（水利工程专业论文）葫芦岛市龙源供水一期工程规划设计.pdf

大连理工大学专业学衍颐士学位论文 摘要 葫芦岛市是我省西南部地区的沿海城市，自上个世纪3 0 年代起，海域潜在的生产 力优势促进了葫芦岛市的人口增长和生产力的发展，使之成为辽宁西部的工业区之一。 但长期以来，水源短缺的问题严重影响着葫芦岛市国民经济的发展，加之近年来工业发 展带来的水源污染问题、超采地下水带来的地下漏斗扩大、海水倒灌以及日趋明显的环 境破坏，迫切需要相关工作人员采取工程技术及管理措施，解决日趋恶化的水源短缺问 题。 本文以辽宁省葫芦岛市龙源供水( 一期) 工程为工程背景，针对葫芦岛市近期和未 来2 0 1 5 年的水源短缺情况，通过对工业、农业、居民生活、流域降水、蒸发渗漏、地 下水源开采等内容的计算，完成了葫芦岛市水资源分析，明确了该地区水源供需状况， 提出了从龙屯水库及六股河干流绥中枢纽引水的输水方案，经技术、经济方案比较初步 拟定了输水路线，并完成了输水管路的布置、管道材料及结构的相关计算，规划并设计 了绥中枢纽的部分水工建筑物。 由于葫芦岛市青山水库工程迟迟未被批准，该地区水源短缺问题的解决受到一定影 响，而龙源供水( 一期) 工程的输水方案便成为解决该问题的主要手段。本文通过对该 方案中的相关问题的研究与论述，认为该工程满足方案可行性、经济合理性及技术先进 性等方面的要求，应该开展进一步的论证，促使该项目早日实施。 关键词：水源短缺；水资源分析；输水方案；水工建筑物 葫芦岛市龙源供水( 一期) 工程规划设计 d e s i g no nl o n g y u a nw a t e rs u p p l y ( i ) o f h ul ui s l a n dc i t y a b s t r a c t h ul ui s l a n di sac o a s t a lc i t yl o c a t i n go nt h es o u t h - w e s to fl i a o n i n gp r o v i n c e t h e p o p u l a t i o na n dp r o d u c t i v i t yw e r ed e v e l o p e db yp o t e n t i a li n s h o r ea d v a n t a g es i n c et h e3 0 sl a s t c e n t u r y h ul ui s l a n dh a sb e e o m e do n eo ft h ew e s ti n d u s t r i a la r e a si nl i a o n i n gp r o v i n c en o w h o w e v e r , t h ew a t e rs h o r t a g eh a ss e r i o u s l ya f f e c t e dt h ed e v e l o p m e n to ft h en a t i o n a le c o n o m y f o ral o n gt i m e s om a n yp r o b l e m ss u c ha sw a t e rp o l l u t i o n , u n d e r g r o u n df u n n e le x p r e s s i o n c a u s e db ye x c e s s i v e l ye x t r a c t i n gu n d e r g r o u n dw a t e r ，s e a w a t e ri n t r u s i o na n dt h ee n v i r o n m e n t d a m a g e da l o n gt h et i m e ，m a k et h er e l a t i v i t yo p e r a t o r s t ot a k es o m e e n g i n e e r i n ga n d m a n a g e m e n tm e t h o df o rt h ew o r s ep r o b l e mo fw a t e rs h o r t a g e t h ep r o j e c to fl o n g y u a nw a t e rs u p p l y ( i ) i nh ul ui s l a n dc i t y ，l i a o n i n gp r o v i n c ew a s t o k e na st h eb a c k g r o u n di nt h ep a p e r ，c a l c u l a t e dt h ew a t e ro fi n d u s t r y ，a g r i c u l t u r e ，l i v i n g ，r a i n , e v a p o r a t i o n , e x p l o i t a t i o no fg r o u n d w a t e rs o u r c e ，f i n i s h e dw a t e r r e s o u r c ea n a l y s i sa n dd r o w n o u tt h ec o n d u c t i o no fw a t e rs u p p l yd e m a n d ，b r o u g h tf o r w a r dam e t h o do fw a t e r t r a n s p o r t a t i o n f o r ms u i z h o n gh y d r o - j u n c t i o nb e i n go nm a i ns t r e a mo ft h el i ug ur i v e rt ot h el o n g t u n r e s e r v o i r w i t ht h ec o m p a r i s o ni nt e c h n i c a la n de c o n o m i c ，w a t e rp i p e sw e r ec o m p l e t e d ，t h e m a t e r i a lo ft h ep i p e sw e r es e l e c t e d ，t h ep i p es t r u c t u r ea n ds o m eh y d r a u l i cs t r u c t u r e sw e r e d e s i g n e d w a t e rs h o r t a g ew a sas e r i o i l sp r o b l e mf o rt h er i g e o na n dl o n g y u a nw a t e rs u p p l y e n g i n e e r i n g ( i ) b e c a m et h em a i nm e t h o mf o rt h ei s s u ew h i l et h eq i n g s h a nr e s e r v o i rb e i n g d e l e y e df o ral o n gt i m e w i t hr e s e a r c h i n go nt h ep r o j e c t , t h ec o n c o l u t i o nw a sd r a w e dt h a tt h e l o n g y u a nw a t e rs u p p l ye n g i n e e r i n g ( i1m e t e dt h er e q u i r e m e n t so fe c o n o m i cd e v e l o p m e n t , m e t h o df e a s i b i l i t ya n da d v a n c e dt e c h n o l o g y s oi tw a sn e c e s s a r yf o ru st oh a v eaf u r t h e r d i s c u s s i o na n dp r o m o t e 也ep r o j e e ti m p l e m e n t e de a r l i e r k e y w o r d s ：w a t e rs h o r t a g e ；w a t e ra n a l y s i s ；m e t h o do fw a t e rt r a n s p o r t a t i o n ：h y d r a u l i c s t r u c t u r e s i l 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 作者签名：篮整日期：婴年月望日 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文题目：一 萤苣岛壹龙疆垡盎( 二期) 王猩规茁9 遮i 土 作者签名：j 塞蹙日期：兰堕年厶月望日 导师签名：盈洌一日期：2 阜年月笪日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 绪论 我国水资源短缺，人均占有量不均，且时空分配不均，再加上水资源污染，由此带 来的水资源供需矛盾日益加剧，在一些地区水资源短缺已在一定程度上制约了社会经济 的发展。水资源问题已成为2 1 世纪生存和可持续发展的一个重要因素，就近取水已不 能满足人们生活和生产的需要。我国以南水北调工程为显著标志的跨流域调水、长距离 输水管道系统的兴建越来越多，大规模、长距离、跨流域调水成为人类重新分配水资源， 缓解缺水地区供需矛盾的主要途径，日益引起社会的广泛重视j 。本文以辽宁省葫芦岛 市输水工程为研究内容( 对象) ，就输水工程中的部分问题进行研究。 1 1 工程设计背景 葫芦岛市位于渤海之滨，地处辽宁省西南端，东邻锦州市，西接山海关，北靠朝阳 市，素有矗关外第一市 的美称。东距省会城市沈阳31 5 k i n ，西距首都北京市4 8 0 k m 。 地理座标在北纬3 9 。5 9 - - 4 1 。1 2 ，东经1 1 9 。1 2 4 7 ”1 2 1 。0 2 之间，城市东西 长1 5 0 k m ，南北宽1 3 3 k m ，拥有海岸线2 5 8 k m 。葫芦岛市市域总面积为1 0 4 万k m 2 ，辖 3 个市辖区( 连山区、龙港区、南票区) 、2 个县( 绥中县、建昌县) 、1 个县级市( 兴城 市) 、3 5 个街道办事处、3 4 个镇、5 9 个乡( 含2 2 个民族乡) 、2 0 7 个社区居委会、1 0 6 6 个村民居委会。 自上个世纪3 0 年代起，海域潜在的生产力优势促进了葫芦岛市的人口增长和生产 力的发展，使之成为辽宁西部的工业重镇之一。1 9 8 9 年葫芦岛市又升格为地级市，使之 逐步成为我省西部地区的政治、经济和文化中心。未来葫芦岛市将发展成为以石油化工、 有色冶金、机械造船、能源四大支柱产业为主体，以建材、采矿、旅游为辅的现代化沿 海港口开放城市。 随着国家“振兴东北 战略的实施，我省2 0 0 3 年提出了加快辽西北地区经济发 展规划纲要、2 0 0 4 年又制定了辽宁省人民政府关于支持辽西北地区经济和社会发展 的若干政策意见，这些为葫芦岛市的再次快速发展提供了难得机遇。特别是在当前国 内各地普遍出现重化工业加速发展的情况下，拥有良好重化工业基础，同时坐拥连接东 北到华北咽喉区位的葫芦岛市，无疑将进入一个再次快速发展的历史新时期。 葫芦岛市城区总人口为4 3 2 万人，供水普及率为9 3 。根据调查，2 0 0 4 年葫芦岛 市城区水源生活取水量为2 2 6 6 万i n 3 ，生活供水量为2 0 8 4 万m 3 ，生活用水量1 6 6 7 万 m 3 ，漏失水量4 1 7 万m 3 ，城区内管网漏失率为2 0 。人均生活取水量为1 5 5 升入d ， 人均综合生活用水量为1 1 4 升人d 。根据调查，葫芦岛市城区居民生活用水量约占综 葫芦岛市龙源供水( 期) 工程规划设计 合生活用水量的7 3 ，故人均生活用水定额为8 3 升入d ，人均公共设施用水定额为 3 1 升人d 。由于地域差异和经济发展的不平衡，人均生活用水量区域差异较大。根据 调查，2 0 0 0 年南方城市平均人均综合生活用水量为2 5 7 升人d ，北方城市平均人均综合 生活用水量为1 8 6 升人d ，全国城市平均人均综合生活用水量为2 1 9 - 2 2 7 升人d ， 而2 0 0 4 年葫芦岛市城区人均综合生活用水量仅为1 1 4 升人d 。由此可见，即使按2 0 0 0 年北方城市平均水平，葫芦岛市城区人均综合生活用水量也是明显偏低的。 葫芦岛市城区2 0 0 4 年工业总产值为1 4 8 8 亿元，工业取水量为6 0 0 3 万m 3 ，工业用 水量5 9 0 5 万m 3 ，城区万元产值取水定额3 9 7 m 3 万元，工业用水重复利用率为8 5 。 葫芦岛市城区缺水已严重地制约了葫芦岛市国民经济的发展。葫芦岛市自1 9 8 9 年6 月 1 2 日升格为地级市以后，城区规模迅速扩大，人口不断增加，原本供水紧张的城区缺水 更加严重。1 9 9 3 年建成了乌金塘新水源，但是在2 0 0 2 年，由于位于水库上游的女儿河、 甲河、钢屯河的3 0 0 余家选矿厂的尾矿渣、选矿废水不经处理就混同河水注入了乌金塘 水库，使鸟金塘水库的水质受到了严重的污染。经检测，乌金塘水库水质铝含量超国家 标准( 每升水钼含量不大于o 0 7 毫克) 1 1 6 4 倍，目前乌金塘水库水源只能满足工业用 水需求。2 0 0 0 年平山水源的建成为解决葫芦岛市的缺水问题起到了相当大的作用，但是 葫芦岛市城市发展迅速，平山水源的供水量仍不能满足城区的用水要求。 目前，葫芦岛市城区水资源短缺且污染严重，葫芦岛市城区主要依靠超采地下水来 维持工业与生活用水，而地下水的严重超采，造成海水入侵，致使部分地区生态环境恶 化。因此，解决城区供水水源问题，已经是葫芦岛市城市建设中刻不容缓的主要任务之 一，而解决缺水问题只有靠外流域调水。 由葫芦岛市城区现状水资源供需分析及设计水平年水资源供需分析得知，葫芦岛市 城区现状缺水达到1 5 4 2 - - - 1 8 6 5 万n 1 3 ，日缺水在4 2 5 。1 万t 之间，而且随着葫芦岛市 城区的扩大、人口的增加及国民经济的发展和人民生活水平的提高，城区缺水将越来越 严重，到2 0 1 5 年葫芦岛市城区年缺水将达到4 7 8 0 万m 3 ，日缺水1 3 1 万t 。水资源短缺 已制约了葫芦岛市的城市发展和人民生活水平的提高。为保障葫芦岛市城市经济的可持 续发展，必须开辟新水源。通过对葫芦岛市市域范围内水资源状况进行分析，未来葫芦 岛市城市供水只能通过开发地表水资源，实施跨流域调水才能解决。 葫芦岛市西部的六股河、狗河流域水资源比较丰富，现状水资源开发利用程度较低， 仅为1 9 2 6 和6 7 ，多年平均有5 9 3 亿m 3 的水量由于没有利用而白自流入大海。因 此，合理开发六股河、狗河流域的水资源，解决葫芦岛市城区的缺水问题是完全可能的。 综上所述，为解决葫芦岛市城区水资源的严重不足，保证葫芦岛市经济持续稳定的 发展，在保护水资源和强化推行工业与生活节水措施的同时，积极采取跨流域调水措旋 2 大连理工大学专业学位硕士学位论文 不仅是十分必要的，而且也是解决葫芦岛市城区缺水矛盾的唯一选择。目前六股河、狗 河流域水资源比较丰沛，水资源开发利用程度较低，进行跨流域调水即可以开发利用六 股河、狗河流域的水资源，又可以缓解葫芦岛市水资源短缺问题，因此，龙源供水工程 的兴建是十分必要的，也是切实可行的。 由于葫芦岛市城区目前缺水严重，而且龙源供水工程涉及面广，投资较大，考虑到 葫芦岛市目前财政状况较为紧张，工程一次建成资金融资压力较大。因此，考虑先期修 建龙源供水一期工程，以解决葫芦岛市近期水资源短缺问题，为葫芦岛市的经济发展提 供水资源保障。待一期工程竣工后，可根据葫芦岛市未来几年用水量增长的实际情况， 适时进行二期工程的建设，修建猴山闸及猴山输水隧洞，这样既不会影响未来城市用水 的需求，又可避免未来城市需水增长减缓所带来的财务风险。因此说工程分期建设是合 适的，也是可行的。 龙源供水( 一期) 工程是在六股河干流绥中县城附近修建绥中枢纽，利用已成水库 龙屯水库，通过闸库联合调度，连续枯水年采用地下水备用井作为补充水源，通过 龙屯水库绥中枢纽输水管线和绥中葫芦岛( 龙源净水厂) 输水管线将六股河流域的 水资源调入葫芦岛市，满足葫芦岛市城区近期的需水要求。 1 2 国内外输水工程现状 1 2 1国内输水工程 水资源是自然环境的基础，是维持生态系统的控制性要素，同时又是战略性经济资 源，为综合国力的有机组成部分。水资源时空分布不均，以及用水量的不断增加和水污 染的日益严重，导致世界很多地区缺水【2 】。为了支撑经济的发展，提高人们的生活水平， 解决地区的缺水问题，许多国家都兴建了或者正在筹建一些大型或特大型的输水系统。 我国幅员辽阔、地大物搏，引水工程历史悠久，早在公元前4 8 6 年修建的引长江水入淮 河的邗沟工程、公元前2 5 6 年修建的都江堰引水工程、公元前2 1 9 年建成的沟通湘江( 长 江水系) 和漓江( 珠江水系) 的灵渠、公元1 2 9 3 年全线贯通的京杭大运河等早期跨流 域调水工程，主要用于漕运和农业灌溉。这些工程的修建，缓解了工程附近农业缺水问 题，推动了当时社会经济的发展，经过近千年的风雨考验和历朝历代维护维修，在当今 仍正常运行，成为造福千秋的传世佳作。近年来，随着我国社会生产力的飞速发展，随 着改革开放对各种资源的需求，我国很多地方在兴修大型水利枢纽工程的过程中，也相 继上马了很多著名的引水工程。如江苏江水北调工程、广东东深工程、温州市曹平至永 强输水工程、冀津引滦工程、冀豫引黄入淀工程、引滦入津工程、山东引黄济青工程、 河北省邯郸羊角输水工程、引岳济邯工程、石家庄黄壁水库供水工程、保定西大洋水库 葫芦岛市龙源供水( 一期) 工程规划设计 供水等大型输水工程、甘肃引大入秦工程及山西引黄入晋工程等。东深工程的建设为香 港的持续稳定发展提供了强有力的资源保证；都江堰工程的扩建，使其灌溉面积由解放 初期的2 8 0 余万亩猛增到11 0 0 万亩，并担负城市生活与工业供水任务；著名的南水北 调工程正在紧锣密鼓建设r 3 j 。我省近年也先后实施并完成了营口市石门水库供水工程、 引碧入连三期工程、引白济阜工程、北票市的引白入北工程等大型输水工程，明显改善 了省内工农业用水状况，人民生活用水的质量明显提高，生态环境的恶化受到控制。 我国部分著名的跨流域调水工程如下： ( 1 ) 江水北调工程 江水北调工程从江苏省扬州江都市的江都站抽引长江水，经过l o 级提水泵站及洪 泽湖、骆马湖的调蓄送至徐州地区。工程全长4 0 0k m ，引水流量达4 7 0 m 3 s ，可灌溉农 田面积2 7 9 9 x1 0 4 h m z 。 ( 2 ) 东深供水工程 这是一项从珠江支流即东江引水，经9 座提水泵站逐级送水至深圳水库，然后用管 道送水至香港的调水工程。从1 9 6 4 年动工以来，己经三次扩建，目前可为香港每年供 水6 2 亿m 3 ，约占香港用水总量的6 0 ；为深圳每年供水i 5 亿m 3 ，灌溉农田面积 2 4 6 h m 2 。 ( 3 ) 引滦工程 它是自滦河流域向海河流域的天津、唐山两市供水的跨流域调水工程，始建于1 9 8 2 年，1 9 8 6 年完工，年调水量可达1 9 5 亿i n 3 。 ( 4 ) 引黄济青工程 它是从黄河下游打渔张引水闸引水( 设计引水流量7 5 m 3 s ) ，经3 座提水泵站( 总扬程 2 9 1 5 m ) 逐步送水至沿海城市青岛市。工程全长2 6 2 k m 。其中渠道2 1 3 k i n ，管道2 2 k m ， 年调水量为6 3 5 亿m 3 。 ( 5 ) 引大入秦工程 这是一项将大通河水调至兰州市以北6 0 k i n 处秦王川地区的大型自流灌溉工程。设 计引水流量为3 2 m 3 s ，加大引水流量3 6 m 3 s ，灌溉面积8 6 万亩，全部完工后每年可引 水4 4 3 亿m 3 ，工程输水道中隧洞长为7 4 9 k r n ，最长的盘道岭隧洞达1 5 7 k m 。 ( 6 ) 南水北调工程 4 1 东线调水工程：从长江中下游的扬州附近抽引长江水，利用和扩建京杭大运河逐级 提水北送，经洪泽湖、骆马湖、南四湖和东平湖，在位山附近穿过黄河后可自流，经位 临运河、南运河到天津。输水主干线长1 1 5 0 k m 。其中黄河以南6 6 0 k m ，黄河以北4 9 0 k m 。 全线最高处东平湖蓄水位与抽水水位之差为4 0 m ，共建1 3 个梯级泵站，总扬程6 5 m 。 4 大连理工大学专业学位硕士学位论文 供水范围是黄淮海平原东部地区，包括苏北、皖北、山东、河北黑龙港和运东地区天津 市等。主要任务是供水，并兼有航运、防洪、除涝等综合利用效益。 中线调水工程：从汉江丹江口水库引水，输水总干渠自陶岔渠首闻起，沿伏牛山和 太行山山前平原，京广铁路西侧，跨江、淮、黄、海四大流域，自流输水到北京、天津， 输水总干渠长1 2 4 6 k m ，天津渠长1 4 4 k i n 。中线的供水范围是北京、天津、华北平原及 沿线湖北、河南两省部分地区。主要任务是城市生活和工业供水，兼顾农业及其它用水， 输水总干渠不结合通航。汉江是中线调水工程的水源地。沿江流域多年平均天然径流量 为5 9 1 亿m 3 ，目前流域内各种用水的实际耗水量为3 7 亿m 3 ，仅占6 ，水量比较丰富。 丹江口水库多年平均天然入库径流量4 0 9 亿m 3 ，约占全流域的7 0 。现水库己建成初 步规模，发挥了防洪、发电、灌溉、航运等效益，初步具备了调水条件。按原规划完建 后期工程后，可提高汉江中下游防洪标准，增大北调水量。可行性研究阶段，考虑调水 和汉江中下游提高防洪标准的需要，推荐加高丹江口大坝至后期规模，近期先实施汉江 中下游局部补偿，调水1 4 5 亿m 3 ，最终实施中下游全面治理，调水2 2 0 亿m 3 。 西线调水工程：西线调水工程从长江上游干支流调水入黄河上游，引水工程拟定在 通天河、雅江、大渡河筑坝建库，采用引水隧洞穿过长江与黄河的分水岭巴颜喀拉山入 黄河。年平均调水量为1 4 5 到1 9 5 亿m 3 ，其中通天河为5 5 到1 0 0 亿m 3 ，雅江为4 0 至 4 5 亿m 3 ，大渡河5 0 亿m 3 ，供水范围包括青海、甘肃、宁夏、内蒙古、陕西和山西6 省( 区) 。主要任务是补充黄河水资源的不足和解决西北地区、华北西部地区工农牧业生 产和城市人畜用水。西线调水工程地处海拔3 0 0 0 至4 5 0 0 m 。由于长江上游各引水河段 的水面高程比调入黄河的水面高程低8 0 至4 5 0 m ，因此西线调水工程需要修建高坝和开 挖超长隧洞，筑坝高度为1 7 5 至3 0 0 m ，隧洞长度为3 0 至1 6 0 k m 。 1 2 2 国外输水工程 目前，世界各国和地区已建、在建和拟建的大型跨流域调水工程有1 6 0 多项【5 1 ，以 美国、前苏联、加拿大、印度、墨西哥等最为突出，建成了许多规模宏大的调水工程， 发挥了巨大的社会、经济和生态效益。国外最早的调水工程是公元前2 4 0 0 余年的埃及 尼罗河调水工程【6 】，该工程从尼罗河引水灌溉埃塞俄比亚高原南部地区。但是，国外大 量兴建跨流域调水工程，则是自1 9 世纪中叶以后。美国在1 8 4 2 年至1 9 0 4 年间，从对 克洛顿河的开发利用开始，先后兴建了克洛顿至纽约市等小型调水工程，平均输水距离 为2 5 0 k i n 。进入2 0 世纪，国外跨流域调水发展较快，已建大型的调水工程有美国联邦 中央河谷调水工程，加利佛尼亚州北水南调工程，柯罗拉多河水道工程，柯罗拉多一大 汤普森工程，特拉华调水工程，秘鲁东水西调工程，马赫斯调水工程，澳大利亚雪山调 水工程，以色列北水南调工程【7 j 。 葫芦岛市龙源供水( 一期) 工程规划设计 下面对世界上著名的跨流域调水工程的概况进行简单介绍【8 】【9 1 。 ( 1 ) 美国的东水西调 美国的东部地势较低，面临大西洋，降水较丰富，温和湿润，而西部受高大山系的 阻挡降水稀少，干旱缺水。目前美国己建成的跨流域调水工程有十多项，著名的工程有 联邦中央河谷工程、加利福尼亚北水南调工程等，这些工程年调水达到了2 0 0 亿立方米。 通过这些调水工程，加利福尼亚、洛杉矾等城市的生活和工业用水得到了保证f i o 】。 ( 2 ) 加拿大的调水工程 加拿大己建调水工程的8 0 用于水力发电，1 7 的调水工程用于灌溉；其余为城市 用水服务。如1 9 7 4 年动工兴建的魁北克调水工程，引水流量1 5 9 0m s s ，总装机容量达 1 0 1 9 万k w ，年发电量6 7 8 亿k w h 。加拿大著名的调水工程还有：邱吉尔河一纳尔逊河、 奥果基河尼比巩河、魁北克调水工程等。 ( 3 ) 澳大利亚的东水西调 为解决内陆的干旱缺水，澳大利亚在1 9 4 9 至1 9 7 5 年闯修建了第一个调水工程一雪 山工程。该工程位于澳大利亚东南部，运行范围包括澳大利亚东南部2 0 0 0 k m 2 的地域， 通过大坝和山涧隧道网，从雪山山脉的东坡建库蓄水，将东坡斯诺伊河( s n o w y r i v e r ) 的 一部分多余水量引向西坡的需水地区，沿途利用落差( 总落差7 6 0 m ) 发电供首都堪培拉和 墨尔本、悉尼等城市民用和工业用电，总装机3 7 4 万k w ，同时可供灌溉用水1 4 亿m 3 。 其总的指导思想是发电及反调节水量用于灌溉。雪山工程总投资9 亿美元，主要工程包 括1 6 座大坝，7 座电站，2 座抽水站，8 0 k m 的输水管道，1 4 4 m 的隧道。 ( 4 ) 以色列北水南调 以色列是干旱缺水的国家，全国年均降水量为2 0 0 m m ，多集中在1 1 月至次年4 月 的冬季，且降水不均，其北部年降水量为7 0 0 至8 0 0 m m ，南部2 5 m m 。北部水资源占全 国的8 0 ，可供灌溉的土地仅占3 5 ；南部干旱区水资源占2 0 ，而需灌溉的土地占人 口总数的6 5 。因此，以色列非常重视输水工程的建设。1 9 6 4 年完成了国家“北水南 调”工程，包括地下管道、明渠、水库和隧道，每年输水量是4 亿m 3 。水来自以色列 北部的加加利湖。此湖低于海平面2 0 0 m 。首先把水抽到海拔1 5 0 m 的高度，水从这个 高度流到沿海地区，再沿途泵到内盖夫地区，发展灌溉农业。 ( 5 ) 前苏联北水南调 前苏联己建的大型调水工程年调水量达4 8 0 多亿m 3 ，主要用于农田灌溉。规划中 的调水工程较多，前苏联有1 0 0 多个研究所进行调水工程的方案与技术研究，特别是花 了2 0 多年研究和规划的“北水南调工程，包括6 条调水线路，规模宏大，计划远景最 大调水总量达5 6 2 0 亿m 3 ，初期计划年调水量8 2 0 亿m 3 ，输水线路总长达1 0 4 0 0 k m ，计 6 大连理工大学专业学位硕士学位论文 划灌溉面积约4 0 0 0 万h m 2 。这些工程中较著名的有：伏尔加一莫斯科调水工程、纳伦 河锡尔河调水工程、库班河一卡劳期河调水工程、瓦赫什河一喷什河调水工程、北水 南调工程等。 ( 6 ) 巴基斯坦西水东调 巴基斯坦已建成的“西水东调”工程是平原地区采用明渠自流引水的一项典型调水 工程。该工程由印度河向东部调水，年调水量1 4 8 亿n 1 3 ，引水流量6 1 4 m 3 s ，4 个引水 口的最大引水流量2 1 1 5 m 3 s ，主要为灌溉服务，兼顾发电。 1 3 输水工程中的主要问题及研究方法 在调水工程中的长距离输水系统中，根据不同的工程地质、地形条件，在总体布置 上可以采取有压管道、分段低压、明渠、明渠和有压管道相结合以及通过泵站提升等不 同的输水型式。有压管道输水包括有压涵洞、倒虹吸、有压隧洞等型式；分段低压是指 采取一定的措施如结合井等，使整个输水系统上下游较高的水头差分配给几个有压管 段，从而做到有压管道在水力特性和结构上都合理；明渠输水是开敝式输水系统，它的 特点是具有较大的超设计输水能力，而由于地形或与其它建筑物交叉等原因，我们常在 明渠之间布置一段有压管道如有压隧洞、有压涵洞或倒虹吸；依靠泵站输水的大型跨流 域调水工程，可以将水从低处提升到高处，克服不利地形，按照实际需求进行输水。在 长距离输水的过程中，主要研究下列几方面的问题。 1 3 1 水力过渡过程的研究 水力过渡过程是长距离输水系统中普遍存在的现象，因为输水线路长，水流条件复 杂，引起水力过渡过程的原因很多，如管道中阀门的开启、关闭或振动；水泵系统中水 泵的开机或停机；水轮机起动、承受或甩掉负荷；转轮或叶轮叶片的振动或者风扇轮叶 的振动；开启或关闭控制闸门引起渠道流入或流出流量的突然变化；水坝的事故或倒塌； 由于暴雨径流造成河道流量的突然增加等原因。为满足实际输水的需要，常需要进行水 力过渡过程计算，确定由各种原因引起非恒定流时系统的水力要素变化过程，以设计出 更加优化的长距离输水系统，做到技术可行，经济上合理，也可帮助工程管理人员预测 各种可能输水情况的水力特性，保证工程的安全运行。因此进行水力过渡过程的计算， 分析过渡过程中的水流特性，对输水系统和设备的设计和运行都具有重要意义。 当水流状态从一种稳定状态变成另一种稳定状态时，它的中间流态称为瞬变流。依 据发生过渡状态所在的输水道，过渡过程可分为三类：明渠中的瞬变流；封闭管道中的 瞬变流；明满交替的瞬变流。 7 葫芦岛市龙源供水( 一期) - f 程规划设计 明渠中非恒定流是一种具有自由水面的波动。按主要作用力分，它属于重力波，即 作用力主要是重力，惯性力及摩阻力：按水质点运动方式分，它属于位移波，即在波的 传播方向上输送一定的流量，如洪水波，潮汐，溃坝波等：按波长分，它属于浅水波， 即h l 0 0 5 n l 为水深，l 为波长) ，整个断面被波动所干扰；按变化率分，它又可分为连 续波和不连续波。所谓连续波是指水深、流速等水力要素随时间或空间的变化是连续的， 水力要素的时间和空间偏导数处处存在，例如天然河道中的洪水波。所谓不连续波是指 水深、流速等水力要素值随时间或空间的变化非常迅速，水力要素的时间和空间偏导数 在某点或某些点不存在，例如涌波、坝体突然溃决所引起的冲击洪水波等。目前求解明 渠非恒定流的数值方法可以分为三大类：有限差分法、有限元法和有限分析法。 管道有压流水力瞬变引起人们的重视要追溯到十九世纪初，许多科研工作者在这方 面作了大量有益的实验研究和理论分析工作【1 。首先对水锤问题进行研究的是意大利工 程师门那布勒( m e n b r e a ) ，他在1 8 5 0 年所发表的文章中，不同于前人只注意波速，而 把着眼点放在由波的传播所引起的压力变化上面，考虑管壁和流体的弹性，利用能量原 理，导出了波速公式。意大利工程师阿列维稍后在理论分析的基础上，解决了间接水锤 的计算闯题。他在计算公式中引进了迄今仍在使用的水锤常数，对于线性启闭规律条件 下的阀门端的水锤压力，他提供了一套图表，便于实际应用。1 9 4 0 至1 9 6 0 年，础c h 、 j a e g e r 、p a r m a k i a n 、b e r g e r o n 等相继提出了图解法【1 2 】。到了2 0 世纪6 0 年代美国的w y l i e 和s t r e e t e r t l 3 】创造了特征线法，第一次用计算机求解非恒定流问题，标志着非恒定流计 算进入了一个崭新的时期，其后随着计算机的普及和发展，非恒定流计算研究不断完善 和向纵深发展。由于应用电子计算机进行模拟计算及实验室中采用了计算机进行数据采 集和处理，使复杂管网的水击分析成为可能【1 4 l 【1 5 1 ，关于管道瞬变流研究方法的论文和专 著越来越多。所有水击的分析方法不外乎是从运动方程、连续性方程或能量方程，加上 状态方程和其它物理特性关系式着手，以这些基本方程为基础，加上不同的限制性假设， 可得到不同的方法，如算术法、分析法、图解法、隐式法、有限单元法、特征线法。近 年来，随着计算条件的突飞猛进，数值求解方法得到了飞速发展。目前对管道中水力过 渡过程研究，采用的主要方法是试验和计算机分析计算【1 6 】，而研究的主要问题仍是管道 中水锤压力分布特征的问题。 1 3 2 输水工程的关键结构体系可靠度研究 当前的结构设计理论是以结构失效概率为基础的理论体系，各种水工建筑物在规 划、设计、施工和长期的使用期限内都要面对各种复杂的主观和客观不确定性环境条件， 因此结构的可靠度是以某一概率为保证率的指标。结构工程中的不确定性与自然界物理 现象本身的内在随机性有关，也与信息不足或不完善条件下对现实所做的预测与估算有 8 大连理工大学专业学位硕士学位论文 关【1 7 j 1 8 1 。在结构可靠性理论中，各种影响结构安全的不确定性分为三种：未来事物的随 机性、客观认识的模糊性以及主观认识的未确知性【l 卜2 0 。 以大型长距离输水工程中的结构体系可靠度分析为例，一般可以考虑挡水建筑物设 计、施工以及运行中的安全程度问题、暴雨洪水荷载作用下输水管道的安全性问题、地 震荷载作用下输水工程的可靠度问题【1 6 悖】、输水管道及渠道的稳定性安全问题以及人为 错误引发的安全性问题。这些不确定性问题实质上涉及到气候水文、地震、地质灾害、 施工质量和人为失误等多方面，而这些不确定性都有可能对输水系统的供水安全性造成 重大的影响，如何解决好上述问题的不确定性，是提高输水工程安全性的关键问题。除 了不断在工程中积累经验，还应该通过工程失效概率的计算分析方法对工程结构进行风 险分析，进而明确结构的可靠度和影响结构正常使用乃至失效的主要影响因素，并通过 有效的工程技术措施改善不良状况，增加输水工程的安全性、延长工程使用寿命。 1 3 3 引水工程消能措施研究 消能设施研究是水力学研究领域的一个主要研究内容。在输水工程中，取水首部往 往布置冲沙闸、环境用水闸等河道放水设施，针对不同河道水流流量和流速的相互作用、 河道洪水期的泄流能力及消能防冲设施等的研究，是确保引水工程安全可靠运行、减少 河床冲刷、保护生态环境的重要内容。 中小型水利工程的消能设施，主要通过设置消力池、消力坎或消力墩实现。在管道 急流输水工程中，也有采用筛网消能工、w 型消能工、多级孔板消能、撞击消能等型式 【2 1 1 。对于低水头、大单宽流量的引水工程，还可以采取t 型墩消能3 - z 2 。 对于有输水隧洞的输水工程，除了传统的消能方式外，为克服结构物空蚀破坏及防 止雾化给环境带来的严重危害，同时为了减小工程投资，水利专家从2 0 世纪8 0 年代开 始就把研究重点放在内部消能问题上瞄】。内消能技术改建泄洪洞的工程量小，能充分地 利用导流洞新型泄洪洞通常在导流洞上开挖竖井，在竖井或导流洞内采用旋流分散消 能，工程量小，施工易，洞内消能工的消能率高，水流在竖井或洞内利用螺旋流可消耗 掉6 0 的能量。洞内消能可消除雾化改善生态环境，也可与其它防空洞或排沙洞相结合， 便于一洞多用途，构建优化的三结合泄水建筑物。内消能的关键问题主要包括该技术的 适用条件及形式选择、防空蚀技术的研究。我国公伯峡枢纽的消能设计就采用了内消能 技术，取得了较好的效果。 1 3 4 输水工程施工技术研究 输水工程施工技术是实践性科学，很多问题是在设计阶段得到解决的，但也可能在 施工中遇到各种与水文、地质、技术和管理中的新问题，因此这方面的研究领域广泛、 9 葫芦岛市龙源供水( 一期) 工程规划设计 内容丰富。管道旌工中经常采用开挖输水隧洞的型式优化管线。隧洞的断面尺寸及延程 地质情况是施工进度和质量的主要影响因素，施工断面偏小，不利于布置施工设备，通 风和运输困难也很大，需要进行合理的施工组织设计，合理解决钻爆、出渣、支护之间 的问题【2 4 1 。对于长距离大断面输水施工，方案的技术性和经济性应经过多方案比较，地 质构造和水文地质情况也影响着施工方法的选择【2 5 】；而对于地质构造带局部施工的技术 问题，如断层破碎带的处理、突发性岩体塌方、局部隧洞涌水的封堵、承载力较差岩体 的掘进技术等，也都是施工领域研究的热点问题。掘进机隧洞施工技术是近年来发展较 快的应用技术，合理匹配掘进参数、掘进速度、推力和刀盘转速，减少对岩石的扰动， 减少围岩出现塌方是该技术领域的主要研究内容。当然在施工质量保证的前提下，还应 继续深入的解决掘进机本身的质量问题，增强其适应性和耐久性能，降低工程造价。 管道材料的不同也影响工程施工速度和质量。如在地下输水工程中如采用玻璃钢管 道，则应注意管道的柔性，应防止管壁裂纹、夹层，也应注意管道承口与接口的内外表 面光滑度及椭圆度，施工技术人员也要进行专门培训。通过不断的研究和实践探索，找 到提高生产效率和质量的好方法。 1 4 工程建设目标及主要内容 1 4 1 工程建设目标 龙源供水( 一期) 工程在满足调出区绥中县国民经济发展对水资源需求的基础上， 通过跨流域调水工程解决葫芦岛市近期城区的缺水问题，满足葫芦岛市近期社会经济可 持续发展对水的需求，实现葫芦岛市水资源的合理配置，解决葫芦岛市沿海平原区地下 水严重超采问题，改善水环境。 葫芦岛市龙源供水工程是一项跨流域调水工程，调出区为葫芦岛市绥中县的六股 河，调入区为葫芦岛市的城区。调水的原则是在满足当地用水的前提下余水外调，即在 丰水期尽量调用六股河干流绥中枢纽处的地表水量，缺水由龙屯水库补偿，连续枯水年 份及特枯年份，应急修建地下水备用井补水。 1 4 2 工程建设主要内容 葫芦岛市龙源供水工程分两期建设，主要建设内容由取水工程、输水工程、净水厂 和配水千管四部分组成。一期工程由龙屯水库、龙屯水库绥中输水管线、绥中枢纽、 加压泵站、绥中至净水厂输水管线、龙源净水厂及配水干管、地下水备用井( 缓建) 组 成。工程水源取自六股河干流地表水和龙屯水库地表拦蓄水，采用龙屯水库和绥中枢纽 1 0 大连理工大学专业学位硕士学位论文 联合调度方式，丰水期尽量调用六股河干流绥中枢纽处的地表水，不足部分由龙屯水库 补给。净水厂布置在葫芦岛市兴城的四家子水库附近。 葫芦岛市龙源供水( 期) 工程规划设计 2 工程规划设计基本资料 2 1工程概况 龙源供水工程是在满足调出区绥中县国民经济发展对水资源需求的基础上，通过跨 流域调水工程解决葫芦岛市城区近期的缺水问题，满足葫芦岛市近期社会经济可持续发 展对水的需求，实现葫芦岛市水资源的合理配置，解决葫芦岛市沿海平原区地下水严重 超采问题，改善水环境。工程由猴山闸、猴山输水隧洞、龙屯水库、龙屯水库绥中输 水管线、绥中枢纽( 绥中闸) 、绥中龙源净水厂输水管线、地下水备用并、龙源净水 厂及配水干管组成。 本次规划初步拟定对龙源供水工程分期建设。龙源供水( 一期) 工程是先期修建 2 4 4 k m 的龙屯水库绥中输水管线和5 2 3 k m 的绥中葫芦岛净水厂输水管线，遇枯水 年份应急修建地下水备用井作为补充水源，在保证率9 3 的情况下，多年平均可以向葫 芦岛市供水3 6 3 7 7 万1 1 1 3 ，解决葫芦岛市近期的缺水问题，为葫芦岛市国民经济可持续 发展提供水资源保障。 2 2 水文气象概况 2 2 。1 水文基本资料 葫芦岛市境内多低山、丘陵且临渤海，独立水系较多，可分为大凌河水系、小凌河 水系和沿海诸河。除大凌河、小凌河、青龙河外，在本市境内直接入海的河流有2 9 条。 从各条河流于葫芦岛市境内的面积看，最大的河流为六股河。该河是兴城与绥中的界河， 发源于建昌县玲珑塔乡北篓子山，河长1 8 1 k i n ，流域面积3 0 4 5 k m 2 ，多年平均径流量5 7 6 亿m 3 ，多年平均输沙量2 1 1 万t ；其次为小凌河支流女儿河，流域面积1 3 6 2 k m 2 ，河长 1 2 2 6 k m ，多年平均径流量1 9 4 5 亿r l l 3 ，多年平均输沙量4 4 1 3 万t ；再次是大凌河，在 葫芦岛市境内流域面积1 1 9 9 k i n 2 ，河长6 0 3 k m ，多年平均径流量1 9 l 亿m 3 ，多年平均 输沙量1 3 6 万t ；其它如兴城河流域面积6 9 2 k m 2 ，多年平均径流量1 2 7 亿m 3 ；狗河流 域面积5 3 6 k m 2 ，多年平均径流量1 3 2 亿m 3 ；石河流域面积4 4 8 k m 2 ，多年平均径流量 1 1 7 亿m 3 ；另外还有连山河、五里河、东沙河、猫眼河、强流河、九江河、金丝河、 青龙河等季节性河流。 目前葫芦岛市内共有水库7 3 座，其中大型水库4 座，包括女儿河上的乌金塘水 库，控制流域面积9 4 0k i l l 2 ，多年平均径流量1 5 3 亿m 3 ；六股河支流王宝河上的龙屯水 库，控制流域面积2 1 4 k i n 2 ，多年平均径流量o ，5 l 亿1 1 1 3 ；石河上的大风e l 水库，控制流 1 2 大连理工大学专业学位硕士学位论文 域面积2 6 0 k i n z ，多年平均径流量0 6 7 亿m 3 ；大凌河上的宫山嘴水库，控制流域面积 6 5 1 k m 2 ，多年平均径流量1 0 7 亿m 3 ；中型水库3 座，包括烟