西范灌區東擴工程設計特點

李效勤

(山西省水利水電勘測設計研究院)

1 工程基本情況

西范灌區東擴工程位于山西省運城市西北部，地處峨眉構造臺地—黃土臺塬溝壑區，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 縣農業灌溉問題，并積極改善原西范灌區及汾南灌區的灌溉條件擬興建的大型揚水灌溉工程。原西范灌區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，設計灌溉面積1.79 萬hm2。進入80年代后，由于汾河經常斷流且水質較差，泵站難以發揮作用，灌區本身及以東涉及的萬榮、聞喜、新絳、稷山等4 縣以及汾南灌區的大量耕地因干旱缺水，只能靠天吃飯。經調查了解，項目區所屬的汾河下游及涑水河流域多年平均水資源開發利用程度已達112.7%及157.8%，水資源的過度開發導致本地水源已無力解決農業灌溉嚴重缺水的現實問題，因而從本流域外調水迫在眉睫。

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。該工程的主要任務是解決北趙灌區、原西范灌區及西范東擴灌區的水源問題，向原西范灌區及西范東擴灌區年供水量為1.52 億m3，供水流量為13.8 m3/s。山西省發改委以晉發改農經發［2012］452 號文批復了該項目的可行性研究報告。

根據禹門口一級站改擴建工程給西范東擴灌區分配的水量，綜合考慮工程區的地形地貌以及適宜灌溉耕地的分布特點，設計中提出了“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，可新發展灌溉面積1.55 萬hm2，其中萬榮縣城東0.40 萬hm2，汾南灌區南部0.25 萬hm2，聞喜北垣0.73 萬hm2，新絳陽王0.17 萬hm2;恢復原西范灌區灌溉面積0.79萬hm2;改善灌溉面積1.77 萬hm2，其中原西范灌區1 萬hm2，汾南灌區0.77 萬hm2。通過以上總體規劃布局，合理地解決了項目區因干旱缺水導致農業經濟發展受到嚴重影響的問題。

2 設計基本要求

西范灌區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合改造問題，同時有新增渠線及新增建筑物的優化設計問題，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，才能優選出合理的設計方案。為此，在設計過程中除執行了相關規程規范外，還執行了以下基本要求:①以滿足當地農業灌溉規模化可持續發展為目標，合理確定項目區灌溉面積;②充分利用原有渠線布局，結合工程沿線地形地質條件，優選工程渠線布置并優化渠道斷面，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，合理進行建筑物設計;⑤充分應用信息化控制手段，大力提升灌區管理水平。

3 工程設計特點

3.1 為大型灌區的規模化可持續發展創造了條件

西范灌區東擴工程建成后，不僅可恢復原西范灌區灌溉面積0.79 萬hm2，改善原西范灌區及汾南灌區灌溉面積1.77 萬hm2，而且新發展了萬榮、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，具備了大型灌區的條件，可為當地農業經濟的規模化可持續發展奠定基礎。

3.2 “四級泵站加壓，三級總干渠輸水”的布局實現了方案的總體優化

綜合考慮缺水地區的地形地貌以及適宜灌溉耕地的分布情況，經對渠道輸水方案及管渠結合輸水方案進行反復比較，提出了“四級泵站加壓，三級主干輸水”的總體布局方案，從而實現了最優選擇。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二級泵站處，控制灌溉面積2.33 萬hm2，設計流量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，設計流量3.14 m3/s;4#、5#機組向汾南灌區南部供水，控制灌溉面積0.10 萬hm2，設計流量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，總干線繼續向東，流量為6.45 m3/s，在太陽鄉塢堆村西設置分水口，給汾南灌區分水，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，設計流量3.14 m3/s。總干線在新絳縣陽王鎮南池村向北設支渠給新絳陽王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型渠道在我省應用還不多見，經對比論證，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點，且工程占地更小，更加經濟合理。

3.4 實現了一級泵站泵改機組與東擴機組的優化組合

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

經方案比較，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 的水泵結構上是相同的，泵軸的設計也是相同的，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，從而實現了一級泵站泵改機組與東擴機組的優化組合。

3.5 合理利用了原有渠道及渠系建筑物

設計中將原西范灌區一級總干渠7.6 km 梯形渠道及渠系建筑物加以科學合理的改造，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，節省了投資，且方便了管理。

3.6 工程總干線采用了自動化統一輸水調度系統

為實現灌區工程安全穩定輸水，保證全線各種機電設備和水工建筑物的安全、經濟運行，設計對沿線各泵站進行統一調度。為此，在總干線設立了自動化統一輸水調度系統，調度中心設在萬榮縣西范揚水工程管理局。

3.7 因地制宜地優化設計了各類建筑物

根據項目區地形地質條件，設計中因地制宜、客觀實際地配套設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、農用橋、分水閘、節制閘、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)干渠各類建筑物193 座，支渠各類建筑物494座。

4 結束語

西范灌區東擴工程是山西省“十二五”期間擬興建的大型灌區工程，不僅能為萬榮、聞喜、稷山、新絳等4 縣干旱地區提供可靠的農業灌溉用水，而且可改善原西范灌區、汾南灌區的農業灌溉用水條件，對保障糧食安全，實現項目區農業經濟又好又快發展具有十分重要的推動作用。