董利明

（大同市水務(wù)局，山西 大同 037000）

1 工程概述

天陽盆地位于河北、內(nèi)蒙古、山西三省交匯地帶，涉及陽高、天鎮(zhèn)兩縣，盆地內(nèi)較大的灌區(qū)主要有孤峰山灌區(qū)、黃黑水河灌區(qū)和蘭玉堡揚(yáng)水站，具有較好的土地、光熱等自然條件，以發(fā)展種植業(yè)為主。近年來，由于干旱少雨，部分河流、水庫逐漸干涸，區(qū)域內(nèi)地表水資源不斷減少。為了保證農(nóng)作物不減產(chǎn)，灌區(qū)依靠抽取地下水進(jìn)行灌溉，隨著農(nóng)業(yè)規(guī)?；l(fā)展，灌溉面積不斷增大，農(nóng)業(yè)灌溉用水逐年增加。與此同時(shí)縣域經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，生產(chǎn)生活用水需求也在不斷加大，導(dǎo)致天陽盆地內(nèi)地下水位持續(xù)下降，地下水超采區(qū)域不斷擴(kuò)大，生態(tài)問題日益凸顯。

大同市天陽盆地地下水置換工程位于陽高縣城南部，引水工程首部距陽高縣縣城約33km。工程規(guī)劃利用桑干河流域晉冀省境邊界的冊(cè)田水庫富余供水能力，在現(xiàn)有大同市冊(cè)田灌區(qū)北干分灌區(qū)提水工程的基礎(chǔ)上，通過工程措施連通桑干河流域及南洋河流域，從冊(cè)田水庫調(diào)引黃河水向天陽盆地供水，以緩解當(dāng)?shù)匾虻叵滤沙霈F(xiàn)的水資源供需矛盾，起到涵養(yǎng)地下水源，修復(fù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的作用。

工程設(shè)計(jì)年調(diào)水0.3億m3，以桑干河地表水置換天陽盆地井灌區(qū)灌溉面積0.96萬hm2，其中：陽高縣0.57萬hm2，天鎮(zhèn)縣0.39萬hm2，置換當(dāng)?shù)氐叵滤?000萬m3。洋河流域跨流域調(diào)入水最大應(yīng)急規(guī)模為0.5億m3，考慮天陽盆地井灌區(qū)面積較大，尚有井灌區(qū)面積可進(jìn)行水源置換，故將西營出水池后設(shè)計(jì)引水流量為5.0m3/s，確保在南洋河流域發(fā)生特大干旱且桑干河流域水量較豐沛時(shí)，按照《山西省水資源全域化配置意見》，增大引水規(guī)模，置換井灌區(qū)總面積1.57萬hm2，置換地下水量5000萬m3，以緩解當(dāng)?shù)厝彼畣栴}。

2 方案比選

本工程利用冊(cè)田灌區(qū)北干分灌區(qū)提水工程自冊(cè)田水庫取水，引水工程取水位置在現(xiàn)有的冊(cè)田灌區(qū)北干分灌區(qū)提水工程末端的西營出水池。

2.1 影響線路選擇的因素

線路選擇及布置主要考慮以下幾個(gè)因素：線路少占農(nóng)田或盡量不占農(nóng)田；線路應(yīng)力求順直，管線盡量沿道路定線；盡量避開滑坡、崩塌、沉陷、泥石流等工程地質(zhì)不良地段、高地下水位地區(qū)、洪水淹沒和沖刷地區(qū)以及人口稠密區(qū)；如受條件限制必須通過時(shí)，應(yīng)采取可靠防護(hù)措施；隧洞為控制性工程，在條件允許的情況下力求最短。

2.2 方案擬定

引水工程取水位置選在現(xiàn)有的冊(cè)田灌區(qū)北干分灌區(qū)提水工程末端的西營出水池；本工程任務(wù)是從冊(cè)田水庫調(diào)引黃河水3000萬m3至地下水超采的天陽盆地，以置換當(dāng)?shù)氐叵滤?，因此將輸水線路末端選擇在天陽盆地白登河上游附近。引水工程取水位置及線路末端確定后，輸水線路的走向基本確定，即自現(xiàn)有西營出水池取水，線路沿東南～西北走向，終止于天陽盆地白登河上游附近。

2.2.1 無壓隧洞輸水（方案一）

現(xiàn)狀西營出水池設(shè)計(jì)水位1089.363m，白登河上游附近地面高程1095m～1080m，從線路地形高程上看有自流條件。故擬采用引水箱涵將水自西營出水池引至西營村村南的隧洞進(jìn)口，之后沿西北方向布置隧洞，出口于賈峰村村西北的白登河上游附近，距賈峰村約0.8km，線路總長17.0km。本方案樁號(hào)0+000—0+350段為引水涵，長度0.35km；樁號(hào)0+350—17+000為無壓隧洞段，長度16.65km，其中巖石洞長9.6km，土洞段長7.05m（包括長度0.3km輸水箱涵），土洞在樁號(hào)10+970—14+900、15+200—17+000段（長度5.73km）位于地下水位以下，洞頂以上最大水頭74m。在樁號(hào)14+900—15+200段洞線橫穿石頭溝，溝上游有孫家港水庫和賈峰水庫，穿溝處地面高程1087m—1090m，洞頂以上覆土深度0～3m，此段成洞困難，并且存在河道沖刷問題。詳見表1。

表1 無壓隧洞輸水方案特性表

2.2.2 泵站加壓與無壓隧洞輸水結(jié)合（方案二）

本工程中隧洞為控制性工程，在隧洞進(jìn)出口地形條件及施工條件相對(duì)較好的情況下，盡量減少隧洞長度，以降低施工難度，縮短工期。本工程通過現(xiàn)有冊(cè)田灌區(qū)北干分灌區(qū)提水工程自冊(cè)田水庫提水至西營出水池，地形揚(yáng)程153.4m，考慮在地形、地質(zhì)條件可行情況下，一期引水工程自西營出水池提水揚(yáng)程不宜太大，兩期總揚(yáng)程不超過200m。

本方案在西營出水池西北側(cè)布置西營加壓泵站，泵站進(jìn)水池設(shè)計(jì)水位1089.2m，地形揚(yáng)程24.3m，設(shè)計(jì)流量5.0m3/s，泵站裝機(jī)2240kW，通過西營泵站揚(yáng)水至西營村西的隧洞進(jìn)口，設(shè)計(jì)水位1113.5m，之后沿西北方向布置隧洞，經(jīng)隧洞將水送入磚井村村西南的白登河上游的一條支溝（后溝），水順后溝進(jìn)入白登河上游，線路總長約13.63km。本方案加壓泵站1座，樁號(hào)0-032.0—1+280.2為壓力管線，長1.312km；樁號(hào)1+288—13+594為無壓隧洞，長度12.31km，其中巖石洞長8.58km，土洞段長3.73km，土洞在樁號(hào)10+170—13+150（長度2.98km）位于地下水位以下，洞頂以上最大水頭50m。詳見表2。

2.3 比選要點(diǎn)

2.3.1 工程布置

方案一為全自流輸水，方案二為泵站加壓和隧洞輸水結(jié)合方式，兩方案輸水方式不同，線路平面走向基本相同，線路縱方向（即高程）方案二比方案一高程抬高約24.3m。根據(jù)工程布置，方案一包括輸水隧洞和涵洞，線路長17.0km，其中隧洞長16.65km；方案二包括加壓泵站、輸水隧洞，線路長13.63km，其中隧洞長12.31km。方案二比方案一隧洞長度縮短了4.34km，并且施工支洞的數(shù)量和長度也較方案一減少，因此方案二與方案一相比施工難度低，工期短。從工程布置方案來看，方案二優(yōu)于方案一。

表2 泵站加壓與無壓隧洞輸水結(jié)合方案特性表

表3 兩方案工程投資對(duì)比表 單位：萬元

2.3.2 地形地質(zhì)條件

兩方案巖石洞段地質(zhì)情況基本相近。方案一地下水位以下土洞段長度7.03km，且洞頂以上最大水頭74m；方案二地下水位以下土洞段長度2.98km，且洞頂以上最大水頭約50m。兩方案相比，方案二比方案一水下土洞長度短了兩倍多，且外水水頭比方案一也低，因此從地形、地質(zhì)條件分析，方案二優(yōu)于方案一。

2.3.3 運(yùn)行管理

方案一為輸水隧洞和涵洞自流輸水，運(yùn)行管理相對(duì)簡單；方案二設(shè)加壓泵站，相對(duì)系統(tǒng)調(diào)節(jié)較方案一復(fù)雜。從運(yùn)行管理方面分析，方案一優(yōu)于方案二。

2.3.4 工程投資

本工程等別Ⅲ等，依據(jù)《水利水電工程合理使用年限及耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL654-2014），工程使用壽命50年，折算年限按50年，折現(xiàn)率采用4%。兩方案工程直接費(fèi)見表3，工程運(yùn)行費(fèi)現(xiàn)值見表4。

工程總費(fèi)用現(xiàn)值為工程投資和工程運(yùn)行費(fèi)用現(xiàn)值之和。經(jīng)計(jì)算，方案一為53727萬元，方案二為44006萬元，方案二比方案一節(jié)省9721萬元。

3 結(jié)語

綜上所述，經(jīng)過從工程布置、地形、地質(zhì)條件、運(yùn)行管理、工程投資等方面綜合進(jìn)行比較，方案二優(yōu)于方案一，故推薦泵站加壓與無壓隧洞輸水結(jié)合方案。