观音阁水库工程输水方式及取水头部方案比选探析

张远远

(辽宁省石佛寺水库管理局，沈阳 110166)

观音阁水库工程输水方式及取水头部方案比选探析

张远远

(辽宁省石佛寺水库管理局，沈阳 110166)

观音阁水库输水工程采取的输水方式直接关系本溪市城市供水安全，解决本钢和北台钢厂等企业用水问题，解决北台地区的生活用水水质问题，为本溪新城的发展提供水源保障。因此设计中在保证安全可靠的前提下，坚持技术先进、经济合理的原则尽可能提高输水安全保证率。

水库工程；输水方式；取水口；方案比选；观音阁水库

1 输水方式的选择

1.1 输水方式比选原则

观音阁水库工程处于长白山脉的南延部分，整体地势趋势为南东高西北低，为侵蚀断褶低山地形，最高山峰为辽宁本溪市境内老母岭，山顶高程953.9m。地貌类型按其形态具体可划分为低山、丘陵及河流谷地四类[1]。取水头部最低水位为207.7m，用户高程在190-140m左右。因此输水方式可以采用无压重力流输水、有压重力流输水、加压输水等方式。输水方式的选择按照以下原则：①有良好的卫生保护条件，输水过程中保证所输送的水不受污染；②输水量稳定可靠；③经济合理；④运行安全可靠、维护管理方便；⑤调度方便。

1.2 输水方式比选

输水方式有3个方案：①主线无压重力流输水，支线有压重力流输水；②压力流与有压重力流相结合输水；③有压重力流输水。

方案一为主线无压重力流输水，支线有压重力流输水。主线基本为无压隧洞，隧洞采用城门洞形无压洞，支线为管道，有压重力流输水。受地质条件限制，主洞线布置在本桓公路南部。工程不需要加压便可以满足用户的水压流量的要求。而且通过在坝下的调流、消能电站回收了大量能量，达到节能的目的[2]。

方案二为管道压力流与有压重力流相结合输水。管线布置在太子河南侧，沿本桓公路附近敷设，需要在三架岭处打一条隧洞，隧洞长6km。管线经过地区矿产丰富。沿线经过一些村庄且植被较好，管线敷设时对环境影响较大。隧洞进口高程为275m，水泵扬程为63m。地形高低起伏，造成管道压力较高，对以后的运行安全不利[3]。在山谷中敷设不利于日后的维护和检修。

方案三为管道有压重力流输水。受地形限制，本方案管线只能沿太子河布置，河谷弯曲度较大的地段采用短隧洞相接，共布设隧洞4 段，最长8874m，全长约58km。管线主要铺设于太子河河谷漫滩及Ⅰ级阶地上，地层岩性主要为第四系覆盖层砂卵砾石，一般厚1.9-7.0m。地下水水位埋深较浅，开挖多位于地下水位以下，且地下水与地表水太子河联系密切，第四系砂卵砾石粒径较大，透水性强，施工开挖排水难度较大，需采取防渗及明排的方式降水。

以上3个方案都能保证有良好的卫生保护条件，输水过程中水不会受到污染。由于输水量要求在经济上和运行安全可靠、维护管理、调度方面存在的不同，其方案二水量按平均日流量101万t/d，扬程为63m，年运行电费达到4465万元。而一、三方案采用重力流输水，比方案二节约了大量运行电费。其他比较见表1。

表1 输水方式方案比较表

2 取水口位置比较

2.1 现有取水口情况

观音阁水库库区有两处取水口一处为观音阁发电站输水道位于大坝左岸坝头处，具有水力发电﹑灌溉﹑泄洪等多种功能，该进口若作为取水口只能取到底层水，水质无法保证，因此，不宜作为城市工业取水口。

另一处为本溪市供水的取水口，其包括3条不同高程的D3000取水洞，洞底高程分别为204m、220m、236m取水洞。每条取水洞分别已经施工完21.7m，并且洞前设有闸门进行封堵。

2.2 取水口位置选择

结合输水线路布置，如取水口设在南岸便可以利用已建的部分工程，从水库直接取水；如取水口设在北岸则必须新建取水口。

2.2.1 水库南岸取水方案

取水头部布置在观音阁水库左岸—水库的南岸侧， 该处具备良好的地形条件，岩体裸露，临水面较陡。地层岩性主要为灰岩，围岩以微风化为主。

2.2.2 水库北岸取水方案

进水塔布置在水库右岸—即水库的北岸侧，取水口布置在距坝址约1000m，该处为河谷右岸丘陵地貌，岩性为寒武系灰岩，该处岩溶发育颇具连通性，现多为空洞式半充填状态。为了满足最低取水水位207.7m，需建较长的引水渠，施工困难，运行存在淤积问题。另外取水头部建于水库凸岸处，水质相对较差。同时管线需要穿越太子河[4]。

2.2.3 取水位置结论

从技术角度上看，水库南岸取水位置要优于北岸取水口位置，而且可以利用部分已建的工程。建议采用南岸取水头部方案。

3 取水头部方案比较

3.1 现有取水口情况

观音阁水库左坝头已预留三层取水口及三层取水隧洞，每条取水隧洞均已施工完，并且洞前设有闸门进行封堵。头部所处位置山体较陡。根据地形条件，取水头部可以采用地下竖井或地上竖井两种取水方案。

3.2 地下竖井方案

地下竖井方案包括三层取水隧洞、取水竖井、地下启闭机室、有压隧洞、交通洞。

新建三层隧洞，桩号由下至上分别为：下层0-134.76-0+010.925，0-134.76-0+008.360，0-108.76-0+007.005，上层0-112.35-0+003.085，其长度相应为145.685m、115.765m、115.435m。

取水竖井位于桩号0+000.00-0+028.42，基础底高程202m，竖井顶高程为266.2m，取水竖井总高65.2m、长28.42m、宽7.0m。

竖井上方启闭机室平台高程为267..2m，长36.72m，下部宽10m，上部最宽处宽12.4m，最高处高16.45m。洞室断面呈城门洞形布置，拱顶为蘑菇型便于安装吊车梁。

有压隧洞紧接取水竖井，进口桩号0+028.42，出口桩号0+764.71，洞长736.29m。隧洞前部为喇叭口，设置10m长渐变段。洞线设2处拐点，分别位于桩号0+042.39、0+664.18处。

交通洞进口位于大坝左坝头，全长70m，城门洞型布置，宽6m，高6.6m。

3.3 地上竖井方案

地上竖井方案包括三层取水隧洞、取水竖井、有压隧洞、回车场、道桥、围堰，地上竖井与地下竖井方案相比，向上游方向偏移42.86m。

新建的三层隧洞桩号由下至上分别为下层0-091.900-0+008.360，中层0-65.901-0+005.179，上层0-069.490-0+002.00，长度分别为下层100.26m、71.08m、71.49m。

取水竖井位于桩号0+000.00-0+025.39，取水竖井基础底高程202m，竖井顶高程为266.2m，取水竖井总高65.2m、长25.39m、宽7.5m。

有压隧洞紧接取水竖井，进口桩号0+025.39，出口桩号0+807.57，洞长782.18m。隧洞前部为喇叭口，设置10m长渐变段。洞线设2处拐点，分别位于桩号0+085.25、0+707.04处。

道桥进口位于大坝左坝头，全长73m，宽7m，其中进场路长30m，桥梁长43m。回车场位于桥梁与竖井相交处，面积大约100m2。

4 方案比较

根据取水头部方案比较，地下竖井方案只有在施工工期上较地上竖井方案长，其它均优于或等于地上竖井方案，特别是在环境影响方面优势很明显，地下竖井方案对原有山体自然环境的影响几乎为零，而由于头部山体坡度较陡，在地上竖井方案中，尽管竖井位置的选择已经考虑到这点，但仍避免不了对原有山体环境的破坏，因此在技术比较上和从长远考虑认为地下竖井方案优于地上竖井方案[5]。

5 结 论

综上所述，本工程采用“主线无压重力流输水、支线有压重力流输水”的输水方式。

根据取水头部方案比较，地下竖井方案只有在施工工期上较地上竖井方案长，其它均优于或等于地上竖井方案，特别是在环境影响方面优势很明显，地下竖井方案对原有山体自然环境的影响几乎为零，而由于头部山体坡度较陡，在地上竖井方案中，尽管竖井位置的选择已经考虑到这点，但仍避免不了对原有山体环境的破坏，因此在技术比较上和从长远考虑认为地下竖井方案优于地上竖井方案。

[1]宋玉强.浅谈观音阁水库输水工程建设的重要意义[J].中国水能及电气化，2013(12)：62-64.

[2]王长海.观音阁水库工程施工的进度控制[J].水利技术监督，2007(04)：79-80.

[3]宋玉强.浅谈观音阁水库输水工程建设的重要意义[J].中国水能及电气化，2013(12)：102-103.

[4]徐德增,何建航.观音阁水库输水工程经济评价[J].水利科技与经济，2011(07)：93.

[5]刘恒.观音阁水库坝体安全变异识别技术研究[J].吉林水利，2015(01)：18.

1007-7596(2017)10-0110-02

TV672

B

2017-09-26

张远远(1990-),男，河南新蔡人,助理工程师。