山西省中部引黃工程首部取水樞紐方案比選

王 瑛

（山西省汾河水庫(kù)管理局，山西 太原 030012）

1 項(xiàng)目概況

中部引黃工程作為山西大水網(wǎng)建設(shè)“兩縱十橫”中第四橫的延伸，工程規(guī)模為大（二）型，工程涉及4市17個(gè)縣（市、區(qū)）。本工程包括取水工程和輸水工程。取水工程位于保德縣境內(nèi)，進(jìn)水塔位于天橋水電站庫(kù)區(qū)上游棗林溝入黃河溝口處左岸，距天橋水電站樞紐約1.4km。設(shè)計(jì)取水流量23.55m3/s，水泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程200m；裝機(jī)容量9.6萬kW，輸水線路長(zhǎng)384.5km。

工程建成后，可新增灌溉面積10萬hm2，不僅能緩解沿線工業(yè)供水、農(nóng)業(yè)灌溉和生態(tài)供水緊缺的矛盾，而且為興縣循環(huán)工業(yè)園區(qū)、臨縣三交工業(yè)園區(qū)以及離柳中能源重化工基地和汾陽(yáng)、孝義新型循環(huán)工業(yè)區(qū)等一大批大型項(xiàng)目的落地奠定了基礎(chǔ)。

2 首部取水樞紐比選

2.1 首部取水樞紐選址比較

根據(jù)工程供水規(guī)劃范圍，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查勘，在保德縣境內(nèi)適宜興建本工程取水樞紐的黃河河段主要有兩段，即保德縣城上游約7km的天橋水電站庫(kù)區(qū)和保德縣城下游約13km的朱家川河入黃河口附近河段。通過比選，天橋庫(kù)區(qū)取水樞紐位置在取水泥沙條件、泵站管道布置、泵站揚(yáng)程等方面有較大優(yōu)勢(shì)，故將首部取水樞紐選在天橋水電站庫(kù)區(qū)。

2.2 首部取水樞紐方案比選

天橋水電站各特征水位分別為：校核洪水位836.09m，設(shè)計(jì)洪水位832.54m，發(fā)電正常蓄水位834m，發(fā)電最高水位834.76m，汛限水位830m，死水位828m，P=95%保證率下取水位831.42m，P=5%保證率下取水水位834m。

根據(jù)天橋水電站特征水位參數(shù)及本工程設(shè)計(jì)引水量和取水水位要求，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)查勘情況，沿天橋水電站庫(kù)區(qū)左岸由下游至上游，天橋水電站左壩頭、大井溝溝口及康家溝溝口基本滿足本工程設(shè)置取水口建筑物的工程條件。根據(jù)各取水口不同位置，選定3個(gè)取水方案進(jìn)行比較。2.2.1 方案一

取水口布置于天橋水電站左壩頭上游約100m處庫(kù)區(qū)左岸，岸坡較陡，緊靠禹保沿黃公路。該處出露的地層主要為奧陶系中統(tǒng)峰峰組厚層泥灰?guī)r夾灰?guī)r，約在850m高程以上出露石炭系中統(tǒng)本溪組鋁土巖及山西式鐵礦及石炭系上統(tǒng)太原組砂巖、頁(yè)巖及煤層。據(jù)天橋水電站庫(kù)區(qū)泥沙淤積實(shí)測(cè)資料分析，該取水口處泥沙淤積高程為819～829m。天橋水電站左壩頭以東約700m處為暖泉煤礦采區(qū)，煤礦范圍東西長(zhǎng)約6.5km，南北寬約4.3km；左壩頭以南分布著5座已關(guān)停小煤礦的采空區(qū)。

取水口設(shè)塔式進(jìn)水口取水，進(jìn)水塔底高程827.3m，設(shè)計(jì)最低取水水位831.42m，最高取水水位834m，進(jìn)口設(shè)攔污柵和檢修閘門各1道。取水口后接無壓引水隧洞，隧洞沿南東45°方向穿越禹保沿黃公路和黃崖溝右岸山體后進(jìn)入取水泵站廠區(qū)，全長(zhǎng)260m；引水隧洞出口接長(zhǎng)45.5m的無壓暗涵送入取水泵站進(jìn)水池。

取水泵站廠區(qū)布置于黃崖溝右岸，面臨黃崖溝，背靠山體。受地形條件限制，泵站采用側(cè)向進(jìn)出水方式，主廠房、副廠房、110kV變電站、管理站等建筑物沿黃崖溝向上游方向呈一列布置。泵站裝機(jī)容量80000kW，布置10臺(tái)機(jī)組，8工2備，單機(jī)設(shè)計(jì)流量2.95m3/s，最大設(shè)計(jì)揚(yáng)程198m。

泵站壓力出水管道采用單管布置，單管管徑為3.6m。結(jié)合泵站壓力出水管高程和管道沿線地形條件，樁號(hào)0+000—0+732.47段采用洞穿鋼管，樁號(hào)0+732.47至出水池段采用PCCP管，管道全長(zhǎng)2107.6m。泵站壓力出水管末端設(shè)出水池，總長(zhǎng)66.8m，底板高程1020.69m，設(shè)計(jì)水位1024.57m；出水池末端接輸水工程總干線輸水隧洞。

2.2.2 方案二

取水口位于天橋水電站庫(kù)區(qū)上游、康家溝入黃河溝口處左岸，距天橋水電站樞紐約2.5km。該處岸坡陡立，巖石出露，高程920m以下為灰?guī)r，以上為砂巖。河灘現(xiàn)狀堆積洪積物及風(fēng)化崩落巖石，高程835m；岸坡頂部為禹保沿黃公路，路面高程905m。據(jù)天橋水電站庫(kù)區(qū)泥沙淤積實(shí)測(cè)資料分析推測(cè)，該取水口處泥沙淤積高程為819～829m。康家溝以南為暖泉煤礦開采區(qū)，煤礦范圍東西長(zhǎng)6.5km，南北寬4.3km，取水口距煤礦范圍西北角約1.6km。

取水口設(shè)塔式進(jìn)水口取水，進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)布置及取水水位與方案一相同。取水口后接無壓引水隧洞，隧洞沿南東45°方向穿越禹保沿黃公路和康家溝左岸山體后進(jìn)入取水泵站進(jìn)水池，全長(zhǎng)430m。

受地形條件限制，取水泵站設(shè)計(jì)為地下泵站，泵站洞室在灰?guī)r內(nèi)開挖，洞頂以上灰?guī)r厚度約70～80m。為減小洞室跨度，泵站進(jìn)水池、主副廠房、出水總管分別單獨(dú)開挖洞室，并根據(jù)運(yùn)輸和通風(fēng)要求設(shè)置交通洞和通風(fēng)洞。110kV變電站、管理站、生活區(qū)集中布置在地下泵站洞室頂部地面。泵站裝機(jī)容量80000kW，布置10臺(tái)機(jī)組，8工2備，單機(jī)設(shè)計(jì)流量2.95m3/s，最大設(shè)計(jì)揚(yáng)程203m。

泵站壓力出水管道采用單管布置，單管管徑為3.6m。受暖泉煤礦范圍的限制，泵站壓力出水管沿煤礦北側(cè)邊界外向東埋設(shè)，因管道沿線溝壑縱橫、地面高程無法滿足輸水總干線隧洞成洞條件，故長(zhǎng)度為6.03km的壓力管線全部采用洞穿鋼管，隧洞采用圓形斷面，開挖洞徑5.6m。泵站壓力出水管出水池布置于賈家墕村東北的山梁上，設(shè)計(jì)水位1025m；出水池末端接輸水工程總干線輸水隧洞。

2.2.3 方案三

取水口位于天橋水電站庫(kù)區(qū)上游、大井溝入黃河溝口處左岸，義門鎮(zhèn)東北角，距天橋水電站樞紐約1.4km。該處岸坡陡立，巖石出露。河灘現(xiàn)狀堆積洪積物及風(fēng)化崩落巖石，高程832～835m；岸坡頂部為禹保沿黃公路，路面高程863m；大井溝溝口建有公路橋，橋墩坐落于溝底基巖上。據(jù)天橋水電站庫(kù)區(qū)泥沙淤積實(shí)測(cè)資料分析，該取水口處泥沙淤積高程819～829m。

因義門鎮(zhèn)以東為暖泉煤礦開采區(qū)、大井溝內(nèi)較狹窄、溝南側(cè)山頂為義門鎮(zhèn)居民區(qū)等因素，無法滿足泵站及壓力管道布置，故本方案取水工程布置為：取水口設(shè)進(jìn)水塔取水，進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)布置及取水水位與方案一相同。進(jìn)水塔后接長(zhǎng)1956m的有壓隧洞引水至鐵匠鋪村北的調(diào)壓塔，再經(jīng)長(zhǎng)約2286m的有壓暗涵輸水至位于鐵匠鋪村南的提水泵站進(jìn)水池。

提水泵站廠區(qū)布置于鐵匠鋪村西南約250m處的灘地上，面臨黃河，背靠山體，布置主廠房、副廠房、壓力進(jìn)水池、110kV變電站、管理站等建筑物。泵站廠區(qū)地面高程817.2～818.5m，采用有壓進(jìn)水方式。泵站裝機(jī)容量80000kW，布置10臺(tái)機(jī)組，8工2備，單機(jī)設(shè)計(jì)流量2.95m3/s，最大設(shè)計(jì)揚(yáng)程201m。

泵站壓力出水管道全長(zhǎng)2208m，采用單管布置，結(jié)合泵站壓力出水管高程和管道沿線地形條件，高程945m以下出水管采用洞穿鋼管形式，其余采用PCCP管，鋼管長(zhǎng)394m，PCCP管長(zhǎng)1814m。泵站壓力出水管末端設(shè)出水池，設(shè)計(jì)水位1024.54m；出水池末端接輸水工程總干線輸水隧洞。

2.3 方案確定

方案一初擬取水泵站站址處地方狹窄，廠區(qū)開挖工程量較大，但與方案三地下廠房施工難度和工程投資相比，仍有較大優(yōu)勢(shì)。方案二泵站站址場(chǎng)地開闊，但靠近保德縣開發(fā)新區(qū)，在保德縣用地緊張的情況下，占用較大面積的土地，地方協(xié)調(diào)問題也較突出；方案三部分引水線路途經(jīng)保德縣水源地保護(hù)區(qū)。

方案一取水口距天橋水電站樞紐距離較近，同時(shí)電站發(fā)電機(jī)組布置于左岸，工程施工和大流量取水對(duì)電站發(fā)電有一定影響。如與電站方面協(xié)調(diào)困難，可考慮從方案三取水口處引水，雖需增加長(zhǎng)1.5km的無壓隧洞，但水頭損失僅增加0.5m。

綜上所述，方案一引水線路最短，設(shè)計(jì)揚(yáng)程最低，工程運(yùn)行成本最低，在3個(gè)取水方案中優(yōu)勢(shì)明顯，故本工程首部取水樞紐選定方案一作為推薦方案。

3 結(jié)語(yǔ)

中部引黃工程實(shí)施必將對(duì)改善全省水資源緊缺狀況和應(yīng)對(duì)山西中部發(fā)生特大旱情具有重要意義。通過對(duì)中部引黃工程首部取水樞紐現(xiàn)場(chǎng)踏勘、選址、定線，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面進(jìn)行方案比選，經(jīng)專家評(píng)審和復(fù)核，確定最優(yōu)方案，以期為類似地區(qū)取水樞紐的方案比選提供參考和借鑒作用。