石津干渠工程输水方案比选.doc

1、石津干渠工程输水方案比选摘要：分析比较了明渠输水和管道输水方案，其中对管道输水比较了自流输水和加压输水型式。因利用已有的石津灌区总干渠进行衬砌改造，与管道输水方案比较，具有明显的经济优势，推荐采用明渠输水方案。 关键词：石津干渠；输水方案； 中图分类号：TV672 文献标识码：A 文章编号： 1 工程概况 石津干渠是河北省南水北调配套工程之一，主要供水对象为石家庄市、衡水市、沧州市及周边地区和石津干渠沿线县市。石津干渠渠首为南水北调中线总干渠的田庄分水口门，终点为衡水市的衡水湖和沧州市的大浪淀水库。线路经过石家庄市的市郊及正定、藁城、晋州、辛集，衡水的深州、武强，沧州的泊镇、南皮等，并穿过河北

2、省最大的灌区-石津灌区。 石津干渠多年平均供水量 10.64 亿 m3，其中石家庄 4.3 亿 m3，沧州3.24 亿 m3，衡水 3.1 亿 m3。为了弥补引江水调水过程的不均匀性，石津干渠利用岗南、黄壁庄水库，通过与灌溉用水置换型式进行补水调节，多年置换水量的平均值 3010 万 m3。 石津干渠输水线路总长 276.42km，其中田庄分水口至大浪淀段长225.02km，军齐至衡水湖段长 51.4km。 2 明渠输水方案 从田庄分水口开始，沿着古运河，通过暗渠输水至赵陵铺，入现有的灌溉渠道-石津总干渠，利用石津总干渠输水到军齐后分为两支。一支为衡水支线：从军齐开始向南入军齐干渠，到七分干后

3、转向东，利用七分干及七分干东支输水，在马家庄村东转向南，穿滏阳河、滏阳新河、滏东排河后入规划中的衡水湖。另一支为沧州支线：过军齐后继续利用石津总干渠向东至大田庄，再向南利用大田南干，到大田南干一分干后转向东，穿过龙治河、滏阳河、滏阳新河、滏东排河、老盐河、清凉江、江江河等排涝河道，在杨圈附近穿越南运河，穿越南运河后转向北东，在后孔村北入代庄引渠，通过代庄引渠输水至大浪淀。 输水线路总长 276.42km，其中田庄分水口至大浪淀段长 225.02km，军齐至衡水湖段长 51.4km。 明渠方案中田庄至赵陵铺 4.1km 采用暗渠型式，赵陵铺至武强县郝庄长 125.8km 利用石津灌区现有渠道扩建

4、，郝庄至泊头的后孔长 80.35km采用箱涵，后孔至大浪淀长 14.68km 利用现有的代庄引渠；衡水支线军齐至马家庄长 52.9km 利用灌溉渠道扩挖，马家庄至衡水湖长 8.5km 采用箱涵。 明渠方案新建（改建）建筑物共有 256 座，其中暗渠 1 座，箱涵 2个（共 87.1km） ，跌水 5 座，节制闸 33 座；农业灌溉分水闸有 125 座；城市分水口 15 座，退水闸 9 座，排水倒虹吸 3 座。新建（重建）桥梁 63座。 田庄口门的分水流量为 65m3/s。渠道设计最大输水流量145m3/s（结合灌区灌溉） ，向衡水输水流量 10 m3/s，向沧州输水流量13 m3/s。 渠道断

5、面设计指标见表 1 表 1 明渠方案渠道断面设计指标表 明渠方案干渠工程总投资 74.6 亿元，静态总投资 71.7 亿元。 3 管道输水方案 管道方案从田庄分水口至沧州的大浪淀、衡水的衡水湖，全线采用PCCP 管道供水，管道方案比较了埋在现有石津干渠渠底自流方案、埋在渠外自流方案和局部线路采用泵站加压方案。 3.1 渠外埋管方案 石家庄至晋州段穿越市区和城镇，地形复杂，涉及占迁费用差别较大，所以渠外埋管在此段有三个方案，起点为中线总干渠上口门，终点为位于石德铁路东侧、晋州和辛集之间的马于村村西。 （1）方案一：沿石津渠一侧方案 田庄至赵陵铺，沿古城西路南侧绿化带布置，穿越石津渠后，沿石津渠左

6、岸布置，在岗上村附近转向南穿越石津干渠、307 国道和石德铁路，过铁路后转向东，沿石德铁路南侧村庄之间穿行，至晋州和辛集之间的马于村西。方案一线路长 66.679km。流量 4529m3/s，管径为4.0m、3.6m、3.4m 三种规格，各按两排布置。本线路过铁路穿越 2 座，县级以上公路穿越 15 座。 （2）方案二：沿石黄高速南侧方案 田庄至赵陵铺，沿古城西路南侧绿化带布置，穿越石津干渠后向东偏北方向，到石黄高速后沿石黄高速南侧向东，在岗上村附近转向南穿越石津干渠、307 国道和石德铁路，穿过铁路后转向东，在石德铁路南侧村庄之间穿行，至晋州和辛集之间的马于村西。方案二线路长 66.94km

7、，流量 4529m3/s，管径为 4.0m、3.6m、3.4m 三种规格，各按两排布置。本线路过铁路穿越 2 座，县级以上公路穿越 17 座。 （3）方案三：石家庄与沧州衡水分供方案 石家庄（不含晋州、辛集）供水（北线）：从田庄分水口引水，沿石黄高速南侧引水至藁城，线路长 43.103km。流量 15.51.5m3/s，管径为 2.6m（双排） 、1.6m（单排） 。过铁路穿越 1 座，县级以上公路穿越 15 座。 沧州、衡水及晋州、辛集供水（南线）：在引江中线增设一个分水口，分水口位置在石家庄新建货运编组站南，从新增分水口到马于，线路主要在栾城北面的苏丘、马庄、小长安、东里庄等村庄间穿行。本

8、线路长 62.671km，流量 3029m3/s，管径为 3.6、3.2m 两种规格，各按两排布置。过铁路穿越 1 座，过县级以上公路穿越 10 座，穿河段 1 处。 石家庄至晋州段比选结果为采用方案二，沿石黄高速南侧方案。 在马于村之后线路分成两支，一支为向衡水供水线路，沿石德铁路南侧布置，在徐家屯村东穿越军齐干渠，之后向南，在范庄附近穿滏阳河、在窑洼村东穿越滏阳新河和滏东排干后，入衡水湖。另一支为向沧州供水线路，从马于分水后，向东穿越石德铁路后在石津干渠南侧村庄间穿行，分别穿越龙治河、滏阳河、滏阳新河、老盐河、清凉江等防洪排涝河道后，在杨圈闸南侧穿越南运河，过南运河后转向北东入大浪淀水库。

9、 本线路总长 275.13km，其中从田庄到大浪淀长 221.16km，衡水线路从马于到衡水湖长 53.97km。设计流量田庄至马于 4529m3/s，马于至衡水湖 1210m3/s，马于至大浪淀 1713m3/s，管径分段选用为4.0m、3.6m、3.4m、3.2、2.6m，两排布置。本线路过铁路穿越 4 座，过县级以上公路穿越 36 座，穿越河道 13 处。 本方案总投资 164.8 亿元。 3.2 渠底埋管方案 石津干渠赵陵铺至大田庄段渠道底宽 20m 左右，可以在渠底埋管。其他渠段仍采用渠外埋管。 赵陵铺至大田庄段有跌水 10 座，节制闸 6 座，干渠退水闸 1 座，跨渠交通桥 109

10、 座。闸和跌水拆除重建，95 座级别低的桥拆除重建，遇铁路桥、高速公路桥时绕到渠外穿过。 渠底方案主要缺点：输水管道通气阀、调流阀、检修阀等各种阀件的检修井布置困难，运行期间的管理难度较大，开挖深，施工难度较大。 渠底埋管方案比渠外埋管方案建筑工程投资多 2.0 亿元。 主要优点：临时占用耕地较少。 3.3 泵站加压方案 对渠外埋管线路选择了有加压条件的渠段进行了比较。石津渠马于镇上游段由于自然地形坡度相对较陡，水头较大，流速较高，一般均在1.4m/s 以上，不再进行加压泵站方案的比较。 衡水支线和沧州支线由于水头较小，管道断面较大，流速较小（0.81.2m/s） ，有泵站加压供水的条件。根据

11、不同的地形和水头落差，各选 3 个杨程和自流方案进行投资比较，加压方案中加压越大寿命周期总费用越大。小扬程方案投资较小。 加压方案投资普遍高于自流方案，投资较省的小扬程方案仍比自流方案多 3.3 亿元。 3.4 管道输水方案设计 3.4.1 管道布置 一般管段采用 PCCP 管，管道埋深条件按满足抗冻、抗冲、车辆荷载及上部耕种要求，同时还要满足检修或施工期管内无水时抗浮要求。管顶覆土深度在 2.5m 以上。 穿河段埋深按 100 年一遇洪水冲刷线下 1.0m 和不小于 2.5m 埋深考虑。 管道按双管布置，两管间距 3.0m。 浅埋段采用常规放坡开挖，基础挖成弧形土基，有液化潜势的地基采用强夯

12、处理。深挖方段为减少占迁范围，采用钢板桩支护开挖。 3.4.2 蓄水池和分水池布置 蓄水池：引江调水量不满足需水量时，为充分利用岗南、黄壁庄水库补水，在石津干渠上的赵陵铺闸东侧设进水闸，闸后设引江水与岗黄水库水合流的蓄水池。 分水池：在沧州、衡水输水管道分岔处设一承压水池，保证分水时管道压力平衡和正常分流。 3.4.3 穿越设计 根据规范，输水管道穿越公路、铁路时均需采用套管。本线路选用管径有 4.0m、3.6m、3.4m、3.2、2.6m 五种型式，输水管道直径小于3.4m 的采用钢管外套混凝土管型式。直径大于 3.6m 的均采用钢管外套箱涵型式。穿越县级以上等交通流量大的公路，采用顶进法施

13、工，县级以下公路采用埋管（涵）施工。穿越田间路采用直接埋 PCCP 管。 3.4.4 管道附属设施 附属设施有排气阀、联络阀、检修阀、减压阀、调流阀等。 排气阀：每隔 0.6km1km 设置。 联络阀组及检修阀：每 10km 设置一组。 排泥阀（检修排水阀）：每隔 5km10km 布置一个。 减压阀：设置在在管道末端。 检查井：阀门均阀门室和检查井 3.4.5 管道防腐 钢管内外均做防腐处理，内防腐采用环氧白陶瓷涂料，外防腐采用环氧煤沥青。PCCP 管从马于之后做外防腐处理，采用环氧煤沥青。 3.4.6 水力计算 水力计算采用恒定均匀管流公式。 渠首水位 75.95m，大浪淀水位 8.25m，

14、衡水湖水位 22.0m。局部水头损失按沿程损失的 10% 计算。管道糙率系数取 0.0122。PCCP 管径4.02.6m。 3.5 管道输水方案比选 根据石家庄至晋州段管道线路方案比较，方案一线路最短，方案二虽然线路比方案一略长，但由于市郊占迁费用较小，所以总投资投资较省，而且施工难度也比方案一小，所以从引江中线总干渠到马于村西推荐采用方案二，即从田庄口门引水至赵陵铺，再沿石黄高速南侧向东，在岗上村附近向南穿石津干渠和石德铁路后至马于村西。 在马于村西之后分成两支，一支为向衡水供水线路，沿石德铁路南侧布置，在徐家屯村东穿越军齐干渠，之后向南，在范庄附近穿滏阳河、在窑洼村东穿越滏阳新河和滏东排

15、干后，入衡水湖。另一支为向沧州供水线路，从马于分水后，向东穿越石德铁路后在石津干渠南侧村庄间穿行，分别穿越龙治河、滏阳河、滏阳新河、老盐河、清凉江等防洪排涝河道后，在肖圈闸南侧穿越南运河，过南运河后转向北东入大浪淀水库。全线线路总长 275.13km，其中从田庄到大浪淀长 221.16 km，衡水线路从马于到衡水湖长 53.97 km。设计流量田庄至马于 4529m3/s，马于至衡水湖 1210m3/s，马于至大浪淀 1713m3/s，管径分段选用为4.0m、3.6m、3.4m、3.2、2.6m，两排布置。本线路过铁路穿越 4 座，过县级以上公路穿越 36 座，穿河段 13 处。 4 明渠、管

16、道输水方案比选 明渠方案线路总长 276.42km，工程总投资 74.6 亿元，管道方案线路总长 275.13km，工程总投资 164.8 亿元。两方案比较，明渠方案优点是能够利用灌区现有灌溉渠道设计，工程投资小，运行期间出现问题容易发现；缺点是水质不易保护，水量蒸发损失大，灌溉期与农灌用水的调度管理复杂，永久占地多。管道方案优点是水量损失小；分水口水量容易控制，管道属于专用，容易管理；永久占地少。缺点是投资较大，维修不方便。 综合分析，为节省投资，同时考虑结合石津灌区灌溉渠道节水改造工程的实施，石津干渠采用明渠方案。 5 结语 （1）因利用已有的石津灌区总干渠进行衬砌改造，与管道输水方案比较，具有明显的经济优势； （2）自流输水与加压输水比较，流速影响 （3）明渠输水方案线路选择上开口大，征占地很多，存在水质污染问题，涉及公路排水、交叉管线，对小流量城市引水工程，应尽量采用管道输水方案。 参考文献： 1河北省水利水电勘测设计研究院.河北省南水北调配套工程规划R.2007. 2GB50288-99，灌溉与排水工程设计规范S. 3GB50286-98，堤防工程设计规范S. 4SL265-2001，水闸设计规范S. 5GB50013-2006. 室外给水设计规范S.