西線工程技術(shù)管理論文

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西線工程技術(shù)管理論文

2001年5月27~29日,水利部組織專家審查通過了《南水北調(diào)西線工程綱要及第一期工程規(guī)劃》,同意報告提出的西線工程分三期實施的方案,即先實施第一期工程,再逐步實施第二、三期工程。根據(jù)水利部的安排,按基本建設(shè)程序,第一期工程于(2001年7月轉(zhuǎn)入編寫項目建議書階段,在2005年提交項目建議書報告。現(xiàn)就西線工程的三個關(guān)鍵技術(shù)問題進行簡要分析。

1可接受調(diào)水量分析

我國水資源在地區(qū)上分布不均衡,南方水多,北方水少。從水量豐沛的長江調(diào)水到缺水的黃河,這個總體思路是正確的,然而對調(diào)水河流而言,也不能把水調(diào)干調(diào)盡,要考慮到調(diào)水河流的生態(tài)平衡、水資源承載能力和水環(huán)境承載能力。據(jù)此,確定調(diào)水河流可調(diào)水量的一個基本點就是堅持水資源可持續(xù)利用的原則,優(yōu)先考慮調(diào)水區(qū)遠景年的實際需水量,包括工農(nóng)業(yè)需水、人畜用水、生態(tài)用水等,剩余的水量再考慮外調(diào)。

規(guī)劃南水北調(diào)西線工程從長江上游通天河末端,即金沙江起始段調(diào)水80億m3,從雅礱江干流及兩條支流調(diào)水65億m3,從大渡河的3條支流調(diào)水25億m3。調(diào)水量與調(diào)水河流多年平均徑流量的比例:占金沙江渡口570億m3的14.0%,占雅礱江河口604億m3的10.7%,占大渡河河口495億m3的5.0%。從三條河調(diào)水170億m3,占所在河流河川徑流量的5%~14%。對一條河而言,調(diào)多少水才算適度呢?當(dāng)前,還沒有明確的標(biāo)準(zhǔn),不過國際通常認(rèn)為一條河的用水率以不超過40%為宜。三條調(diào)水河流域的用水情況:調(diào)水區(qū)處于特殊的地理位置,人煙稀少,社會經(jīng)濟不發(fā)達,現(xiàn)狀工農(nóng)業(yè)用水及生活用水等用量不大,用水主要在河流下游,特別是河口地區(qū)。預(yù)測2030年,三條調(diào)水河流域工農(nóng)業(yè)及生活等需水量占全河河川徑流量的5%~7%,因此,從調(diào)水河流上游調(diào)取5%~14%的水量,三條河仍有足夠的河川徑流量,可以滿足下游社會經(jīng)濟發(fā)展對水的需求,故此調(diào)水量稱作可接受調(diào)水量。然而,就引水點而言,調(diào)水占引水壩址處河川徑流量的比例卻較大,達65%~70%。也就是說,調(diào)水后引水壩址下游河道的水量,只有原水量的30%~35%。這個下泄量是否能維持該河段生態(tài)系統(tǒng)的平衡,就需要研究并估算壩址下游河段的生態(tài)環(huán)境用水量。

生態(tài)環(huán)境用水是指用于保護和改善環(huán)境質(zhì)量所需要的水量。目前,河道生態(tài)環(huán)境用水量的確定"還沒有統(tǒng)一的計算方法,不同國家、不同地區(qū)、不同河流的自然條件和生態(tài)環(huán)境狀況都有所不同。北京師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)研究所與水科學(xué)研究所推薦了兩種計算方法:第一種是用河道枯水流量的百分比確定;第二種是用Tennant法確定#后者是目前美國使用的一種方法。鑒于西線調(diào)水河流的特殊性,這里僅簡述河道枯水流量法。

依據(jù)調(diào)水河段特殊的高山峽谷地形和年降雨量700mm左右的相對較多的雨量以及流量的年際變化較小,枯水期流量相對比較穩(wěn)定等較好的條件,選用壩址多年系列的最小月均流量作為基準(zhǔn),年內(nèi)各月生態(tài)需水取該流量的60%。計算表明,生態(tài)環(huán)境需水占多年平均最小月流量的42%左右。通過水庫數(shù)、入庫水量、水庫蒸發(fā)、滲漏水量、水庫上游需水量、下泄水量、河道生態(tài)用水量等參數(shù)公式的運用和庫容、輸水工程輸水能力、最小下泄流量!供水保證率等約束條件的換算,得出三條河引水壩址處可接受的調(diào)水量為171億m3,與規(guī)劃調(diào)水量170億m3基本相符。

2第一期工程方案的可行性分析

第一期工程地處青藏高原東南部,海拔3500m左右,位于四川省甘孜縣到阿壩縣一帶。工程方案由“五壩七洞一渠”組成?!拔鍓巍眽胃?3~123m,初步推薦壩型為適合當(dāng)?shù)夭牧系幕炷撩姘宥咽瘔?;穿越巴顏喀拉山的輸水入黃河隧洞長244km,分為7段,開鑿人工支洞后,最長施工洞段長37km,洞線上覆蓋山體厚度(即埋深)300~600m,最厚達1150m;“一渠”為一段明渠,長16km。

2.1筑壩技術(shù)

從筑壩技術(shù)看,我國對各種壩型的建筑技術(shù)已趨成熟。20世紀(jì)80年代以來,開始重視和推廣混凝土面板堆石壩壩型。這種采用當(dāng)?shù)厥?,分層振動碾壓堆石的施工方法,使壩體密實,面板較少出現(xiàn)裂縫,防滲效果也好,具有斷面小,安全性好,施工簡便!造價低的特點。當(dāng)前,大型、多功能、高效施工機械的應(yīng)用大大提高了施工質(zhì)量,加快了施工進度,降低了工程造價。我國在廣西與廣州交界處的南盤江上于1999年建成混凝土面板堆石壩的壩高為179m,在海拔2900m處于1999年建成的青海黑泉面板堆石壩壩高為123.5m,最近才開工建設(shè)的湖北清江水布埡混凝土面板堆石壩壩高233m。這說明!在筑壩技術(shù)方面,西線工程雖有海拔3500m地區(qū)的氣候寒冷問題,但從當(dāng)今的施工技術(shù)看!完全有措施解決。

2.2開鑿長隧洞技術(shù)

開鑿長隧洞技術(shù),在20世紀(jì)80年代以后發(fā)展迅速。開鑿短隧洞,一般采用打眼、裝炸藥爆破,即常規(guī)的鉆爆法。隨著開鑿長隧洞技術(shù)的發(fā)展,已采用適用于硬巖的開敞式掘進機施工法,以及適用于軟巖、土砂層隧洞施工的盾構(gòu)掘進機施工法。掘進機技術(shù)的特點是:高度機械化、專業(yè)化施工,掘進、出渣、襯砌、灌漿等工序一次完成,進度快、質(zhì)量好。近年來掘進機廣泛采用電子、信息技術(shù),對全部作業(yè)進行指導(dǎo)和監(jiān)控。歐洲隧道,即英吉利海峽隧道,在掘進過程中,安裝約200部儀表,工程技術(shù)人員每天讀取數(shù)據(jù)120個,運用計算機分析掘進機的運轉(zhuǎn)效果,指出機械和電器存在的問題,從而明確機械維修保養(yǎng)的目標(biāo)!使掘進機的時間利用率提高到90%,整個系統(tǒng)的時間利用率達60%。若使掘進機在掘進過程中始終處于最佳狀態(tài),其掘進速度一般為鉆爆法的8~10倍,甚至更高!最佳日進尺可達150m以上。

從隧洞施工段的長度看,我國已建成的甘肅引大入秦30A輸水隧洞長11.6km,成洞洞徑5.5m;西康鐵路秦嶺隧道長18.4km,成洞洞徑7.6m。國外已建成的英吉利海峽海底高速鐵路兩條平行隧道,即歐洲隧道,每條長38km,成洞洞徑7.6m;正在施工的瑞士圣哥達高速鐵路兩條平行隧道每條長57km,成洞洞徑9.6m。

這些長隧洞的特點:1采用掘進機開鑿。秦嶺隧道采用開敞式掘進機,歐洲隧道和引大入秦30A隧洞采用盾構(gòu)式掘進機。2埋深大。歐洲隧道在海水面以下平均40m,最深達130m;圣哥達隧道上覆蓋山體最厚近3000m。3沒有條件開鑿人工支洞。僅圣哥達隧道在山體上人工開鑿了一個直徑12m、深800m的豎井。

上述特點說明,無論是通過山體或水下的長隧洞,也無論硬巖或軟巖,運用掘進機開鑿,技術(shù)上都可行。

第一期工程輸水隧洞通過的圍巖主要為砂巖、板巖或砂板巖互層,巖石抗壓強度30~100Mpa,屬中等硬度,有利于掘進機的開鑿。雖然,當(dāng)?shù)貧夂蚝淙毖?,地質(zhì)條件復(fù)雜,需要認(rèn)真研究開鑿隧洞可能出現(xiàn)的問題和需要采取的措施,但是類比國內(nèi)外已建工程,開鑿最長37km隧洞段以及其他各施工洞段,技術(shù)上是可行的。

3供水對象和供水范圍分析

第一期工程調(diào)水40億m3入黃河,現(xiàn)就規(guī)劃的供水對象和供水范圍進行分析。

供水對象:生態(tài)環(huán)境用水,城鎮(zhèn)生活和工業(yè)用水,兼顧農(nóng)業(yè)用水。供水對象把生態(tài)環(huán)境用水放到了第一位,這不是說其他供水不重要,而是考慮了地處黃河上中游地區(qū)的自然地理特點不同于其他地區(qū)。該地區(qū)年降雨量一般200~300mm,干旱少雨,水資源嚴(yán)重缺乏,已成為社會發(fā)展的重要制約因素。隨著人口的增加和大規(guī)模的生產(chǎn)建設(shè)活動,使本來就十分脆弱的生態(tài)環(huán)境惡化加劇。當(dāng)前,西部大開發(fā)建設(shè)加快,人類對自然的索取還要不斷增加,生態(tài)環(huán)境的壓力會越來越大,因此,西線調(diào)水首先要考慮為保護和改善生態(tài)環(huán)境供水。

供水范圍:規(guī)劃了向大柳樹供水區(qū)、渭河地區(qū)和黃河干流補水。大柳樹供水區(qū)地處陜、甘、寧、蒙四?。▍^(qū))的干旱地帶,該區(qū)有3萬多hm2的遼闊土地,而且地形平坦,是我國開發(fā)條件較好的后備土地資源之一。該地區(qū)毗鄰騰格里沙漠、烏蘭布和沙漠和毛烏素沙漠,風(fēng)沙的蔓延和人為不合理的活動致使該地區(qū)部分土地沙化,生態(tài)失調(diào),急需采取治理措施來有效地控制沙漠的侵蝕。規(guī)劃向大柳樹供水區(qū)供水20億m3,使這片有水則綠洲、無水則荒漠的廣袤干旱土地得到水源,植樹種草,同時發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè),擴大環(huán)境容量,擴展人的生存空間。使居住在山區(qū)的人們遷居到這片得到供水的平原區(qū),建設(shè)新的定居點或村鎮(zhèn),不斷改善這片適宜于人類生存的綠色土地,遏制沙漠的蔓延。規(guī)劃供水10億m3給渭河地區(qū),使渭河增添良好水質(zhì)的新水源,改善渭河地區(qū)的缺水和水污染狀況,使已有雄厚經(jīng)濟基礎(chǔ)的陜西關(guān)中地區(qū)更快地向前發(fā)展。規(guī)劃供水10億m3補給黃河干流!這樣做考慮了兩點:一是黃河上游地區(qū)支流用水較多,減少了入黃水量;二是黃河上中游地區(qū)廣泛開展的水土保持治理工作,增加攔蓄降水資源的能力,提高降水資源的利用率,減少了入黃水量。向黃河干流補水,既可滿足支流用水和水土保持用水,又能維持河道的生態(tài)基流。

4結(jié)語

可調(diào)水量:工程方案和調(diào)水入黃河后受水區(qū)的水資源優(yōu)化配置,是南水北調(diào)西線工程的三大主要工作內(nèi)容,也是三個關(guān)鍵技術(shù)問題??山邮苷{(diào)水量和供水對象、供水范圍的分析,都融入了保護和改善生態(tài)環(huán)境的內(nèi)容,這說明生態(tài)環(huán)境建設(shè)在西線調(diào)水中,占據(jù)著重要地位。另外!這一點也說明研究調(diào)水工程在觀念和思路上的轉(zhuǎn)變。開鑿長隧洞,對使用掘進機進行了闡述和類比,掘進機就像一座具有當(dāng)前最新科學(xué)技術(shù)的地下工程現(xiàn)代化工廠,流水作業(yè)、自動化程度高,而且還能根據(jù)不同的地質(zhì)條件,設(shè)計不同功能的掘進機,從而使西線工程開鑿長隧洞這一關(guān)鍵技術(shù)問題得到解決。