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【南方日报】环北部湾广东水资源配置工程多项指标居世界前列 粤水利建设从单一开发方式 向水资源综合高效利用转变

 

 环北部湾广东水资源配置工程合江支洞试验段建设现场。省水利厅供图

  “作为广东最大、国内居前、行业瞩目的国家重大水利工程,环北部湾广东水资源配置工程的建设将面临至少六大行业性乃至世界级的困难与挑战。”

  新近开工的环北部湾广东水资源配置工程备受各界关注。作为工程特聘专家,中国工程院院士陈湘生在接受南方日报记者采访时表示,该工程与过去的水利工程相比,体现了我省近年来水利建设从防洪、发电或供水等相对单一目标的开发方式,逐渐向水资源综合高效利用转变。水利工程建设的系统性要求更高,牵涉面更广泛,要求兼顾水安全、水环境、水生态、水景观、水文化等多方面的协调,因此技术更复杂、要求更高、难度更大。

  在水利专家们看来,该工程供水体系庞大、隧洞地质条件复杂等情况均为全国罕见。环北部湾广东水资源配置工程的建设,不仅将系统解决粤西地区干旱缺水的问题,同时将通过科研创新攻克全新困难与挑战,大力推动我省水利事业实现更大突破。

  迎接六大挑战

  江库联网调度等

  施工难度尤为突出

  在环北部湾广东水资源配置工程开工建设之前,广东历史上投资额最大、输水线路最长、受水区域最广的水资源配置工程是珠三角水资源配置工程。该工程采用深埋盾构的方式,在纵深40米至60米的地下建造,旨在尽可能节约粤港澳大湾区地面及浅层地下空间资源,这在中国乃至世界水利史上均属罕见。

  如今,环北部湾广东水资源配置工程的开工建设,标志着我省重大水利工程建设在珠三角水资源配置工程的基础上,迈上更高质量发展的新台阶。该工程不仅刷新了广东水利工程投资规模、输水线路长度、受水区域范围等纪录,其多项指标也均位居全国乃至世界前列。比如工程将应用的取水泵站立式单吸单级蜗壳离心泵单泵容量世界最大,多功能大直径掘进机群类型及台数全国最多。

  新的纪录意味着新的挑战。在陈湘生看来,环北部湾广东水资源配置工程的建设至少需要攻克六大行业性乃至世界级的困难与挑战:一是复杂水情条件下江库水网构建与联合调度;二是云开地块多期次复杂蚀变风化带工程地质勘察与研究;三是复杂水文地质条件下高水压隧洞衬砌结构研究与设计;四是穿越复杂地质条件下长距离深埋隧洞多功能TBM研制与施工;五是大流量超大功率离心泵研发与应用;六是长距离深埋管道智慧运维与保障。其中,江库联网调度、泵组研发应用、高水压隧洞衬砌结构设计、长距离输水隧洞施工难度尤为突出。

  以环北部湾广东水资源配置工程将采用的江库联网调度为例,由于西江与粤西受水区的河、库降雨径流在时空上均存在差异,需要通过西江取水泵站、输水线路等工程将西江和高州、鹤地等大中型水库联通,形成“一江两库三分干”的供水格局,构建覆盖粤西4市13区县超大型复杂水网体系。因此,面对如此复杂的水情,要想提高受水区供水保障、调配外调水与调蓄水库,以达到水资源时空均衡目标,需要展开大范围、跨流域的江库联网联合调度研究,实现水资源高效优化配置。

  与此同时,该工程通过5座泵站和近500公里管线将西江和沿线水库联网形成庞大供水体系,跨越4个地市,受水区域广、供水线路长、泵站运行工况复杂,沿线水工建筑物和机电设备的全面感知难度大,信息系统建设复杂。要进行专门的智慧运维研究,建立安全监测、应急保障、运行便利等多位一体的智慧运维保障体系,确保工程安全、稳定、高效运行。

  高水压、长距离、大埋深

  工程输水隧洞建设

  将攻克诸多难题

  与输水线路总长约113.1公里、平均地下埋深40—60米的珠三角水资源配置工程相比,环北部湾广东水资源配置工程输水线路总长近500公里,其中输水干线将穿越拥有粤西第一高峰的云开山脉,该段隧洞总长约64.5公里,最大埋深约910米,是迄今为止广东埋深最大的输水隧洞,其施工难度可想而知。

  为保证工程总体的建设进度,环北部湾广东水资源配置工程将建设任务率先放在了位于茂名信宜市云开山脉脚下的贵子支洞,选择从施工难度最大的地方开始攻关。

  “云开山隧洞是本工程单洞最长隧洞,而贵子支洞恰巧位于F4大断裂以及岩溶带前段,贵子支洞前面一段采用TBM法施工,后面一段采用钻爆法施工,施工难度极大。”工程项目设计总工程师刘元勋介绍,“贵子支洞做好后,便于把后面一段突出地质问题处理好,能更好地承前启后,施工会更加顺利,整个工程的工期更有保障。”

  云开地块沿线地质复杂多变,输水隧洞需穿越富水断裂破碎带、蚀变风化深槽区、中高地应力和岩爆地层等复杂不良地质段。为适应上述不良地质条件,TBM设备选型难度大,需研发具备智能感知、防卡、脱困和支护等多功能TBM装备和同步衬砌施工设备,同时建立适应软岩大变形、断层破碎带等富水断裂破碎地层复杂地质环境下TBM隧道快速支护及施工技术体系。

  “TBM是指岩石隧道全断面掘进机,是一种集掘进、出渣、导向、支护等功能于一体的隧道施工机械,依靠自身的强大推力,使用刀盘上的滚刀将岩石破碎,独头掘进最长距离可达25公里左右,被称为工程机械的‘掘进机之王’。”中铁装备副总经理王杜娟告诉笔者,该工程近500公里的输水隧洞将使用盾构机和TBM以及部分钻爆法施工共同完成。工程将投入12台TBM集群施工,其中6台直径达9米以上,最大刀盘直径达9.4米,在整个国内水利建设史上都十分罕见。“目前我们已做好充足准备,工程使用的TBM设备制造及智能掘进技术在国内处于领先水平。”

  此外,环北部湾广东水资源配置工程隧洞最大洞径达8.2米,沿线穿越工程地质和水文地质条件复杂的云开地块与滨海平原,隧洞高水压问题同样突出。

  “该工程高压隧洞HD值(工作水头与管道内径的乘积)最高可达1420,为国内长距离大直径引调水工程之最。”刘元勋说,工程运行期如何控制隧洞受内压裂缝发展防止内水外渗、检修期如何防止隧洞受外压影响导致结构失稳等,国内外类似工程建成案例极少,因此需要针对复杂水文地质条件下的高水压隧洞衬砌结构开展重点研究与设计。

  系统化、生态化、智慧化

  未来水网建设对水利工程

  提出更高要求

  “从上世纪60年代的东深供水(首期)工程,到如今的珠三角水资源配置工程、环北部湾广东水资源配置工程,与传统水利基础设施相比,未来国家水网建设将呈现出系统化、生态化、智慧化等全新特征,对水利工程提出更高要求。”在水利部珠江水利委员会有关专家看来,坚持系统观念,用系统论的思想方法分析问题,处理好开源和节流、存量和增量、时间和空间的关系,做到工程综合效益最大化,成为当下几大重大水利工程建设的一大特色。

  在不久的将来,粤西地区将通过环北部湾广东水资源配置工程实现西江和本地水资源的互联互通,为构建“系统完备、安全可靠、集约高效、绿色智能、循环通畅、调控有序”的国家水网主骨架标杆工程提供借鉴。随着珠三角水资源配置工程的建设,西江、东江也将实现互联互通,可大大缓解东江水资源过度开发的困境,深圳、香港、东莞将从完全依赖东江单一水源调整为东江、西江双水源,供水保障水平大幅提升;粤东诸市则将通过粤东水资源优化配置工程实现韩江与本地水资源的互联互通,大幅提升区域供水保障水平,系统性解决我省水资源时空分布不均的难题。

  与此同时,环北部湾广东水资源配置工程建成后,从西江引入的新增供水每年可帮助粤西地区退减地下水超采区开采量5.66亿立方米,退还被挤占的生态环境用水1.85亿立方米,逐步恢复该地区地下水动态平衡,缓解因地下水超采导致的地面沉降、海水入侵等方面的生态与环境问题,大幅度改善天然河道的水生态环境。

  水利专家认为,重点水利工程建设不仅在拟订设计方案时考虑尽可能避免工程建设对敏感生态环境产生新的破坏,最大限度地优化设计方案以减缓不利影响,同时将逐步承担起对历史遗留生态问题的修复责任,这也成为当下和未来水利事业的一大发展要求。

  “环北部湾广东水资源配置工程牵涉到多种水源、多种用户,涵盖供水、防洪、灌溉、生态等多种水资源利用目标,系统需要根据来水和用水的预测预报保障输水系统的高效调度运行。”陈湘生告诉笔者,珠三角水资源配置工程不仅在深埋盾构及TBM输水隧洞的设计和施工方面积累了大量的经验,其开发的涵盖工程建设五大控制模块的管理系统,也可为环北部湾广东水资源配置工程“移植”使用。

  珠三角水资源配置工程以BIM技术为基础,打造了基于BIM技术的工程数据中心,全面支撑建设管理、智能监管、安全监测、征地移民等综合管理。环北部湾广东水资源配置工程则将在此基础上,拟结合数字孪生技术开展智能业务应用及孪生引擎等研究,为实现智慧化运营和精细化决策提供技术支持。

  可以预见,采用数字化、人工智能、物联网等先进技术,推动水网工程智能化、数字化升级改造,构建数字孪生水网,提高水网智能化建设、管理和调度水平,也将成为未来水利工程建设不断探索升级的新方向。

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