晉浩淼

（1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024；2.山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

禹門口一級(jí)站改擴(kuò)建工程位于河津市境內(nèi)，緊靠原禹門口一級(jí)站上游側(cè)，距黃河禹門口峽谷出口約80 m，距河津市區(qū)約15 km。禹門口一級(jí)站改擴(kuò)建工程主要解決運(yùn)城市北趙灌區(qū)、西范灌區(qū)和西范東擴(kuò)灌區(qū)的水源問題，同時(shí)和禹門口一級(jí)站統(tǒng)一調(diào)配水量兼顧向禹門口東擴(kuò)和汾南灌區(qū)的補(bǔ)水。工程設(shè)計(jì)取水流量40 m3/s，裝機(jī)容量8 000 kW。根據(jù)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，該泵站為中型泵站，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物進(jìn)水閘、廠房、出水壓力洞和出水池級(jí)別為3級(jí)，其他次要建筑物為4級(jí)，臨時(shí)建筑物為5級(jí)。根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，出水池至北趙渠首輸水渠渠道及建筑物的級(jí)別為3級(jí)。

2 站址選擇

禹門口一級(jí)站位于黃河禹門口峽谷出口上游東岸，距禹門口黃河大橋約100 m。在修建一級(jí)站時(shí)，由于建筑物布置緊張，曾對(duì)該公路進(jìn)行過改線，現(xiàn)禹門口一級(jí)站廠區(qū)建筑物有進(jìn)水閘、主副廠房、出水池、輸水渠和變電站，一級(jí)站廠區(qū)北邊（上游側(cè)）順岸邊為龍虎公路，公路西邊至臨河陡岸之間為一緩坡平臺(tái)，公路和緩坡平臺(tái)寬約20 m，公路東邊為山體，坡度約為50°。總體來看，禹門口建站地形狹窄，山體陡峻，地質(zhì)條件復(fù)雜，但由于黃河在禹門口段河面狹窄，在禹門口選擇站址，黃河著流點(diǎn)及取水條件好，改擴(kuò)建站址位置選擇比較困難。

設(shè)計(jì)有兩種方案：方案一為在現(xiàn)禹門口一級(jí)站北沖溝以北的公路處建站，泵站主廠房長(zhǎng)27.5 m，寬12.0 m；副廠房長(zhǎng)27.5 m，寬6.12 m，布置在主廠房下游側(cè)，原地面高程393.5 m，開挖底高程365.8 m，挖深近28 m，利用巖坎作為施工圍堰，泵站靠向背后山體，需要開挖山體局部高度達(dá)40 m。方案二為在現(xiàn)禹門口一級(jí)站上游側(cè)北沖溝處建站，新站緊靠禹門口一級(jí)站，站址位于北沖溝內(nèi)，基巖面高程369～372 m，淤積厚度4～7 m，站址處水深6～9 m，需要在水下布置施工圍堰。

方案一和方案二的不同之處在于施工圍堰不同，方案一采用巖坎做下部圍堰，巖坎高程不足處采用混凝土進(jìn)行加高；方案二選用土石樁墻混合圍堰。方案一站址臨近禹門口一級(jí)站和黃河岸邊布置，取水條件較次于方案二，在進(jìn)水閘前出現(xiàn)泥沙淤積時(shí)，工程上預(yù)備挖泥船，在泵站運(yùn)行前進(jìn)行挖泥引水來解決；利用巖坎作為施工圍堰，可節(jié)省圍堰直接費(fèi)用965萬元，工程總投資節(jié)省650萬元；新舊兩站共用一個(gè)110 kVGIS開關(guān)站，運(yùn)行管理和維護(hù)較方便。缺點(diǎn)是利用巖坎作為施工圍堰，站址需向背后山體靠近，造成山體開挖高度局部高達(dá)40 m，石方開挖工程量較大。

方案二站址位于北沖溝內(nèi)，緊靠禹門口一級(jí)站布置，位于主流頂沖區(qū)，取水條件相對(duì)優(yōu)越；兩站布置在一起，共用一個(gè)110 kV變電站，便于工程運(yùn)行管理和維護(hù)。缺點(diǎn)是布置中有1臺(tái)已布置到岸坡內(nèi)，進(jìn)水條件差，需對(duì)岸坡進(jìn)行開挖來改善機(jī)組進(jìn)水條件；施工圍堰要占用禹門口一級(jí)站五孔流道中的四孔，造成4臺(tái)機(jī)組不能運(yùn)行，嚴(yán)重影響禹門口一級(jí)站工農(nóng)業(yè)供水；施工圍堰布置在主河道內(nèi)，需進(jìn)行近20 m高的水下圍堰施工，且泵房施工完成后需水下拆除，不僅拆除工程量大，且施工難度較大。

經(jīng)綜合比較，方案一施工圍堰布置較方案二安全、可靠，總投資可節(jié)省650萬元，因此最終選定方案一作為本次工程的推薦方案。

3 泵站形式選擇

本次設(shè)計(jì)時(shí)選擇了纜車式泵站和浮船式泵站兩種移動(dòng)式泵站和岸邊固定式泵站進(jìn)行比較。由于禹門口處地形狹窄，河水流速較大，汛期流冰期長(zhǎng)、流冰量較大，山口處長(zhǎng)年風(fēng)大浪高，汛期洪水前后水位變幅較大，因此本次設(shè)計(jì)取水流量大，機(jī)組重量較大。

布置纜車式泵站存在以下問題：一是黃河冰凍，根據(jù)水文資料統(tǒng)計(jì)，流冰期自11月中旬到3月下旬，約4個(gè)月時(shí)間不能取水，根據(jù)灌溉制度，3月份仍存在灌溉需水，因此纜車式泵站不適合；二是受地形限制，由于站址處場(chǎng)地非常狹窄，布置纜車式泵站軌道不僅在平面上要求一定的寬度，而且在立面上具有較長(zhǎng)的坡道，并深入水下約5 m，需要進(jìn)行大量的開挖，工程量較大，且有可能破壞河岸天然狀態(tài)，在泵站取水位置形成閉流區(qū)，造成大量的泥沙淤積，嚴(yán)重影響取水，因此在該站址位置建纜車式泵站不適合。

布置浮船式泵站問題主要有：一是流冰期浮船受冰凌撞擊影響，船體無法正常取水，不能滿足供水要求；二是汛期禹門口處的洪水陡漲陡落，且風(fēng)浪很高，流速較大，當(dāng)遇到大風(fēng)時(shí)，岸邊浪高可達(dá)2 m左右，流速在3 m/s以上，浮船的固定很困難，更無法正常運(yùn)行；三是浮船取水同樣需要開挖管坡，破壞河岸的自然狀態(tài)，形成閉流區(qū)，對(duì)運(yùn)行不利；四是出水管路的接頭、船體在運(yùn)行中所承受的不平衡荷載以及由于機(jī)組重量大造成船體的制作、運(yùn)輸、安裝、定位存在較大困難。因此，浮船式泵站取水方案也不適合。

從禹門口建站安全運(yùn)行十余年來看，固定式泵站既解決了水位變動(dòng)取表層水問題，又可防止流冰期對(duì)泵站的取水影響，而且能夠較好地適應(yīng)當(dāng)?shù)夭焕淖匀粭l件，因此本次設(shè)計(jì)時(shí)仍采用岸邊固定式泵站。

4 結(jié)語

經(jīng)站址方案比較及泵站形式設(shè)計(jì)，針對(duì)工程特點(diǎn)及地形地貌特征，并考慮工程投資等多方面因素，最終選定站址為現(xiàn)禹門口一級(jí)站北沖溝以北的公路處，泵站形式設(shè)計(jì)確定為固定式泵站。工程實(shí)施后，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，有效改善了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，增加了農(nóng)民收入，促進(jìn)了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，是一項(xiàng)利國(guó)利民的工程。