板澗河引水工程一、二期引水方案比較分析

韓明華

(山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，太原 030024)

板澗河引水工程一、二期引水方案比較分析

韓明華

(山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，太原 030024)

運(yùn)城市中心城市(鹽湖區(qū))水資源匱乏，特別是城鎮(zhèn)生活優(yōu)質(zhì)水資源匱乏，苦咸水、高氟水問題突出。為保證運(yùn)城市中心城區(qū)引水水源，提高城市居民生活用水質(zhì)量，利用垣曲縣境內(nèi)李家河水庫、后河水庫及板澗河上游優(yōu)質(zhì)水源，通過比選，確定一、二期最佳引水方案，輸水至運(yùn)城市鹽湖區(qū)。

優(yōu)質(zhì)水資源；跨流域調(diào)水；供水線路；方案比選

1 工程概況

運(yùn)城市中心城市(鹽湖區(qū))水資源匱乏，特別是城鎮(zhèn)生活優(yōu)質(zhì)水資源匱乏，苦咸水、高氟水問題突出。近年來，圍繞城鎮(zhèn)生活用水問題，山西省水利廳會同運(yùn)城市先后建設(shè)了泗交(白沙河水庫)引水、蒲州(永濟(jì))供水、尊村引黃供水等一系列工程，有效解決了苦咸水的問題，但水質(zhì)相對較差的引黃水仍占相當(dāng)比重，與徹底改善運(yùn)城中心城市居民生活用水水質(zhì)量問題還有很大差距。

目前，地處中條山南麓的垣曲縣境內(nèi)的后河水庫(允西河)、西陽河(擬建李家河水庫)和小浪底引黃工程的板澗河水庫，及其上游有豐富的優(yōu)質(zhì)水源尚未充分利用，而運(yùn)城中心城市周邊已再找不出可供中心城市居民生活使用的優(yōu)質(zhì)水源。為此，通過積蓄引調(diào)中條山南麓優(yōu)質(zhì)水源，穿越中條山脈，管道輸水至運(yùn)城盆地，是從戰(zhàn)略高度長遠(yuǎn)解決運(yùn)城中心城市水質(zhì)問題、改善城市居民生活用水質(zhì)量的唯一途徑。而從垣曲縣向運(yùn)城中心城市實(shí)施調(diào)水工程，最大的問題在于穿越中條山，其不僅工程浩大，投資巨大，施工也極其困難。

山西省正在實(shí)施的大水網(wǎng)小浪底引黃工程2#隧洞，穿越中條山脈的輸水隧洞，原設(shè)計(jì)目的是將小浪底水庫庫區(qū)提引的黃河水輸送到涑水河流域。而利用該隧道，在洞內(nèi)穿入輸水管道，管內(nèi)輸送優(yōu)質(zhì)水源，管外輸送黃河水，可實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)水源和黃河水一起調(diào)水至運(yùn)城的目標(biāo)，在緩解運(yùn)城工農(nóng)業(yè)用水的同時，也可徹底改善中心城市居民生活用水質(zhì)量，而且節(jié)約了建設(shè)成本、降低了建設(shè)難度，一舉兩得。為此，提出了利用小浪底引黃工程隧洞實(shí)施由垣曲縣向運(yùn)城中心城市分質(zhì)供水的設(shè)計(jì)。

按照運(yùn)城市政府的指導(dǎo)思想，結(jié)合在建的小浪底引黃工程和已建未投入使用的聞喜縣石門引水工程，提出本工程總體設(shè)計(jì)方案為：在李家河建壩將西陽河優(yōu)質(zhì)水經(jīng)李家河水庫調(diào)節(jié)后，利用在建李家河—后河的供水隧洞引入后河水庫下游與后河水庫供本工程水匯流后，新建20km輸水隧洞和11km倒虹吸，進(jìn)入在建的小浪底引黃工程垣曲支洞，洞內(nèi)鋪設(shè)管道，之后進(jìn)入2#隧洞，利用小浪底引黃工程隧洞穿越中條山到呂莊水庫附近，然后采用地埋管道輸水到鹽湖區(qū)；板澗河流域的優(yōu)質(zhì)水利用聞喜縣石門引水工程輸水系統(tǒng)，在聞喜縣附近匯入本工程輸水干線。本工程設(shè)計(jì)流量為1.2m3/s，50%保證率下年供水量3449萬m3滿足2030水平年鹽湖區(qū)的城鎮(zhèn)生活用水。

考慮到工程投資較大等因素，前期先實(shí)施板澗河流域的調(diào)水，將板澗河上游石門河和橫榆河的優(yōu)質(zhì)水源利用石門引水工程和小浪底引黃工程設(shè)施調(diào)入鹽湖區(qū)，滿足鹽湖區(qū)2020水平年規(guī)劃需水要求。小浪底引黃工程運(yùn)行前期，工程供水未達(dá)規(guī)模，板澗河水庫水源基本為河道徑流，工程運(yùn)行達(dá)到正常規(guī)模時，由李家河、后河水庫的水置換板澗河水庫的水，滿足鹽湖區(qū)遠(yuǎn)期規(guī)劃需水要求。

2 引水線路方案比選

板澗河引水工程為跨流域調(diào)水工程，調(diào)入?yún)^(qū)鹽湖區(qū)主要河流有涑水河、姚暹渠，由于石門引水工程直接關(guān)系到聞喜縣，故調(diào)出區(qū)包括聞喜縣和垣曲縣，主要河流有板澗河、允西河、西陽河。

根據(jù)工程總體布局及供水水源分布情況，一期工程實(shí)施：管道鋪設(shè)工程(起點(diǎn)為垣曲支線隧洞進(jìn)口，終點(diǎn)為線路末端)；板澗河上游引水工程；板澗河水庫供水聯(lián)接工程。實(shí)現(xiàn)板澗河流域分質(zhì)供水目標(biāo)。引水線路擬定3個方案進(jìn)行比選。二期工程實(shí)施：李家河水庫工程；李家河水庫輸水工程；后河水庫至垣曲支線輸水工程。實(shí)現(xiàn)分質(zhì)供水建設(shè)目標(biāo)。引水線路擬定2個方案進(jìn)行比選。

2.1 一期工程引水方案比選

板澗河流域引水分為板澗河上游引水和板澗河庫區(qū)取水。

1)方案一：板澗河上游引水是①利用現(xiàn)有的石門引水工程供水線路，在其末端設(shè)分水閥，鋪設(shè)DN500壓力管道至聞喜縣附近與本工程輸水干管連通。按照石門引水工程建筑物設(shè)計(jì)最大輸水能力盡可能多引汛期洪水，利用已建小澗河水庫和規(guī)劃正水凹水庫的調(diào)蓄作用，在滿足聞喜縣城居民用水的前提下，將剩余的水量調(diào)配至運(yùn)城市鹽湖區(qū)，工業(yè)用水由引黃水置換。②板澗河水庫為在建工程，在板澗河水庫庫區(qū)設(shè)計(jì)有連通洞，其進(jìn)口位于板澗河水庫左岸補(bǔ)水泵站下游處，出口與2#隧洞相接，全長約830m，本次設(shè)計(jì)考慮在連通洞內(nèi)鋪設(shè)一條DN1000壓力管道，起點(diǎn)位于補(bǔ)水泵站迎水面處，在泵站內(nèi)設(shè)一座檢修閥，管道穿過補(bǔ)水泵站筒壁經(jīng)補(bǔ)水支洞進(jìn)入連通洞，然后與2#隧洞內(nèi)本工程供水管道相接。

引水線路出隧洞后，在小浪底引黃工程規(guī)劃的向鹽湖區(qū)工農(nóng)業(yè)供水管線旁鋪設(shè)一條輸水管線至線路末端苦池調(diào)蓄池，線路長約39km。

該方案投資小，布置簡單。經(jīng)調(diào)查，石門引水工程輸水隧洞斷面寬×高為1.6×2.0m，最大過流能力為2.8 m3/s，小澗河水庫和規(guī)劃的正水凹水庫可利用調(diào)蓄庫容為70萬m3。經(jīng)計(jì)算，在50%保證率下，來水量為1469萬m3，在滿足聞喜縣城鎮(zhèn)居民生活用水的前提下，通過石門引水工程可調(diào)入鹽湖區(qū)的水量為406萬m3。經(jīng)調(diào)查板澗河流域來水還要滿足該區(qū)域的胡家峪銅礦用水(1994年水利廳批復(fù)137萬m3)、垣曲縣五龍熱電廠用水(2007年水利廳批復(fù)214.56萬m3)以及毛家灣鎮(zhèn)居民用水。由此可見，板澗河上游來水基本沒有剩余，得到了充分利用。

2)方案二：在板澗河上游石門河和橫榆河兩條支流上修建取水樞紐，將石門引水工程下泄水量攔蓄后，通過8#支洞引入2#隧洞內(nèi)的分質(zhì)供水管道內(nèi)。經(jīng)計(jì)算，在50%保證率下，橫榆河可調(diào)水量為79萬m3，石門河可調(diào)水量為238萬m3，兩條支線工程估算投資約3000萬元。綜合比較不經(jīng)濟(jì)，且毛家灣鎮(zhèn)居民用水不落實(shí)，可調(diào)水量不可靠。其他同方案一。

3)方案三：在板澗河水庫上游新建調(diào)蓄庫，將板澗河流域的高質(zhì)水源全部進(jìn)入調(diào)蓄庫，然后再利用小浪底引黃工程輸水系統(tǒng)調(diào)入鹽湖區(qū)。

該方案能充分體現(xiàn)“高水高用”的指導(dǎo)思想，經(jīng)計(jì)算，在50%保證率下，石門引水工程下泄水量681萬m3，當(dāng)?shù)貋硭繛?681萬m3，基本滿足鹽湖區(qū)近期需水要求。但是板澗河流域整體上為峽谷形河流，在板澗河水庫上游再建一座2000-3000萬m3庫容的水庫基本沒有條件，大壩要修到100m以上，工程投資較大。若再往上游秦家溝附近，地形開闊，有庫容條件，但附近為銅礦、村莊，存在淹沒問題，同時下游十幾公里的流域水量攔蓄不到，上游來水不足以滿足鹽湖區(qū)需水。

綜上所述，方案二和方案三都不可行，本階段推薦方案一。

2.2 二期工程引水方案比選

1)方案一：在李家河建壩取水，利用在建李家河-后河水庫的16.65km連通隧洞輸水至后河水庫下游左岸50m處，設(shè)倒虹吸至本工程新建的后河水庫取水隧洞進(jìn)口，后河水庫水源與李家河水庫水源在隧洞進(jìn)口匯流，穿過隧洞再經(jīng)亳清河倒虹吸進(jìn)入在建小浪底引黃工程垣曲支線，再進(jìn)入2#輸水隧洞，洞內(nèi)鋪設(shè)管道輸水，輸水方式為重力流；板澗河流域的水一部分通過石門引水工程分水至聞喜縣附近的本工程輸水管道，另一部分通過小浪底引黃工程8#施工支洞進(jìn)入主管道與李家河、后河水庫的水源回流，出洞后呂莊水庫至鹽湖區(qū)采用地埋管道輸水，末端修建調(diào)蓄池。

2)方案二：李家河水庫的水通過在建的李家河水庫-后河水庫的連通隧洞和倒虹吸輸水到已建后河至垣曲縣供水隧洞內(nèi)與后河水庫供水工程水源匯流，出隧洞后采用地埋壓力管道輸水至小浪底引黃工程7#施工支洞，之后進(jìn)入2#隧洞的輸水干管。板澗河流域的水源同方案一。

該方案與當(dāng)?shù)毓┧O(shè)施共用，運(yùn)行管理不便，經(jīng)復(fù)核，已建后河至垣曲縣供水隧洞的過流能力遠(yuǎn)不能滿足本工程設(shè)計(jì)過流要求，如對其進(jìn)行改造，施工難度較大，同時影響垣曲縣的正常供水需求。垣曲供水隧洞進(jìn)口底高程為686m，后河水庫正常蓄水位690.5m，死水位649.0m，李家河-后河輸水隧洞出口高程680.6m，要將后河水庫水源和李家河水庫水源送入垣曲供水洞，須增設(shè)加壓泵站。該方案工程布置復(fù)雜，運(yùn)行管理費(fèi)用高。

表1 垣曲縣供水隧洞水力計(jì)算表

因此，本階段引水線路總體方案推薦方案一。

3 結(jié) 論

通過比選，確定了一、二期引水工程的最佳方案，也給鹽湖區(qū)當(dāng)?shù)鼐用裉峁┝藘?yōu)質(zhì)生活水源，對改善居民生活質(zhì)量意義重大。

[1]沈煒彬.長距離引水工程主要影響因素初探[D].浙江大學(xué)，2014.

[2]陳華,王亞鍵,馬紹忠,等.引水工程運(yùn)行管理決策支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].南水北調(diào)與水利科技，2012(03)：137-141.

[3]林建洪.北溪引水工程數(shù)字化建設(shè)探討[J].人民珠江，2004(01)：55-56.

[4]邵衛(wèi)云.長距離引水供水工程到戶水價(jià)的測算探討——以浙北引水工程為例[J].水利水電技術(shù)，2009(05)：71-77.

1007-7596(2016)11-0075-03

2016-10-12

韓明華(1975-)，女，山西曲沃人，工程師。

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