禹門口一級站改擴建工程設計綜述

晉文明

（山西水利職業技術學院，山西 運城 044004）

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80 m，距河津市區15 km。禹門口一級站改擴建工程的主要任務是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補水。該工程設計取水流量40 m3/s，裝機容量8 000 kW，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為3級，次要建筑物為4級，臨時建筑物為5級，出水池至北趙渠首輸水渠根據《灌溉與排水工程設計規范》，渠道及建筑物級別為3級。

2 工程建設必要性分析

該工程供水區包括北趙灌區、西范灌區和西范東擴灌區，涉及萬榮、臨猗、聞喜、稷山和新絳5縣，供水區主要以農業為主，包括52個鄉鎮、人口206萬人、耕地24萬hm2，是山西省重要的糧食生產基地。水資源貧乏導致了當地農作物產量低，農民收入受到很大影響，嚴重制約著當地經濟的發展，因此，解決當地灌區的水源問題對增加當地農民收入、促進經濟穩步發展、加強農田水利基礎設施建設，具有十分重要的意義。供水區北為汾河、南為涑水河、西為黃河，汾河和涑水河常年斷流，難以滿足灌區的灌溉需水，而黃河水資源豐沛，成為解決灌區干旱缺水的可靠水源，因此有必要從黃河建站引水解決當地水源缺乏問題。

目前，供水區北邊的汾河在灌區段已成為間歇性河流，灌溉期多有斷流現象出現，水質較差，不能滿足灌溉的需要，涑水河在1960年后下游已長年干枯，無水可取。萬榮縣西范灌區建站時，黃河頂托汾河，站前黃河水靠岸，但隨著黃河、汾河護岸堵串工程的實施，只好從汾河提水，而汾河又常常斷流，現主要依靠河灘深井供水，因水源不足，實灌面積只有0.29萬hm2。

北趙引水工程20世紀90年代可研選擇的廟前和大石嘴兩個水源位置，現在均已脫流；2008年北趙灌區初步設計時將水源站再次向上移，選在黃河大堤2號丁壩處，該處距離禹門口僅720 m，但在枯水季節還是脫流，其原因是黃河出禹門口峽谷后，河道驟然加寬，主流擺動不定，要選擇可靠的取水位置是很困難的，要想選擇更為可靠的著流點，只有將站址位置上移至禹門口峽谷口以上，因此對禹門口一級站進行改擴建來增加供水能力是很有必要的。

3 工程規模

禹門口一級站改擴建工程主要是供北趙灌區15.06 m3/s、西范灌區和西范東擴灌區13.8 m3/s，輸水損失流量5 m3/s，總計33.86 m3/s；年提水量2.90億m3，其中北趙灌區1.38億m3，西范灌區1.52億m3。

考慮兼顧向禹門口灌區和汾南灌區補充水源及遠期工農業發展，初步確定泵站設計流量40.0 m3/s。

泵站廠房30年一遇設計洪水位為387.52 m，校核洪水位389.38 m；泵站運行設計水位378.08 m，最低運行水位376.68 m。出水池水位滿足向北趙供水，確定出水池設計水位387.00 m，設計揚程11.0 m，泵站裝機8 000 kW。

4 工程布置

禹門口一級站改擴建工程與現禹門口一級站共用一個廠區，拆除現有的110 kV變電站，改建為110 kVGIS開關站。推薦方案站址位于現在一級站上游的北沖溝上游側，黃河主河槽左岸；比較方案位于現在一級站上游北沖溝內，緊臨現禹門口一級站。推薦方案與比較方案站址相距僅80 m，除壓力隧洞長度和施工圍堰布置不同外，其余布置均相同。

改擴建工程的主要建筑物包括進水閘、主廠房、副廠房、出水壓力隧洞、出水池、向北趙渠首輸水明渠和龍虎公路改線隧道。進水閘、主廠房和副廠房東西向整體布置在一起，順河向長27.5 m，東西向總寬度27.2 m，高16.8 m。水泵出水管直接與壓力出水隧洞連接，壓力隧洞走向東南，穿鐵路洞后拐向南，出洞后自108國道和禹門口一干渠下通過接出水池，推薦方案洞長351 m，比較方案洞長285 m，洞徑均為4.5 m。出水池位于沉沙池附近的黃河灘地上，連接壓力隧洞和矩形輸水明渠；出水池出口接矩形明渠，明渠基本平行黃河大堤和禹門口沉沙池布置，長400 m；龍虎公路改線隧道北起煤檢站，南至禹門口一級站圍墻外，全長270 m。改擴建工程包括一級站擴建樞紐泵站1座、出水壓力隧洞及壓力鋼管1條、出水池1座、出水池至北趙渠首連接渠道1條、龍虎公路改線公路1條和110 kVGIS開關站1座。

5 主要建筑物設計

5.1 進水閘

進水閘位于黃河岸邊，緊臨黃河主槽，軸線與主廠房軸線平行，閘室長8.0 m，總寬27.0 m，共設2孔進水閘，每孔寬6.5 m，邊墩厚2.0 m，中墩寬2.0 m，閘底高程均為369.5 m，檢修平臺高程為384.0 m，工作平臺為390.5 m。進水閘共設4道閘門槽，第一道為導冰排，懸掛在工作平臺上攔擋流冰；第二道為攔沙疊梁門和主攔污柵槽，孔內設潛水式攔沙疊梁門和攔污柵，起到取表層水和防止柴草進入的目的，孔口寬6.5 m，高15.0 m；第三道為攔沙疊梁門和副攔污柵槽，孔口寬6.5 m，高14.0 m；第四道為進水池及流道檢修門，閘孔寬6.5 m，高5.0 m。導冰排、攔污柵、疊梁門和流道檢修門的啟閉操作均由設置在390.5 m高程的工作平臺的門式啟重機完成。

5.2 主廠房

主廠房布置在進水閘后，其軸線與進水閘軸線平行，主廠房地坪高程390.5 m，最低取水位376.68 m，為地下式廠房，采用濕室型鋼筋混凝土筏片式基礎，主廠房長27.5 m，寬12.0 m，高40.8 m，共布置5跨，每跨長5.5 m。廠房共分5層：第1層為進水池和集水廊道層，第2層是水泵層，第3層為電機層，第4層為過渡層，第5層為安裝間層。

5.3 副廠房

副廠房布置在主廠房下游測，其軸線與主廠房軸線平行，為減少開挖工程量，布置時將副廠房分3層布置。第1層底板高程385.50 m，布置有站用變壓器室、軟啟動室及電容器室；第2層底板高程390.50 m，布置有中控室、低壓配電室及高壓開關室；第3層布置值班室，平面尺寸均為27.5 m×6.12 m；副廠房下方高程374.54 m高程布置2臺電動蝶閥。

5.4 出水壓力隧洞和壓力鋼管

出水壓力隧洞基本平行于108國道布置，沿線穿過龍虎公路和鐵路隧道，在沉沙池進水閘處向南轉彎從108國道和禹門口一干渠下通過，至黃河灘地上新建出水池，壓力隧洞長288 m，壓力鋼管長63 m，總長351 m，直徑4.5 m。進出口地質條件較差的圍巖，隧洞開挖后首先在頂拱120°范圍內掛鋼筋網和打錨桿，然后噴C20混凝土150 mm作一次支護，之后全斷面采用50 cmC30鋼筋混凝土襯砌，并全斷面固結灌漿；基本穩定的Ⅲ類圍巖，開挖后直接襯砌50 cmC30鋼筋混凝土作永久支護，進行回填、全斷面固結灌漿。

5.5 出水池

出水池位于禹門口沉沙池進口南側，平行沉沙池引渠布置，出水池長20.1 m，寬12.0 m，底板高程380.53 m，頂高程388.13 m，設計水位387.0 m；池壁頂寬0.8 m，底寬1.2 m，出口收縮角41°，出水池采用C20現澆鋼筋混凝土結構。

5.6 矩形明渠

矩形明渠連接出水池和北趙輸水渠，渠道平行禹門口沉沙池和黃河大堤布置，終止于沉沙池沖沙渠，經漸變段與北趙渠首相連，全長400m。渠道底寬6.0m，渠深4.90 m，出口設漸變段與北趙輸水渠相接，渠道設計縱坡1/3 000，采用C25鋼筋混凝土結構，壁厚0.3～0.5 m。起始水位386.90 m，末端水位386.667 m。

6 結語

擴建工程建成后，可年增提水量2.9億m3，新增北趙灌區灌溉面積3.4萬hm2，西范東擴新增灌溉面積1.55萬hm2，向北趙灌區年供水1.38億m3，向西范及西范東擴灌區年供水1.52億m3，與禹門口一級站統一調配水量后，可向禹門口東擴工程和汾南灌區補水，有效改善當地農業生產條件，增加當地農民收入，促進當地經濟發展。本工程在技術上是可行的，項目投資財務內部收益率所得稅后為7.358%，財務凈現值所得稅后為326.78萬元，具有一定的財務生存能力和盈利能力，是一項利國利民的工程。