抗旱应急水库连通工程输水建筑物的比选分析

陈献伟

（新疆建设兵团第九师联拓工程咨询有限公司，新疆 塔城 834601）

抗旱应急水库连通工程输水建筑物的比选分析

陈献伟

（新疆建设兵团第九师联拓工程咨询有限公司，新疆 塔城 834601）

输水建筑物在方案设计时，存在技术和经济不可兼得的现象。基于第九师一六五团抗旱应急水库连通工程，提出两种输水建筑物的布置方案，即渠道+管道输水方案和管道输水方案，采用所推导的技术经济学的比较公式，以定性定量结合的方法对输水建筑的方案进行比选，通过对比得出：方案一经济性较好而技术效果相对较差，方案二则反之，依据所推导的技术经济学公式，选定管道输水方案。

输水建筑物；渠道输水；管道输水；技术经济学；方案分析

水的输送方式有明渠和管道2种[1-2]，前者一般经济性较好，但技术效果较差，比如输水效率低、水量损失、蒸发严重等[3]，而后者一般造价相当较高，但技术效果较好，比如节水、占用土地少、冻胀变形等[4]，因此，在进行输水建筑物设计时，就要考虑两者如何协调以及如何选出技术性和经济性较好的方案，但往往技术效果和经济效果不能兼得[5]，这就需要进行技术经济学的相关分析，本文以第九师一六五团抗旱应急水库连通工程为例，对其输水建筑物进行比选分析。

1 概况

第九师一六五团抗旱应急水库连通工程项目涉及团场包括一六五团、一六八团、一六七团。其中工程区位于一六五团八连，保障范围位于一六五团卡因达水库灌区0.71万亩耕地、乌什水水库灌区的2.21万亩团场基本口粮田（其中一六八团1.29，一六七团0.92万亩）。工程规划在满足一六五团卡因达水库所控制的0.71万亩耕地所需水量的基础上，还需将其灌溉以外的120.1万m3(考虑损失后，实际调入乌什水水库水量为110.7万m3)水调于一六八团乌什水水库，将其水量作为下游2.21万亩团场基本口粮田6月份的抗旱应急水源，以保障下游水库灌区干旱年缺水的基本口粮田作物生长关键期用水。

输水任务为在干旱年保障卡因达控制灌区正常供水的情况下，将其余其洪水调配到一六八团乌什水水库，作为其下游灌区基本口粮田作物6月份的抗旱应急水源，保证作物生长关键期用水。工程具有调水和引水两个作用。

输水建筑物对应急水库连通工程至关重要，为保证输水建筑物建设的科学性、合理性与经济性，以两种方案（“渠道+管道输水”方案和“管道输水方案”）对输水建筑物的比选进行专门分析。

2 方案一：渠道+管道输水

卡因达水库向乌什水水库输水采用明渠+引水管道方案，卡因达水库向一六八团乌什水水库调水采用明渠引水的形式，卡因达水库下游灌区采用自压管道形式。

2.1 明渠输水工程

渠道主要作用是将卡因达水库非灌溉用水引至乌什水水库引水渠中，在通过乌什水水库引水渠向下游一六八团乌什水水库调水。

渠道布置需对沿线地层岩性，地下水埋深，建筑材料来源和现状渠系建筑物等因素进行考虑。管道沿现状卡因达西一支渠渠线布置，新建渠道可以在原渠旁与管道平行布置，或重新选线布置。因在管道4+095处地面高程为860.79 m，远远小于乌什水水库引水渠连接点高程905.34 m，故明渠不能沿管道沿线布置，故需重新选线。

根据地形资料，本工程渠道0+000～3+650段纵断面设计主要依据现有卡因达东支渠的渠底纵坡布置，3+650～9+000段则结合现状地形坡降，地层岩性等因素布置。渠道总长9 km，设计流量0.58 m3/s，加大流量0.75 m3/s，渠道采用梯形断面，经计算:底宽 0.5 m，渠深 0.75m，边坡系数 1∶1.5,上口宽 2.75 m，水深0.42 m，具体详见表1。根据《水工建筑物抗冻设计规范》（SL211-2006），本项目处于严寒地区，砼强度等级均采用C20，F150，W6。上层采用10 cm砼板，第二层防渗结构铺设一布一膜，膜厚0.3 mm，布重均为150 g/m2，其下采用30 cm厚砂砾石垫层。需在渠道边板二分之一处及底部各设一道纵缝，横缝间距均为2.5 m。填缝材料上为2.0 cm聚氨酯灌缝，下填5.5～7.5 cm苯板，预留0.5 cm预胀缝，横缝宽度为1.5 cm。工程包括9 km渠道，1座过路涵洞、2座渡槽。渠道水利要素见表1。

表1 渠道水力要素

2.2 管道输水工程

卡因达水库距下游控制区域自然落差较大，可以充分利用地形落差建设成自压管道，将所控制的耕地全部发展成自压滴灌工程，且自压管道工程可以减少能耗，降低运行成本，增加效益。管道首端从卡因达水库已建消力池后的明渠段左侧0+013处修建分水闸，后接DN700钢管处引水。管道末端接待建滴灌系统首部。管道控制面积0.71万亩，为团场口粮田和经济作物主产区。管道总长4.32 km，设计流量0.26～0.15 m3/s，即927 m3/h～535 m3/h，经计算:管道采用 0.4 MPa～1.0 MPade450、de355UPVC管。输水管道沿现状卡因达西一支渠渠线布置，输水管道与卡因达西一支渠明渠中心线平均距离4 m。

卡因达水库向乌什水水库输水采用明渠+引水管道方案，即管道首端从卡因达水库已建消力池后的明渠段左侧0+013处修建分水闸，后接DN700钢管处引水。

3 方案二：管道输水

卡因达水库向乌什水水库输水采用管道输水方案，管道不仅负责卡因达水库向一六八团乌什水水库调水，还负责卡因达水库下游灌区引水。

本次设计管道规模按干旱年5月份调水及引水同时进行的最不利的情况确定。

调水管道规模为0.58 m3/s，引水管道规模为0.26 m3/s～0.15 m3/s，可知本次设计管道规模为0.84 m3/s～0.73 m3/s。即3015 m3/h～2623 m3/h。新建管道布置在卡因达水库西一支渠右侧，管道首端从卡因达水库已建消力池后的明渠段左侧0+013处修建分水闸，后接DN800玻璃钢管处引水，管道总长5.1 km。在管道2+270处设置分水口，控制耕地0.3万亩，在管道4+320处设置分水口，控制耕地0.41万亩。管道末端通过消力池消能再后通过已建乌什水引水干渠将抗旱应急水量引至乌什水水库，以保障下游水库灌区干旱年2.21万亩基本口粮田作物生长关键期用水。管道总长5.1 km，其中0+000～2+270段为 0.4 MPaDN800玻璃钢管，2+270～2+600段为0.4 MPaDN700玻璃钢管，2+600～3+600段为0.6 MPaDN700玻璃钢管，桩号3+600～5+100段为1.0 MPaDN700玻璃钢管。输水管道沿现状卡因达西一支渠渠线布置，输水管道与卡因达西一支渠明渠中心线平均距离4 m。

4 案对比分析

4.1 经济性比较

方案二为管道输水方案，方案一为“渠道+管道”输水方案，首先从经济方面进行分析：

渠道部分主要工程量：挖土方2.21万m2，挖石方1.47万m2，回填土方1.29万m2，C20砼3311 m3，砂砾石垫层9516 m3，一布一膜3.14万m2，聚氨脂13 m3，苯板65 m3，工程价格方面具有一定的优势。

管道的造价相对于渠道费用高出大约15%，由于保密性暂不公开总体造价，但基本判断也可知，方案二的工程造价要高于方案一，如果从经济性的角度考虑，应选择经济性较好的方案一，以此可以较大节省工程成本，但事实上，对于该应急水库连通工程，更应该考虑技术效果，应该从技术经济性方面去详细考虑。

4.2 技术效果

对方案二和方案一进行技术效果比较，发现方案二表现出一定的优势，即“管道输水方案”相对于“渠道+管道输水”方案具有一定的技术效果优势。

（1）管道与渠道相比，在春季抢洪期，管道可将抢洪期提前，避免由于渠道内冰雪堆积、输水不畅，而造成抢洪期推迟的问题。

（2）渠道每年5月上旬左右全渠才可按设计流量引水，管道工程按此推算，在5月上旬前只要小于管道（本次设计）引水设计流量的河道来水均可全部引入乌什水水库，管道可提高冬季安全引水的保障率和引水可靠程度。

（3）采用管道输水方案，冬季引水安全快捷，利用水利工程措施改善引水条件，减少人员巡视工程量，确保安全引水更为重要。

（4）该工程处于低山丘陵地带，地形起伏较大，如用管道输水，可避免渠道输水条件下大开挖工程，且大开挖后的渠段，冬季将形成大量积雪，为来年春汛带来隐患，而管道由于随地形起伏布设，开挖量小，基本无大开挖管段，且开挖回填后，可恢复原貌。

（5）管道渗漏量小，可提高水利用率。

（6）渠道改为管道可净化水质。渠道输水沿渠道各类漂浮物、牲畜粪便等影响水质，管道输水首端位于卡因达水库已建消力池后的明渠段左侧0+013处，沿途无杂物进入管道，水质有保证。

4.3 比较结果

通过上述比较，方案二在技术效果上优于方案一，但方案二在经济性方面要差于方案一，而从技术经济学以及结合项目本身考虑，方案二就明显优于方案一，具体可以用公式（1）体现，公式（1）由技术经济学比选公式推导而来：

式（1）中，C为结果值，该值大于1，说明方案二优于方案一，e为经济值，t为技术效果要点值，对于该项目，e2代表方案二的经济值，e1代表方案一的经济值，由上文所述方案二的经济投资要高于方案一15%知，（1）式中分母为1.15。

t为技术效果要点值，技术要点包括应急需求、引水可靠程度、安全程度、水质、水利利用率等技术要点，下标2和1代表方案二与方案一，下标i与j值的不同，代表技术要点的不同，虽然t值无法量化，但可以基本判断，从4.2节的分析可以看出，上述技术要点的叠加，明显方案二减去方案一的技术要点值要大于1.15，故，C值大于1。

综上所述，结合技术经济学原理，认为方案二优于方案一，故本次输水建筑物选定方案二，即管道输水方案。

5 结论

第九师一六五团抗旱应急水库连通工程项目依据文中所述比选结果，最终选择了方案二，在春季抢洪期，管道将抢洪期提前，避免了由于渠道内冰雪堆积、输水不畅，而造成抢洪期推迟的问题，同时，管道提高了冬季安全引水的保障率和引水可靠程度，引水安全快捷，保证了水质，提高了利用率，减少人员巡视工程量，确保了安全引水。

目前，在输水建筑物的比选上，仍存在较多的技术效果和经济效果不能兼得两种方案的比选，鉴于此，设计者可以参考该文的方法，从技术经济学角度，去选出技术经济性较优的方案。

TV672.1

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1673-9000（2017）05-0035-03

2017-05-15

陈献伟（1987-），男，河南驻马店人，工程师，主要从事水利工程造价与项目管理工作。