李效勤

(山西省水利水電勘測設(shè)計研究院)

1 工程基本情況

西范灌區(qū)東擴工程位于山西省運城市西北部，地處峨眉構(gòu)造臺地—黃土臺塬溝壑區(qū)，是為了充分利用擬建的禹門口一級站改擴建工程和汾河清水復(fù)流北趙連接段工程提引、輸送黃河水源，從而有效解決萬榮、聞喜、稷山、新絳等4 縣農(nóng)業(yè)灌溉問題，并積極改善原西范灌區(qū)及汾南灌區(qū)的灌溉條件擬興建的大型揚水灌溉工程。原西范灌區(qū)水源泵站位于萬榮縣，從汾河提水，是一座高揚程多級提水灌溉泵站，建于20 世紀70年代，設(shè)計灌溉面積1.79 萬hm2。進入80年代后，由于汾河經(jīng)常斷流且水質(zhì)較差，泵站難以發(fā)揮作用，灌區(qū)本身及以東涉及的萬榮、聞喜、新絳、稷山等4 縣以及汾南灌區(qū)的大量耕地因干旱缺水，只能靠天吃飯。經(jīng)調(diào)查了解，項目區(qū)所屬的汾河下游及涑水河流域多年平均水資源開發(fā)利用程度已達112.7%及157.8%，水資源的過度開發(fā)導(dǎo)致本地水源已無力解決農(nóng)業(yè)灌溉嚴重缺水的現(xiàn)實問題，因而從本流域外調(diào)水迫在眉睫。

禹門口一級站改擴建工程位于山西省河津市，從黃河干流提水。該工程的主要任務(wù)是解決北趙灌區(qū)、原西范灌區(qū)及西范東擴灌區(qū)的水源問題，向原西范灌區(qū)及西范東擴灌區(qū)年供水量為1.52 億m3，供水流量為13.8 m3/s。山西省發(fā)改委以晉發(fā)改農(nóng)經(jīng)發(fā)［2012］452 號文批復(fù)了該項目的可行性研究報告。

根據(jù)禹門口一級站改擴建工程給西范東擴灌區(qū)分配的水量，綜合考慮工程區(qū)的地形地貌以及適宜灌溉耕地的分布特點，設(shè)計中提出了“四級泵站加壓，三級主干渠輸水”的總體布置方案，累計地形揚程398.4 m，泵站壓力管線總長5.72 km，三級主干渠道總長45.01 km。工程建成后，可新發(fā)展灌溉面積1.55 萬hm2，其中萬榮縣城東0.40 萬hm2，汾南灌區(qū)南部0.25 萬hm2，聞喜北垣0.73 萬hm2，新絳陽王0.17 萬hm2;恢復(fù)原西范灌區(qū)灌溉面積0.79萬hm2;改善灌溉面積1.77 萬hm2，其中原西范灌區(qū)1 萬hm2，汾南灌區(qū)0.77 萬hm2。通過以上總體規(guī)劃布局，合理地解決了項目區(qū)因干旱缺水導(dǎo)致農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展受到嚴重影響的問題。

2 設(shè)計基本要求

西范灌區(qū)東擴工程提水揚程較高，線路長，建筑物多，受益范圍廣，有新舊渠線及新舊建筑物的結(jié)合改造問題，同時有新增渠線及新增建筑物的優(yōu)化設(shè)計問題，還有泵站揚程及水泵運行效率等問題，因此，必須綜合考慮，全面分析比較，才能優(yōu)選出合理的設(shè)計方案。為此，在設(shè)計過程中除執(zhí)行了相關(guān)規(guī)程規(guī)范外，還執(zhí)行了以下基本要求:①以滿足當?shù)剞r(nóng)業(yè)灌溉規(guī)?；沙掷m(xù)發(fā)展為目標，合理確定項目區(qū)灌溉面積;②充分利用原有渠線布局，結(jié)合工程沿線地形地質(zhì)條件，優(yōu)選工程渠線布置并優(yōu)化渠道斷面，以減少占地;③以提高各級泵站水泵運行效率為手段，合理確定泵站揚程，從而降低工程運行成本;④以滿足各級各類建筑物安全運行為條件，合理進行建筑物設(shè)計;⑤充分應(yīng)用信息化控制手段，大力提升灌區(qū)管理水平。

3 工程設(shè)計特點

3.1 為大型灌區(qū)的規(guī)模化可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了條件

西范灌區(qū)東擴工程建成后，不僅可恢復(fù)原西范灌區(qū)灌溉面積0.79 萬hm2，改善原西范灌區(qū)及汾南灌區(qū)灌溉面積1.77 萬hm2，而且新發(fā)展了萬榮、聞喜、稷山、新絳等4 縣灌溉面積1.56 萬hm2，合計灌溉面積可達4.12 萬hm2，具備了大型灌區(qū)的條件，可為當?shù)剞r(nóng)業(yè)經(jīng)濟的規(guī)模化可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

3.2 “四級泵站加壓，三級總干渠輸水”的布局實現(xiàn)了方案的總體優(yōu)化

綜合考慮缺水地區(qū)的地形地貌以及適宜灌溉耕地的分布情況，經(jīng)對渠道輸水方案及管渠結(jié)合輸水方案進行反復(fù)比較，提出了“四級泵站加壓，三級主干輸水”的總體布局方案，從而實現(xiàn)了最優(yōu)選擇。該方案累計地形揚程398.4 m，泵站壓力管線總長5.72 km，輸水干渠總長45.01 km。

3.2.1 “四級加壓泵站”各站的布置

(1)東擴一級泵站。位于萬榮縣裴莊鄉(xiāng)西范村汾河岸邊的原西范泵站一級站站址上，主要向原西范一級站控制的南干渠、原西范二級站以及東擴二級站供水，控制灌溉面積4.12 萬hm2，設(shè)計流量13.8 m3/s。共布置 8 臺機組，總裝機容量30 100 kW。

(2)東擴二級泵站。擬布置于原西范灌區(qū)二級泵站處，控制灌溉面積2.33 萬hm2，設(shè)計流量7.8 m3/s，共布置4 臺機組，總裝機容量5 000 kW。仁和泵站(支線泵站)位于稷山縣翟店鎮(zhèn)仁和村東約500 m 處，自二級站—塢堆站總干渠QⅡ23 +580處引水，廠外地坪533.40 m，共布置4 臺機組，總裝機容量4 000 kW。4 臺機組均向萬榮城東供水，控制灌溉面積0.40 萬hm2，流量1.35 m3/s。

(3)東擴三級泵站(塢堆泵站)。位于稷山縣太陽鄉(xiāng)塢堆村西，二級站—塢堆站總干渠末端，控制灌溉面積1.03 萬hm2，設(shè)計流量3.46 m3/s。共布置5臺機組，總裝機容量1 104 kW。1#、2#、3#機組向聞喜、新絳方向供水，控制灌溉面積0.94 萬hm2，設(shè)計流量3.14 m3/s;4#、5#機組向汾南灌區(qū)南部供水，控制灌溉面積0.10 萬hm2，設(shè)計流量0.32 m3/s。

(4)東擴四級泵站(南池泵站)。位于新絳縣陽王鎮(zhèn)南池村北，塢堆站—南池站總干渠末端，共布置8 臺機組，總裝機容量8 960 kW。8 臺機組均向聞喜北垣供水，控制灌溉面積0.73 萬hm2，設(shè)計流量2.46 m3/s。

3.2.2 三級總干渠輸水布置

輸水總干渠共分三級，分別為:東擴一級泵站—東擴二級泵站總干渠，東擴二級泵站—東擴三級泵站(塢堆泵站)總干渠，東擴三級泵站(塢堆泵站)—東擴四級泵站(南池泵站)總干渠。

東擴一級泵站—東擴二級泵站總干渠，從東擴一級泵站出水池起，到東擴二級泵站前池止，全長7 850 m，渠道設(shè)計流量7.8 m3/s，采用弧形底梯形渠斷面。

東擴二級泵站—東擴三級泵站(塢堆泵站)總干渠，從東擴二級泵站出水池起，到東擴三級泵站(塢堆泵站)前池止，全長27 300 m，設(shè)計流量7.8 m3/s，采用弧形底梯形渠斷面。該段線路在仁和村東約500 m 處(渠道樁號QⅡ23 +580)設(shè)支渠給萬榮縣城東灌溉片分水，分水流量為1.35 m3/s。渠道分水后，總干線繼續(xù)向東，流量為6.45 m3/s，在太陽鄉(xiāng)塢堆村西設(shè)置分水口，給汾南灌區(qū)分水，分水流量為2.59 m3/s。之后，渠道南拐，水流進入東擴三級泵站(塢堆泵站)前池。

東擴三級泵站(塢堆泵站)—東擴四級泵站(南池泵站)總干渠，從東擴三級泵站(塢堆泵站)出水池起，到東擴四級泵站(南池泵站)前池止，全長9 860 m，設(shè)計流量3.14 m3/s?？偢删€在新絳縣陽王鎮(zhèn)南池村向北設(shè)支渠給新絳陽王0.17 萬hm2耕地分水，分水流量為0.56 m3/s。之后，總干線在南池村設(shè)東擴四級泵站(南池泵站)加壓，流量2.46 m3/s，給聞喜北垣0.73 萬hm2耕地供水。

3.3 優(yōu)選了渠道過水斷面

對于輸水總干渠，由于渠道斷面較大，大型U型渠道在我省應(yīng)用還不多見，經(jīng)對比論證，渠道斷面采用了弧形底梯形渠。其主要理由:弧形底梯形渠適應(yīng)凍脹變形的能力強，水力條件好，流速分布均勻，易挾沙可減少渠道淤積，占地少并可減少投資。對于各灌溉片區(qū)的分干渠，由于渠道斷面較小，故對新建的渠道采用了U 型渠斷面。顯而易見，U 型渠具有弧形底梯形渠斷面的所有優(yōu)點，且工程占地更小，更加經(jīng)濟合理。

3.4 實現(xiàn)了一級泵站泵改機組與東擴機組的優(yōu)化組合

西范泵站更新改造工程一級站更新改造共設(shè)6臺機組，“一”字型布置，單機設(shè)計流量1.2 m3/s，共7.2 m3/s。本次西范灌區(qū)東擴工程結(jié)合泵站改造總設(shè)計流量為13.8 m3/s，要求在原一級泵站改造的廠房內(nèi)布置所有機組，且泵站更新改造6 臺機組設(shè)備及3 根DN1 400 mm 出水壓力管道不變。

經(jīng)方案比較，確定布置方案為:將一級站更新改造6 臺機組的水泵葉輪更換，使每臺水泵單機流量由1.2 m3/s 增加到1.5 m3/s(流量1.2 m3/s 的水泵和流量1.5 m3/s 的水泵結(jié)構(gòu)上是相同的，泵軸的設(shè)計也是相同的，所以更換葉輪很方便)，共9.0 m3/s，每3 臺機共用一根DN1 400 mm 出水壓力管道。然后，再在泵站改造機組中間新增2 臺機組，單機設(shè)計流量2.4 m3/s，共4.8 m3/s。這2 臺機組共用一根DN1 400 mm 出水壓力管道。東擴新增機組與泵站改造機組共8 臺呈“一”字型布置，總流量達13.8 m3/s，從而實現(xiàn)了一級泵站泵改機組與東擴機組的優(yōu)化組合。

3.5 合理利用了原有渠道及渠系建筑物

設(shè)計中將原西范灌區(qū)一級總干渠7.6 km 梯形渠道及渠系建筑物加以科學(xué)合理的改造，使其過流能力由5.4 m3/s 增加到13.8 m3/s，從而減少了占地，節(jié)省了投資，且方便了管理。

3.6 工程總干線采用了自動化統(tǒng)一輸水調(diào)度系統(tǒng)

為實現(xiàn)灌區(qū)工程安全穩(wěn)定輸水，保證全線各種機電設(shè)備和水工建筑物的安全、經(jīng)濟運行，設(shè)計對沿線各泵站進行統(tǒng)一調(diào)度。為此，在總干線設(shè)立了自動化統(tǒng)一輸水調(diào)度系統(tǒng)，調(diào)度中心設(shè)在萬榮縣西范揚水工程管理局。

3.7 因地制宜地優(yōu)化設(shè)計了各類建筑物

根據(jù)項目區(qū)地形地質(zhì)條件，設(shè)計中因地制宜、客觀實際地配套設(shè)置了渠系及管線各類建筑物，包括泵站、隧洞、倒虹、渡槽、跌水、涵洞、公路橋、農(nóng)用橋、分水閘、節(jié)制閘、控制閥井、排氣閥井、排水閥井、檢查井等，其中，輸水總干渠建筑物74 座，各灌溉片(區(qū))干渠各類建筑物193 座，支渠各類建筑物494座。

4 結(jié)束語

西范灌區(qū)東擴工程是山西省“十二五”期間擬興建的大型灌區(qū)工程，不僅能為萬榮、聞喜、稷山、新絳等4 縣干旱地區(qū)提供可靠的農(nóng)業(yè)灌溉用水，而且可改善原西范灌區(qū)、汾南灌區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉用水條件，對保障糧食安全，實現(xiàn)項目區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟又好又快發(fā)展具有十分重要的推動作用。