浅谈管线工程中段补水泵站选址

陆蓝翔

摘要：本文主要通过广西某灌区工程管线中段的补水泵站选址展示了一些设计过程中需考虑的因素和设计思路，供同类工程设计参考。

关键词：灌区；管线；补水泵站选址

1概述

广西某灌区工程是《全国“十四五”水安全保障规划》 《柳江流域综合规划》 《桂西北旱片综合治理规划》《广西水安全保障“十四五”规划》《广西壮族自治区水网建设规划》《珠江—西江经济带发展规划》等规划提出的新建大型灌区，涉及5个县（区），25个乡镇，210个行政村。灌区以高水头、自流控灌范围大的下桥水库为龙头水源，与拉浪电站提水联合调度，发挥土桥等现有水库调蓄作用，通过新建输水管道以及对现有渠系续建配套，全面增强区域内水资源统筹调配能力、供水保障能力、战略储备能力。灌区灌溉总面积96万亩，属大（2）型灌区，工程等别为Ⅱ等。

根据工程布局和水量需求，需在拉浪电站上下游的拉浪电站库区或长瓦电站库区布设拉浪泵站，从库区提水补至总干管。

本文以拉浪泵站选址作为例子，对管线中段的补水泵站选址提供了设计过程中需考虑的因素和设计思路。

2方案拟定

结合工程布局，总干管和北干管均布设在龙江左岸，而拉浪泵站向总干管补水后，在尾部分出北干管和南干管，为避免增加一处跨江，泵站站址选择在龙江左岸。根据泵站最低运行水位和地形，在左岸寻找满足取水水位条件的区域，此外，结合泵站出水池，按照泵站站址宜靠近泵站出水池的原则，初步拟定三个站址方案进行比选：

方案一站址位于拉浪电站大坝上游1.3km处左岸库叉中，泵站最低运行水位为174.61m，设计运行水位为177.61m，最高运行水位为177.61m。方案二站址位于拉浪电站大坝上游约10.3km处左岸，泵站最低运行水位为174.61m，设计运行水位为177.61m，最高运行水位为179.19m。方案三站址位于拉浪电站大坝下游约4.0km处左岸（长瓦电站库区），泵站最低运行水位为146.91m，设计运行水位为146.91m，最高运行水位为155.47m。三个方案站址及其管线线路示意见图1。

图1   拉浪泵站三方案及其线路示意图

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（1）方案一：泵站站址位于拉浪电站上游1.3km处左岸库叉中

方案一考虑拉浪泵站布置于拉浪电站上游1.3km处左岸库叉中，泵站出水池布置于其北侧山头，总干管及泵站出水管的水均进入泵站出水池后，再从出水池引出，随后在拉浪电站下游2.6km处分出南干管和北干管。该方案线路总长20.41km，其中隧洞共3个，总长6.77km，流量为4m3/s，采用2.6m洞径的圆形有压隧洞型式，埋管段长13.44km（含泵站出水管0.5km），其中拉浪泵站补水前的管段长9.48km，流量为4m3/s，采用管径为2.4m的PCCP管，拉浪泵站补水后的管段长3.48km，流量为8.5~8.39m3/s，采用管径为3.2m的PCCP管。管道管材以PCCP管为主，局部采用钢管，隧洞为有压隧洞。方案一站址位置现场照片见图2，泵站布置见图3。

图2   拉浪泵站（方案一）站址位置现场照片	图3   拉浪泵站（方案一）站址泵站布置图

（2）方案二：站址位于拉浪电站上游约10.3km处左岸

方案二考虑拉浪泵站布置于拉浪电站上游约10.3km处左岸，泵站出水池布置于其东北侧山头，总干管及泵站出水管的水均进入泵站出水池后，再从出水池引出，该方案泵站出水池前后段均为隧洞，线路在拉定屯之后与方案一管线基本一致，在拉浪电站下游2.6km处分出南干管和北干管。该方案线路总长19.92km，其中隧洞共3个，总长11.88km，其中1#隧洞长6.7km，流量为4m3/s，采用2.6m洞径的圆形有压隧洞型式，2#、3#隧洞分别长3.7km与1.48km，流量为8.5 m3/s，采用3.2m洞径的圆形有压隧洞型式，埋管段长8.04km（含泵站出水管1.6km），管线段6.44km，流量均为8.5m m3/s，采用管径为3.2m的PCCP管。管道管材以PCCP管为主，局部采用钢管，隧洞为有压隧洞。方案二站址位置现场照片见图4，泵站布置见图5。

图4   拉浪泵站（方案二）站址位置现场照片	图5   拉浪泵站（方案二）站址泵站布置图

（3）方案三：站址位于拉浪电站下游约4.0km处左岸（长瓦电站上游）

方案三考虑拉浪泵站布置于拉浪电站下游约4.0km处左岸（长瓦电站上游），泵站出水池布置于其西侧山头，总干管及泵站出水管的水均进入泵站出水池后，从出水池分别引出北干管和南干管，该方案线路在泵站出水池前与方案一基本一致。该方案线路总长20.36km，其中隧洞共3个，总长6.77km，流量为4m3/s，采用2.6m洞径的圆形有压隧洞型式，埋管段长13.59km（含泵站出水管0.7km），管线段12.89km，流量均为4m3/s，采用管径为2.4m的PCCP管。管道管材以PCCP管为主，局部采用钢管，隧洞为有压隧洞。方案三站址位置现场照片见图6，泵站布置见图7。

图6   拉浪泵站（方案三）站址位置现场照片	图7   拉浪泵站（方案三）站址泵站布置图

3  方案比选

① 取水条件比较

方案一站址位于拉浪电站上游1.3km左岸库叉中，库叉入口处宽度约120m，站址处库叉宽度约60m，设计扬程82m。方案二站址位于拉浪电站上游约10.3km处左岸，该处靠近拉浪库区，周边较为宽敞，设计扬程82m。方案三站址位于拉浪电站下游约4.0km处左岸（长瓦电站上游），该处靠近长瓦库区，周边较为宽敞。但是因长瓦水库库容较小，用水高峰期需要拉浪水库进行补水调节，故其运行调度相对较复杂，且由于长瓦库区的设计运行水位比拉浪库区的低31m，方案三站址的水泵设计扬程相应需要提高31m，设计扬程达到113m，泵站规模及运行费用也会相应提高。

三个方案均满足取水要求，在取水条件上，方案一与方案二略优。

② 取水水质及环境影响因素分析

方案一：水质总体满足要求。大任产业园（有色金属冶炼及深加工、化工产业及生物医药产业为主导产业）及竹仓煤矿拉浪分矿矿区位于拉浪库区及两岸，若结合泵站划分水源保护区，则保护区范围将与已批复的大任产业园有较大范围重叠，产业园建设及企业入驻将受到影响，且保护区存在产业园危险物质泄露及煤矿污染物溢出风险。

方案二：水质总体满足要求。泵站位于大任产业园上游，距离上游金城江城区及东江镇污水处理厂8km，且大任产业园主要运输道路位于龙江右岸，若结合泵站划分水源保护区，保护区存在污水处理厂及产业园运输道路事故风险。

方案三：水质总体满足要求。泵站位于大任产业园、矿区及龙江金浪湾旅游休闲区下游，若划分水源保护区，需将产业园污水处理厂入河排污口从拉浪坝址下游迁建至保护区下游，并开展龙江支流高明河水环境综合治理，且保护区存在产业园危险物质泄露及煤矿污染物溢出风险。

综上，从取水水质及环境影响因素方面进行分析，方案二相对较优，方案三次之，方案一较差。

③平面布置比较

三个方案线路沿线避开村庄、民房等建筑物和矿区，布置上不存在制约因素，但方案三的泵站出水池所在山头高程较低，水池结构露出地面约40m，而方案二所处谷地内分布有两条天然气管道，从该处提水后，出水管道需要与这两条天然气管道交叉布置。从平面布置上，方案一较优。

④ 输水线路长度比较

方案一线路总长20.21km（其中隧洞长6.77、管道长12.94km），方案二线路总长19.92km（其中隧洞长11.88km、管道长6.44km），方案三线路总长20.36km（其中隧洞长6.77km、管道长12.89km），从输水线路长度上比较，方案二较优。

⑤ 地形地质条件

方案一泵站位于丘陵地貌区，紧邻龙江河道而建，地形起伏较大，近河道岸坡坡度25°～35°，坡上植被多为灌木，岸坡上侧斜坡坡度10~20°，植被多为松树，地面高层167~210m， 附近未见不良地质现象。泵站范围，地层岩性由新到老为河床内湖积层（Q4l）淤泥，层厚2~4m，冲洪积层（Q4apl）含砾粘土，层厚8~10m。岸坡上方丘陵地貌区地层（Qedl）含碎石粘土、粘土，层厚30m～40m。下伏基岩为二叠系上统合山组（P3h）硅质岩、灰岩，硅质岩块状构造，灰岩中厚层状构造。该区域未见活动断层通过，地质构造相对简单。

方案二泵站位于河谷阶地地貌区，紧邻龙江河道而建，地形较平缓，坡度5°～8°，植被多为桉树、竹丛等，地面高层178~183m， 附近未见不良地质现象。泵站范围，地层岩性由新到老为冲洪积层（Q4apl）含砾粘土，层厚10~15m。下伏基岩为二叠系中统茅口阶（P2m）灰岩，灰岩中厚层状构造。该区域未见区域性活动断裂通过，地质构造相对简单。

方案三泵站位于河流阶地地貌区，紧邻龙江河道而建，地形平坦，植被多为农田、旱地，主要种植桑树，地面高层153~156m， 附近未见不良地质现象。泵站范围，地层岩性由新到老为冲洪积层（Q4apl）含砾粘土，层厚5~10m。下伏基岩为三叠系中统板纳组（T2b）泥质粉砂岩、泥岩，薄层~中厚层状。该区域未见区域性活动断裂通过，地质构造相对简单。

三个方案构造条件，水文地质条件相近。方案二跟方案三地势较平缓，覆盖层均为冲洪积层，层厚相对较薄，水位埋深较浅。方案一地形较复杂，起伏较大，覆盖层较厚，下部存在薄层软弱下卧层，水位埋深较大。相对来说方案二跟方案三略优。

⑥ 征地移民比较

三个方案线路主要以管线和隧洞为主，其中管线以临时用地为主，均未涉及房屋拆迁，隧洞仅进出口有永久用地，其中方案二隧洞长度较方案一、方案三长，方案一移民投资4522万元，方案二移民投资2947万元，方案三移民投资4464万元。从移民征地上比较，方案二较优。

⑦ 施工组织比较

方案一、方案三各建筑物基本有交通道路可达，施工交通相对便利。隧洞洞口附近离民房较远，隧洞洞口施工受干扰少，两方案均有3条隧洞，总长6.77km，最长隧洞4.65km。方案二各建筑物基本有交通道路可达，施工交通相对便利，该线路隧洞总长11.88km，最长隧洞6.7km，由于单个隧洞较长，其工期相对较长，施工相对困难。方案一位于龙江的库叉中，施工围堰较短，施工较方便，方案二及方案三均采用预留岩坎的方式进行施工导流，其中方案三所处位置较宽敞，泵站布置空间较充裕，而方案二由于附近有一条石油管线穿过，其所处位置较狭窄，如采用岩坎的施工导流方式，就需要增加后面山体的开挖量，施工布置及施工难度较高，从施工组织上比较，方案一、方案三较方案二优。

⑧ 运行管理费用

拉浪电站发电死水位174.61m，正常蓄水位177.61m，长瓦电站发电死水位146.91m，正常蓄水位147.41m。方案一、方案二均位于拉浪电站库区，设计扬程82m。方案三位于长瓦电站库区，设计扬程113m，年运行费较方案一和方案二多42万元。运行管理费用上，方案一、方案二较方案三优。

⑨工程量及投资对比

三个方案主要工程量及投资比较见表1。

表1                      三个方案主要工程量及投资比较表

序号	项目	单位	方案一	方案二	方案三
一	工程特性
1	线路总长度	km	20.21	19.92	20.36
2	隧洞长度	km	6.77	11.88	6.77
3	管线长度	km	12.94	6.44	12.89
4	泵站出水管长度	km	0.5	1.6	0.7
二	输水线路主要工程量
1	土方开挖	m3	682981	492340	626081
2	石方开挖	m3	286543	312702	267825
3	土石方回填	m3	801652	572219	739663
4	C25混凝土	m3	31277	78817	31277
5	预应力钢筒砼标准直管(DN2400)	km	9.5	0.2	12.9
6	预应力钢筒砼标准直管(DN2600)	km	0.5	1.6	0.7
7	预应力钢筒砼标准直管(DN3200)	km	3.5	6.2	0
8	钢筋制安	t	3189	8035	3189
三	工程投资
1	管线投资	万元	24361	19120	23620
2	隧洞投资	万元	11566	28940	11566
3	出水管投资	万元	2236	7155	3130
4	水池投资	万元	1160	1300	3000
5	沉管段投资	万元	2640	2640	4000
6	专项投资	万元	0	600	0
7	移民投资	万元	4522	2947	4464
8	运行费差值（50年）	万元	0	0	2100
9	总投资	万元	46485	62702	51881
10	投资差（方案N-方案一）	万元	0	16217	5396

根据表1，方案一工程总投资较方案二、方案三总投资分别少16217万元和5396万元，工程投资上，方案一较优，方案三次之，均较方案二优。

根据上述比较，三个方案的优缺点如表2所示：

表2                     三个方案优缺点比较表

编号	比较因素	方案一	方案二	方案三	方案优劣比较
1	取水条件比较	站址位于拉浪电站上游1.3km左岸库叉中，库叉入口处宽度约120m，站址处库叉宽度约60m。满足取水要求。	站址位于拉浪电站上游约10.3km处左岸。该处靠近拉浪库区，周边较为宽敞，满足取水要求。	站址位于拉浪电站下游约4.0km处左岸（长瓦电站上游）。该处靠近长瓦库区，周边较为宽敞，满足取水要求，但是因长瓦水库库容较小，用水高峰期需要拉浪水库进行补水调节，故其运行调度相对较复杂。位于长瓦库区，水泵设计扬程相应需要提高31m。	方案一、二优
2	取水水质及环境影响因素分析	(1)水质总体满足要求。 (2)结合泵站划分水源保护区，产业园建设及企业入驻将受到影响。 (3)保护区存在产业园危险物质泄露及煤矿污染物溢出风险。	(1)水质总体满足要求。 (2)结合泵站划分水源保护区，保护区存在污水处理厂及产业园运输道路事故风险。	(1)水质总体满足要求。 (2)结合泵站划分水源保护区，需将产业园污水处理厂入河排污口从拉浪坝址下游迁建至保护区下游，并开展龙江支流高明河水环境综合治理。 (3)保护区存在产业园危险物质泄露及煤矿污染物溢出风险。	方案二优
3	平面布置比较	线路沿线避开村庄、民房等建筑物和矿区，布置上不存在制约因素。	线路沿线避开村庄、民房等建筑物和矿区，布置上不存在制约因素。泵站所处谷地内分布有两条天然气管道，对泵站的选址造成一定影响，且从该处提水后，出水管道需要与这两条天然气管道交叉布置。	线路沿线避开村庄、民房等建筑物和矿区，但泵站出水池所在山头高程较低，水池结构漏出地面约40m。	方案一优
4	输水线路长度比较	方案一线路总长20.21km	方案二线路总长19.92km	方案三线路总长20.36km	方案二优
5	地形地质条件	地形较复杂，起伏较大，覆盖层较厚，下部存在薄层软弱下卧层，水位埋深较大	地势较平缓，覆盖层均为冲洪积层，层厚相对较薄，水位埋深较浅	地势较平缓，覆盖层均为冲洪积层，层厚相对较薄，水位埋深较浅	方案二、三优
6	征地移民	方案线路主要以管线和隧洞为主，其中管线以临时用地为主，隧洞仅进出口有永久用地，移民投资4522万元。	方案线路主要以管线和隧洞为主，其中管线以临时用地为主，隧洞长度较方案一、方案三长，隧洞仅进出口有永久用地，移民投资2947万元。	方案线路主要以管线和隧洞为主，其中管线以临时用地为主，隧洞仅进出口有永久用地，移民投资4464万元。	方案二优
7	施工组织比较	各建筑物基本有交通道路可达，施工交通相对便利。该方案共有3条隧洞，总长6.77km，从施工工期来看，不会成为制约整个输水线路工期的因素。泵站位于库叉内，施工围堰较短，规模较小。	各建筑物基本有交通道路可达，施工交通相对便利。该线路隧洞总长11.88km，最长隧洞6.7km，由于单个隧洞较长，其工期相对较长，施工相对困难。预留岩坎进行施工导流，但受天然气管线影响，施工场地较狭窄，需开挖山体，开挖量较大，施工边坡较高。	各建筑物基本有交通道路可达，施工交通相对便利。该方案共有3条隧洞，总长6.77km，从施工工期来看，不会成为制约整个输水线路工期的因素。预留岩坎进行施工导流，施工场地较宽敞，布置空间较充裕。	方案一、三优
8	运行管理费用	泵站位于拉浪库区内，设计扬程82m。	泵站位于拉浪库区内，设计扬程82m。	泵站位于拉浪下游的长瓦库区内，设计扬程113m，年运行费增加42万元。	方案一、二优
9	投资比较	46485万元	62702万元	49781万元	方案一优

根据表2，取水条件上方案一、二较优，地形地质条件比较方面方案二、三较优，线路及建筑物布置比较上方案一较优，施工组织比较上方案一、三较优，取水水质及环境影响因素、输水线路长度、征地移民上方案二较优，投资比较上方案一较优。经综合考虑，推荐采用方案一，即拉浪泵站站址位于拉浪电站上游1.3km处左岸库叉中。

3结语

灌区工程管线中段的补水泵站选址，设计过程中应根据工程布局拟定泵站位置，结合泵站及其衔接的管线、隧洞、出水池等建筑物布置情况，通过对取水条件、取水水质及环境影响、平面布置、输水线路长度、地形地质条件、征地移民、施工组织比较、运行管理、投资等方面的因素进行比较，综合考虑后选定补水泵站位置。本文结合拉浪泵站选址设计过程，供同类工程进行参考。

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