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DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201720151
摘要：为了对杀牛冲水库输水建筑物进行优化设计，结合工程现有输水隧洞条件，合理设计一条输水总管道，以节省总投资。通过对输水建筑物轴线、取水口、输水隧洞和输水总管道的优化设计，为工程施工建设提供了重要设计方案保障。
关键词：水库；取水口；输水建筑物；隧洞
1 工程概况
杀牛冲水库是一个以城镇供水和农村人畜饮水为主，兼顾灌溉的水利工程。工程主要任务是解决聚凤乡集镇、周边村寨人畜饮水，即供1.73万人和0.37万头大小牲畜用水，同时兼顾解决该地区2650亩耕地的灌溉问题。杀牛冲水库集水面积4.04km2（其中引洪面积1.95km2），坝址以上河长1.70km，平均比降为31.95‰；多年平均径流量115.0万m3，多年平均流量0.0365m3/s。输水建筑物级别为4级。
2 输水建筑物轴线选择
输水隧洞位于库区右岸，为已建隧洞，隧洞断面受当时施工技术限制，断面不规则，一般高为1.5～2m，宽1.5～1.8m，洞身长687m，最大埋深68m，最薄处约50m，进口处高程114035m，出口高程1136.00m，比降0.6%，隧洞走向115°。设计对原隧洞进行清淤扩宽改造，不再新建输水隧洞。为了节省投资，人饮灌溉从取水口至水厂采用一条输水总管道，输水总管从输水隧洞引出，顺山而下至水厂，全长1162m，总管为钢管，直径450mm（壁厚8mm）。
3 输水建筑物
3.1 取水口设计
3.1.1 取水口布置
根据工程枢纽布置，取水口布置于库区右岸，取水设施为已建隧洞内埋管，在隧洞进口为C15砼挡墙，在挡墙上设拦污栅（1.4×1.5m）一扇，进水孔直径为1.0m。在输水隧洞桩号0+076～0+96设一堵洞体，堵洞体上设一直径为450mm的取水钢管（输水总管），管底高程为1140.95m。在输水总管上距堵洞体后1.5m处及隧洞出口前1.5m处各设置φ450mm闸阀一个，供水设计流量为Q=0.127m3/s。
3.1.2 最小淹没深度计算
供水取水口按照有压进水口设计，最小淹没深度按戈登公式估算，得最小淹没深度为0.36m。
3.1.3 进口底板高程的确定
杀牛冲水库平均淤沙高程1139.76m，死水位为1142.2m，根据上述原则，最终确定取水管进口底板高程为1140.95，高于淤沙高程，低于死水位1.25m，大于最小淹没深度，可满足要求。
3.2 输水隧洞设计
输水隧洞位于库区右岸，为已建隧洞，隧洞断面受当时施工技术限制，断面不规则，一般高为1.5～2m，宽1.5～1.8m，洞身长687m，最大埋深68m，最薄处约5.0m，进口处高程114035m，出口高程1136.00m，比降0.6%，隧洞走向115°。设计对原隧洞进行清淤扩宽，隧洞设计断面尺寸为2.2×3.0m（宽×高），桩号0+000～0+060、0+667～0+687段为C20钢筋砼衬砌，厚30cm，桩号0+060～0+667段两侧墙及底板采用C15砼衬砌厚20cm，顶拱喷C20砼支护，厚10cm。
3.3 输水总管道设计
3.3.1输水总管方案比选
输水总管不存在跨河、沟、公路等其它建筑物，管线简单。输水总管全1162m，设计引用流量0.127m3/s，管内径450mm。对输水总管选择无缝钢管（管壁厚8mm）DN450mm与PE管（100级，1.6MPa）DN450mm进行了技术经济比较。经市场询价结合设计概算，将其折算为单位每米价格，则钢管为616.71元/米，PE管为838.51元/米，上面单价均不含运输安装费。钢管管材总价为71.66万元，PE管材总价为97.43万元，就管材而言PE管比钢管投资多25.77万元。土建方面，输水管线经过的路线地层岩性为灰岩，基岩裸露。若采用PE管，为了防止老化，必须将其下埋，开挖管沟施工难度较大，投资较大，若采用钢管，用砼镇支墩支护，施工难度相对较小。PE管土建投资46万元，钢管土建投资31万元，PE管土建投资比钢管多15万元。综上所述PE管方案比钢管方案多投资40.77万元，钢管方案较经济，推荐钢管方案。
3.3.2輸水总管设计流量
杀牛冲水库为小（1）型水库，水库建成后主要解决聚凤乡集镇及周边村寨人口17364人、大小牲畜3755头的饮水及辖区内2650亩地灌溉的用水问题。设计水平年供水范围集镇、农村人畜需水总量为89.0万m3，最大日用水量2438.3 m3 /d。根据《村镇供水工程技术规范》（SL3102004）规定，人畜饮水采用全日制供水，最大日供水量大于1000 m3/d，小于5000m3/d时其时变化系数KS为1.8～2.2，经计算人畜饮水最大日引用流量为0.062m3/s。灌区设计灌溉面积2650亩，各农作物种植面积分别为：水稻种植面积为500亩，玉米种植面积为825亩，烤烟种植面积为1325亩。根据《灌溉与排水工程设计规范》（GB5028899）的规定，灌溉水利用系数综合取0.882。根据水文资料长系列计算可知，多年平均灌溉用水量为38.7万m3，P=80%保证率年灌溉用水量为45.0万m3。水稻在泡田期时日需水量最大，一日最大灌水定额5.67m3/亩；同时期玉米和烤烟一日最大灌水定额分别为1.45m3/亩和1.22m3/亩。灌溉最大日用水量主要由水稻、玉米和烤烟的用水量组成，经计算灌溉最大日引水流量为0.065m3 /s。为了节省投资，人饮灌溉从取水口至水厂采用一条输水总管道，在水厂再分为灌溉管道和人饮管道，则输水总管道的引水流量为人饮加灌溉的引用流量，即Q=0.062+0.065=0.127m3/s。
4 结语
杀牛冲水库兴建后，很好地解决了聚凤乡群众饮水、灌溉用水难的问题，同时也为聚凤乡的经济发展奠定了坚实的基础。合理输水建筑物优化设计，可以为工程安全可靠、节能经济的高效优质施工建设提供重要的技术指导。
参考文献：
[1]岳明明，杨庆华，王有祥.齐心水库泄洪、输水建筑物位置及型式比较[J].黑龙江水利科技，2014，42（03）：6465.
作者简介：陈祥勇（1989），男，贵州省正安县人，本科，助理工程师，主要从事水利工程设计，水利工程建设。
摘要：为了对杀牛冲水库输水建筑物进行优化设计，结合工程现有输水隧洞条件，合理设计一条输水总管道，以节省总投资。通过对输水建筑物轴线、取水口、输水隧洞和输水总管道的优化设计，为工程施工建设提供了重要设计方案保障。
关键词：水库；取水口；输水建筑物；隧洞
1 工程概况
杀牛冲水库是一个以城镇供水和农村人畜饮水为主，兼顾灌溉的水利工程。工程主要任务是解决聚凤乡集镇、周边村寨人畜饮水，即供1.73万人和0.37万头大小牲畜用水，同时兼顾解决该地区2650亩耕地的灌溉问题。杀牛冲水库集水面积4.04km2（其中引洪面积1.95km2），坝址以上河长1.70km，平均比降为31.95‰；多年平均径流量115.0万m3，多年平均流量0.0365m3/s。输水建筑物级别为4级。
2 输水建筑物轴线选择
输水隧洞位于库区右岸，为已建隧洞，隧洞断面受当时施工技术限制，断面不规则，一般高为1.5～2m，宽1.5～1.8m，洞身长687m，最大埋深68m，最薄处约50m，进口处高程114035m，出口高程1136.00m，比降0.6%，隧洞走向115°。设计对原隧洞进行清淤扩宽改造，不再新建输水隧洞。为了节省投资，人饮灌溉从取水口至水厂采用一条输水总管道，输水总管从输水隧洞引出，顺山而下至水厂，全长1162m，总管为钢管，直径450mm（壁厚8mm）。
3 输水建筑物
3.1 取水口设计
3.1.1 取水口布置
根据工程枢纽布置，取水口布置于库区右岸，取水设施为已建隧洞内埋管，在隧洞进口为C15砼挡墙，在挡墙上设拦污栅（1.4×1.5m）一扇，进水孔直径为1.0m。在输水隧洞桩号0+076～0+96设一堵洞体，堵洞体上设一直径为450mm的取水钢管（输水总管），管底高程为1140.95m。在输水总管上距堵洞体后1.5m处及隧洞出口前1.5m处各设置φ450mm闸阀一个，供水设计流量为Q=0.127m3/s。
3.1.2 最小淹没深度计算
供水取水口按照有压进水口设计，最小淹没深度按戈登公式估算，得最小淹没深度为0.36m。
3.1.3 进口底板高程的确定
杀牛冲水库平均淤沙高程1139.76m，死水位为1142.2m，根据上述原则，最终确定取水管进口底板高程为1140.95，高于淤沙高程，低于死水位1.25m，大于最小淹没深度，可满足要求。
3.2 输水隧洞设计
输水隧洞位于库区右岸，为已建隧洞，隧洞断面受当时施工技术限制，断面不规则，一般高为1.5～2m，宽1.5～1.8m，洞身长687m，最大埋深68m，最薄处约5.0m，进口处高程114035m，出口高程1136.00m，比降0.6%，隧洞走向115°。设计对原隧洞进行清淤扩宽，隧洞设计断面尺寸为2.2×3.0m（宽×高），桩号0+000～0+060、0+667～0+687段为C20钢筋砼衬砌，厚30cm，桩号0+060～0+667段两侧墙及底板采用C15砼衬砌厚20cm，顶拱喷C20砼支护，厚10cm。
3.3 输水总管道设计
3.3.1输水总管方案比选
输水总管不存在跨河、沟、公路等其它建筑物，管线简单。输水总管全1162m，设计引用流量0.127m3/s，管内径450mm。对输水总管选择无缝钢管（管壁厚8mm）DN450mm与PE管（100级，1.6MPa）DN450mm进行了技术经济比较。经市场询价结合设计概算，将其折算为单位每米价格，则钢管为616.71元/米，PE管为838.51元/米，上面单价均不含运输安装费。钢管管材总价为71.66万元，PE管材总价为97.43万元，就管材而言PE管比钢管投资多25.77万元。土建方面，输水管线经过的路线地层岩性为灰岩，基岩裸露。若采用PE管，为了防止老化，必须将其下埋，开挖管沟施工难度较大，投资较大，若采用钢管，用砼镇支墩支护，施工难度相对较小。PE管土建投资46万元，钢管土建投资31万元，PE管土建投资比钢管多15万元。综上所述PE管方案比钢管方案多投资40.77万元，钢管方案较经济，推荐钢管方案。
3.3.2輸水总管设计流量
杀牛冲水库为小（1）型水库，水库建成后主要解决聚凤乡集镇及周边村寨人口17364人、大小牲畜3755头的饮水及辖区内2650亩地灌溉的用水问题。设计水平年供水范围集镇、农村人畜需水总量为89.0万m3，最大日用水量2438.3 m3 /d。根据《村镇供水工程技术规范》（SL3102004）规定，人畜饮水采用全日制供水，最大日供水量大于1000 m3/d，小于5000m3/d时其时变化系数KS为1.8～2.2，经计算人畜饮水最大日引用流量为0.062m3/s。灌区设计灌溉面积2650亩，各农作物种植面积分别为：水稻种植面积为500亩，玉米种植面积为825亩，烤烟种植面积为1325亩。根据《灌溉与排水工程设计规范》（GB5028899）的规定，灌溉水利用系数综合取0.882。根据水文资料长系列计算可知，多年平均灌溉用水量为38.7万m3，P=80%保证率年灌溉用水量为45.0万m3。水稻在泡田期时日需水量最大，一日最大灌水定额5.67m3/亩；同时期玉米和烤烟一日最大灌水定额分别为1.45m3/亩和1.22m3/亩。灌溉最大日用水量主要由水稻、玉米和烤烟的用水量组成，经计算灌溉最大日引水流量为0.065m3 /s。为了节省投资，人饮灌溉从取水口至水厂采用一条输水总管道，在水厂再分为灌溉管道和人饮管道，则输水总管道的引水流量为人饮加灌溉的引用流量，即Q=0.062+0.065=0.127m3/s。
4 结语
杀牛冲水库兴建后，很好地解决了聚凤乡群众饮水、灌溉用水难的问题，同时也为聚凤乡的经济发展奠定了坚实的基础。合理输水建筑物优化设计，可以为工程安全可靠、节能经济的高效优质施工建设提供重要的技术指导。
参考文献：
[1]岳明明，杨庆华，王有祥.齐心水库泄洪、输水建筑物位置及型式比较[J].黑龙江水利科技，2014，42（03）：6465.
作者简介：陈祥勇（1989），男，贵州省正安县人，本科，助理工程师，主要从事水利工程设计，水利工程建设。