禹門口一級站改擴建工程站址選擇及泵站設計

晉浩淼

（1.太原理工大學，山西 太原 030024；2.山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

禹門口一級站改擴建工程位于河津市境內，緊靠原禹門口一級站上游側，距黃河禹門口峽谷出口約80 m，距河津市區約15 km。禹門口一級站改擴建工程主要解決運城市北趙灌區、西范灌區和西范東擴灌區的水源問題，同時和禹門口一級站統一調配水量兼顧向禹門口東擴和汾南灌區的補水。工程設計取水流量40 m3/s，裝機容量8 000 kW。根據《泵站設計規范》規定，該泵站為中型泵站，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物進水閘、廠房、出水壓力洞和出水池級別為3級，其他次要建筑物為4級，臨時建筑物為5級。根據《灌溉與排水工程設計規范》，出水池至北趙渠首輸水渠渠道及建筑物的級別為3級。

2 站址選擇

禹門口一級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。在修建一級站時，由于建筑物布置緊張，曾對該公路進行過改線，現禹門口一級站廠區建筑物有進水閘、主副廠房、出水池、輸水渠和變電站，一級站廠區北邊（上游側）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，公路和緩坡平臺寬約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，地質條件復雜，但由于黃河在禹門口段河面狹窄，在禹門口選擇站址，黃河著流點及取水條件好，改擴建站址位置選擇比較困難。

設計有兩種方案：方案一為在現禹門口一級站北沖溝以北的公路處建站，泵站主廠房長27.5 m，寬12.0 m；副廠房長27.5 m，寬6.12 m，布置在主廠房下游側，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40 m。方案二為在現禹門口一級站上游側北沖溝處建站，新站緊靠禹門口一級站，站址位于北沖溝內，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站和黃河岸邊布置，取水條件較次于方案二，在進水閘前出現泥沙淤積時，工程上預備挖泥船，在泵站運行前進行挖泥引水來解決；利用巖坎作為施工圍堰，可節省圍堰直接費用965萬元，工程總投資節省650萬元；新舊兩站共用一個110 kVGIS開關站，運行管理和維護較方便。缺點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40 m，石方開挖工程量較大。

方案二站址位于北沖溝內，緊靠禹門口一級站布置，位于主流頂沖區，取水條件相對優越；兩站布置在一起，共用一個110 kV變電站，便于工程運行管理和維護。缺點是布置中有1臺已布置到岸坡內，進水條件差，需對岸坡進行開挖來改善機組進水條件；施工圍堰要占用禹門口一級站五孔流道中的四孔，造成4臺機組不能運行，嚴重影響禹門口一級站工農業供水；施工圍堰布置在主河道內，需進行近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

本次設計時選擇了纜車式泵站和浮船式泵站兩種移動式泵站和岸邊固定式泵站進行比較。由于禹門口處地形狹窄，河水流速較大，汛期流冰期長、流冰量較大，山口處長年風大浪高，汛期洪水前后水位變幅較大，因此本次設計取水流量大，機組重量較大。

布置纜車式泵站存在以下問題：一是黃河冰凍，根據水文資料統計，流冰期自11月中旬到3月下旬，約4個月時間不能取水，根據灌溉制度，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的坡道，并深入水下約5 m，需要進行大量的開挖，工程量較大，且有可能破壞河岸天然狀態，在泵站取水位置形成閉流區，造成大量的泥沙淤積，嚴重影響取水，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，且風浪很高，流速較大，當遇到大風時，岸邊浪高可達2 m左右，流速在3 m/s以上，浮船的固定很困難，更無法正常運行；三是浮船取水同樣需要開挖管坡，破壞河岸的自然狀態，形成閉流區，對運行不利；四是出水管路的接頭、船體在運行中所承受的不平衡荷載以及由于機組重量大造成船體的制作、運輸、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行十余年來看，固定式泵站既解決了水位變動取表層水問題，又可防止流冰期對泵站的取水影響，而且能夠較好地適應當地不利的自然條件，因此本次設計時仍采用岸邊固定式泵站。

4 結語

經站址方案比較及泵站形式設計，針對工程特點及地形地貌特征，并考慮工程投資等多方面因素，最終選定站址為現禹門口一級站北沖溝以北的公路處，泵站形式設計確定為固定式泵站。工程實施后，可年增提水量2.9億m3，新增北趙灌區灌溉面積3.4萬hm2，有效改善了當地農業生產條件，增加了農民收入，促進了當地經濟發展，是一項利國利民的工程。