漏问题；外滩面滩　桩号０＋２５０～０＋３５０渗漏处理采用堤前填滩闭气方案，　地高程较高（～１．０￣－１．５　ｍ），施工相对简单；断面投资较省，　断面如下：在原滩涂面铺设防渗土工膜（７００　ｇ／ｍ　）后填筑　缺点为防渗体外护面保护较为关键，护面投资大；受涨落潮　黏性山土防渗体至４．０５　ｍ高程，防渗体宽度２５　ｍ，外坡　影响，抛填山土流失量大。　坡比１：１．５，防渗体上部铺设碎石垫层２０　ｅｍ，以２５　ｅｍ钢　方案二优缺点：优点为能解决堤身渗漏问题，施工不受　筋混凝土框架砌块石盖面。防渗体外坡设干砌条石０．７５　ｍ，　外海涨落潮流影响，缺点为现有鱼塘逼近内坡脚，内滩面为　护脚顶高程０．５　ｍ，宽１　ｍ，后跟４　ｒｎ宽抛石压载下设砂　深港区（底高程为一１２．０～１２．８　ｍ），深水抛填山土（高１０　ｉｎ）　垫层，抛石压载顶高程０．５　ｍ，外坡１：２。加固方案断面如　难于碾压，防渗效果难以保证；为防止防渗闭气土方流失，另　图２所示。　５４０　Ｉ１８０　３２０　ｌ　２４０　２　５００　６０３．３　图２堤前填滩闭气方案　２００８年４月。开始实施西陂塘海堤堤前填滩闭气加固　方法也有好几种，例如，人工（水下潜水员配合）施工；射水　方案，２００８年ｌ２月完工。　法、连锁井柱、冲抓机造孔、砂浆板柱、插板机；单管旋喷、三　４结论　管定喷；劈裂式灌浆；垂直铺膜机、锯糟机等。西陂塘海堤根　海堤漏水的处理方法有多种，在迎水坡可采用黏土铺　据集中渗漏的特点，采取了两种方案进行防渗处理，达到了　盖、土工膜纺渗等；在堤身可做截水墙形式有混凝土防渗墙、　预期的防渗效果，海堤内外漏水通道已被完全切断，漏水隐　水泥浆防渗墙、黏土防渗墙、垂直土工膜防渗等。施工机械和　患得到了根本性的解决。　ｃ　ｄ‘　‘：　ｄ００　Ｊ　ｃ　ｄ　ｃ　Ｊ　＾●＝　ｉ０　＾０　＾‘０　＾　＾‘＝　＾　：　＾‘　ｄ‘ｃ　Ｊ　■　ｃ　＾　＾　、　，　＾　＾‘　‘０　Ｊ　０　Ｊ　、　＾　Ｊ　＾　（上接第２Ｏ页）　表５扬水灌区引水干管特性　由上面各表可知１号灌区钢套筒预应力混凝土管　（ＰＣＣＰ）－级、二级和四级泵站干管经济流速为１．８　ｒｒｄｓ，三　级泵站干管经济流速为１．２　ｍ／ｓ。玻璃钢夹砂管一级、二级和　三级泵站干管经济流速为１．８　ｍ／ｓ，四级泵站干管经济流速　为２．７　ｒｄｓ。２号和３号灌区泵站干管情况类似。　泵站干管实际配管过程中，应使管内流速接近经济流　速，管径需符合管材管径模数，可适当调整管径，调整管道水　头损失，使各灌区各级泵站总扬程接近，为减少泵站泵型，方　便管理运行创造条件。　５结语　本文在干管引水方式、管材和经济管径等方面对某　扬水灌区引水干管方案进行详细比选论证，提出了经济合理　方案，选定干管方案特性列于表５。对其他类似工程泵站压　力管道方案选择具有借鉴意义。　参考文献：　［１］ＧＢ　５０２８８—９９，灌溉与排水工程设计规范［Ｓ］．　［３］ＧＢ／Ｔ　５０３６３—２００６，节水灌溉技术规范［Ｓ］．　［２］ＧＢ／ｒ　５０２６５—９７，泵站设计规范［ｓ］．　［４］ＳＬ　２８１—２００３，水电站压力钢管设计规范［ｓ］　・２３・