韓明華

(山西省水利水電勘測(cè)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(cè)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(wèn)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(kù)、后河水庫(kù)及板澗河上游優(yōu)質(zhì)水源，通過(guò)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(wèn)題突出。近年來(lái)，圍繞城鎮(zhèn)生活用水問(wèn)題，山西省水利廳會(huì)同運(yùn)城市先后建設(shè)了泗交(白沙河水庫(kù))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(wèn)題，但水質(zhì)相對(duì)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(wèn)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(kù)(允西河)、西陽(yáng)河(擬建李家河水庫(kù))和小浪底引黃工程的板澗河水庫(kù)，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(guò)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(zhǎng)遠(yuǎn)解決運(yùn)城中心城市水質(zhì)問(wèn)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(wèn)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(kù)庫(kù)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(shí)，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(yáng)河優(yōu)質(zhì)水經(jīng)李家河水庫(kù)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(kù)下游與后河水庫(kù)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(kù)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(wàn)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(kù)水源基本為河道徑流，工程運(yùn)行達(dá)到正常規(guī)模時(shí)，由李家河、后河水庫(kù)的水置換板澗河水庫(kù)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(yáng)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(kù)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(gè)方案進(jìn)行比選。二期工程實(shí)施：李家河水庫(kù)工程；李家河水庫(kù)輸水工程；后河水庫(kù)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(gè)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(kù)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(kù)和規(guī)劃正水凹水庫(kù)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(kù)為在建工程，在板澗河水庫(kù)庫(kù)區(qū)設(shè)計(jì)有連通洞，其進(jìn)口位于板澗河水庫(kù)左岸補(bǔ)水泵站下游處，出口與2#隧洞相接，全長(zhǎng)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(guò)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(zhǎng)約39km。

該方案投資小，布置簡(jiǎn)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(guò)流能力為2.8 m3/s，小澗河水庫(kù)和規(guī)劃的正水凹水庫(kù)可利用調(diào)蓄庫(kù)容為70萬(wàn)m3。經(jīng)計(jì)算，在50%保證率下，來(lái)水量為1469萬(wàn)m3，在滿足聞喜縣城鎮(zhèn)居民生活用水的前提下，通過(guò)石門引水工程可調(diào)入鹽湖區(qū)的水量為406萬(wàn)m3。經(jīng)調(diào)查板澗河流域來(lái)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(wàn)m3)、垣曲縣五龍熱電廠用水(2007年水利廳批復(fù)214.56萬(wàn)m3)以及毛家灣鎮(zhèn)居民用水。由此可見(jiàn)，板澗河上游來(lái)水基本沒(méi)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(guò)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(wàn)m3，石門河可調(diào)水量為238萬(wàn)m3，兩條支線工程估算投資約3000萬(wàn)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(kù)上游新建調(diào)蓄庫(kù)，將板澗河流域的高質(zhì)水源全部進(jìn)入調(diào)蓄庫(kù)，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(wàn)m3，當(dāng)?shù)貋?lái)水量為1681萬(wàn)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(kù)上游再建一座2000-3000萬(wàn)m3庫(kù)容的水庫(kù)基本沒(méi)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(kāi)闊，有庫(kù)容條件，但附近為銅礦、村莊，存在淹沒(méi)問(wèn)題，同時(shí)下游十幾公里的流域水量攔蓄不到，上游來(lái)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(kù)的16.65km連通隧洞輸水至后河水庫(kù)下游左岸50m處，設(shè)倒虹吸至本工程新建的后河水庫(kù)取水隧洞進(jìn)口，后河水庫(kù)水源與李家河水庫(kù)水源在隧洞進(jìn)口匯流，穿過(guò)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(guò)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(guò)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(kù)的水源回流，出洞后呂莊水庫(kù)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(kù)的水通過(guò)在建的李家河水庫(kù)-后河水庫(kù)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(kù)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(guò)流能力遠(yuǎn)不能滿足本工程設(shè)計(jì)過(guò)流要求，如對(duì)其進(jìn)行改造，施工難度較大，同時(shí)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(kù)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(kù)水源和李家河水庫(kù)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(guò)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(duì)改善居民生活質(zhì)量意義重大。

[1]沈煒彬.長(zhǎng)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(zhǎng)距離引水供水工程到戶水價(jià)的測(cè)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。

TV67

B