禹門口一級站改擴建工程設(shè)計綜述

晉文明

（山西水利職業(yè)技術(shù)學院，山西 運城 044004）

1 工程概況

禹門口一級站改擴建工程位于河津市境內(nèi)，緊靠原禹門口一級站上游側(cè)，距黃河禹門口峽谷出口80 m，距河津市區(qū)15 km。禹門口一級站改擴建工程的主要任務(wù)是解決運城市北趙灌區(qū)、西范灌區(qū)和西范東擴灌區(qū)的水源問題，同時和禹門口一級站統(tǒng)一調(diào)配水量兼顧向禹門口東擴和汾南灌區(qū)補水。該工程設(shè)計取水流量40 m3/s，裝機容量8 000 kW，為中型泵站，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物進水閘、廠房、出水壓力洞和出水池為3級，次要建筑物為4級，臨時建筑物為5級，出水池至北趙渠首輸水渠根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》，渠道及建筑物級別為3級。

2 工程建設(shè)必要性分析

該工程供水區(qū)包括北趙灌區(qū)、西范灌區(qū)和西范東擴灌區(qū)，涉及萬榮、臨猗、聞喜、稷山和新絳5縣，供水區(qū)主要以農(nóng)業(yè)為主，包括52個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、人口206萬人、耕地24萬hm2，是山西省重要的糧食生產(chǎn)基地。水資源貧乏導致了當?shù)剞r(nóng)作物產(chǎn)量低，農(nóng)民收入受到很大影響，嚴重制約著當?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展，因此，解決當?shù)毓鄥^(qū)的水源問題對增加當?shù)剞r(nóng)民收入、促進經(jīng)濟穩(wěn)步發(fā)展、加強農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，具有十分重要的意義。供水區(qū)北為汾河、南為涑水河、西為黃河，汾河和涑水河常年斷流，難以滿足灌區(qū)的灌溉需水，而黃河水資源豐沛，成為解決灌區(qū)干旱缺水的可靠水源，因此有必要從黃河建站引水解決當?shù)厮慈狈栴}。

目前，供水區(qū)北邊的汾河在灌區(qū)段已成為間歇性河流，灌溉期多有斷流現(xiàn)象出現(xiàn)，水質(zhì)較差，不能滿足灌溉的需要，涑水河在1960年后下游已長年干枯，無水可取。萬榮縣西范灌區(qū)建站時，黃河頂托汾河，站前黃河水靠岸，但隨著黃河、汾河護岸堵串工程的實施，只好從汾河提水，而汾河又常常斷流，現(xiàn)主要依靠河灘深井供水，因水源不足，實灌面積只有0.29萬hm2。

北趙引水工程20世紀90年代可研選擇的廟前和大石嘴兩個水源位置，現(xiàn)在均已脫流；2008年北趙灌區(qū)初步設(shè)計時將水源站再次向上移，選在黃河大堤2號丁壩處，該處距離禹門口僅720 m，但在枯水季節(jié)還是脫流，其原因是黃河出禹門口峽谷后，河道驟然加寬，主流擺動不定，要選擇可靠的取水位置是很困難的，要想選擇更為可靠的著流點，只有將站址位置上移至禹門口峽谷口以上，因此對禹門口一級站進行改擴建來增加供水能力是很有必要的。

3 工程規(guī)模

禹門口一級站改擴建工程主要是供北趙灌區(qū)15.06 m3/s、西范灌區(qū)和西范東擴灌區(qū)13.8 m3/s，輸水損失流量5 m3/s，總計33.86 m3/s；年提水量2.90億m3，其中北趙灌區(qū)1.38億m3，西范灌區(qū)1.52億m3。

考慮兼顧向禹門口灌區(qū)和汾南灌區(qū)補充水源及遠期工農(nóng)業(yè)發(fā)展，初步確定泵站設(shè)計流量40.0 m3/s。

泵站廠房30年一遇設(shè)計洪水位為387.52 m，校核洪水位389.38 m；泵站運行設(shè)計水位378.08 m，最低運行水位376.68 m。出水池水位滿足向北趙供水，確定出水池設(shè)計水位387.00 m，設(shè)計揚程11.0 m，泵站裝機8 000 kW。

4 工程布置

禹門口一級站改擴建工程與現(xiàn)禹門口一級站共用一個廠區(qū)，拆除現(xiàn)有的110 kV變電站，改建為110 kVGIS開關(guān)站。推薦方案站址位于現(xiàn)在一級站上游的北沖溝上游側(cè)，黃河主河槽左岸；比較方案位于現(xiàn)在一級站上游北沖溝內(nèi)，緊臨現(xiàn)禹門口一級站。推薦方案與比較方案站址相距僅80 m，除壓力隧洞長度和施工圍堰布置不同外，其余布置均相同。

改擴建工程的主要建筑物包括進水閘、主廠房、副廠房、出水壓力隧洞、出水池、向北趙渠首輸水明渠和龍虎公路改線隧道。進水閘、主廠房和副廠房東西向整體布置在一起，順河向長27.5 m，東西向總寬度27.2 m，高16.8 m。水泵出水管直接與壓力出水隧洞連接，壓力隧洞走向東南，穿鐵路洞后拐向南，出洞后自108國道和禹門口一干渠下通過接出水池，推薦方案洞長351 m，比較方案洞長285 m，洞徑均為4.5 m。出水池位于沉沙池附近的黃河灘地上，連接壓力隧洞和矩形輸水明渠；出水池出口接矩形明渠，明渠基本平行黃河大堤和禹門口沉沙池布置，長400 m；龍虎公路改線隧道北起煤檢站，南至禹門口一級站圍墻外，全長270 m。改擴建工程包括一級站擴建樞紐泵站1座、出水壓力隧洞及壓力鋼管1條、出水池1座、出水池至北趙渠首連接渠道1條、龍虎公路改線公路1條和110 kVGIS開關(guān)站1座。

5 主要建筑物設(shè)計

5.1 進水閘

進水閘位于黃河岸邊，緊臨黃河主槽，軸線與主廠房軸線平行，閘室長8.0 m，總寬27.0 m，共設(shè)2孔進水閘，每孔寬6.5 m，邊墩厚2.0 m，中墩寬2.0 m，閘底高程均為369.5 m，檢修平臺高程為384.0 m，工作平臺為390.5 m。進水閘共設(shè)4道閘門槽，第一道為導冰排，懸掛在工作平臺上攔擋流冰；第二道為攔沙疊梁門和主攔污柵槽，孔內(nèi)設(shè)潛水式攔沙疊梁門和攔污柵，起到取表層水和防止柴草進入的目的，孔口寬6.5 m，高15.0 m；第三道為攔沙疊梁門和副攔污柵槽，孔口寬6.5 m，高14.0 m；第四道為進水池及流道檢修門，閘孔寬6.5 m，高5.0 m。導冰排、攔污柵、疊梁門和流道檢修門的啟閉操作均由設(shè)置在390.5 m高程的工作平臺的門式啟重機完成。

5.2 主廠房

主廠房布置在進水閘后，其軸線與進水閘軸線平行，主廠房地坪高程390.5 m，最低取水位376.68 m，為地下式廠房，采用濕室型鋼筋混凝土筏片式基礎(chǔ)，主廠房長27.5 m，寬12.0 m，高40.8 m，共布置5跨，每跨長5.5 m。廠房共分5層：第1層為進水池和集水廊道層，第2層是水泵層，第3層為電機層，第4層為過渡層，第5層為安裝間層。

5.3 副廠房

副廠房布置在主廠房下游測，其軸線與主廠房軸線平行，為減少開挖工程量，布置時將副廠房分3層布置。第1層底板高程385.50 m，布置有站用變壓器室、軟啟動室及電容器室；第2層底板高程390.50 m，布置有中控室、低壓配電室及高壓開關(guān)室；第3層布置值班室，平面尺寸均為27.5 m×6.12 m；副廠房下方高程374.54 m高程布置2臺電動蝶閥。

5.4 出水壓力隧洞和壓力鋼管

出水壓力隧洞基本平行于108國道布置，沿線穿過龍虎公路和鐵路隧道，在沉沙池進水閘處向南轉(zhuǎn)彎從108國道和禹門口一干渠下通過，至黃河灘地上新建出水池，壓力隧洞長288 m，壓力鋼管長63 m，總長351 m，直徑4.5 m。進出口地質(zhì)條件較差的圍巖，隧洞開挖后首先在頂拱120°范圍內(nèi)掛鋼筋網(wǎng)和打錨桿，然后噴C20混凝土150 mm作一次支護，之后全斷面采用50 cmC30鋼筋混凝土襯砌，并全斷面固結(jié)灌漿；基本穩(wěn)定的Ⅲ類圍巖，開挖后直接襯砌50 cmC30鋼筋混凝土作永久支護，進行回填、全斷面固結(jié)灌漿。

5.5 出水池

出水池位于禹門口沉沙池進口南側(cè)，平行沉沙池引渠布置，出水池長20.1 m，寬12.0 m，底板高程380.53 m，頂高程388.13 m，設(shè)計水位387.0 m；池壁頂寬0.8 m，底寬1.2 m，出口收縮角41°，出水池采用C20現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

5.6 矩形明渠

矩形明渠連接出水池和北趙輸水渠，渠道平行禹門口沉沙池和黃河大堤布置，終止于沉沙池沖沙渠，經(jīng)漸變段與北趙渠首相連，全長400m。渠道底寬6.0m，渠深4.90 m，出口設(shè)漸變段與北趙輸水渠相接，渠道設(shè)計縱坡1/3 000，采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，壁厚0.3～0.5 m。起始水位386.90 m，末端水位386.667 m。

6 結(jié)語

擴建工程建成后，可年增提水量2.9億m3，新增北趙灌區(qū)灌溉面積3.4萬hm2，西范東擴新增灌溉面積1.55萬hm2，向北趙灌區(qū)年供水1.38億m3，向西范及西范東擴灌區(qū)年供水1.52億m3，與禹門口一級站統(tǒng)一調(diào)配水量后，可向禹門口東擴工程和汾南灌區(qū)補水，有效改善當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，增加當?shù)剞r(nóng)民收入，促進當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展。本工程在技術(shù)上是可行的，項目投資財務(wù)內(nèi)部收益率所得稅后為7.358%，財務(wù)凈現(xiàn)值所得稅后為326.78萬元，具有一定的財務(wù)生存能力和盈利能力，是一項利國利民的工程。