譚坪沿黃提水灌溉工程取水方案比選及水源工程設計

王 強

(山西省水利工程質量與安全監督站)

1 工程概況

譚坪沿黃提水灌溉工程位于鄉寧縣城西部約45 km處，取水水源為黃河河床地下水。將黃河水經泵站加壓后提到馱澗、譚坪及神底出水池，再通過自流向棗嶺鄉的擲沙、侯家莊、瓦渠、灣里、喬眼等24個村及1 633.33 hm2耕地供水。

工程由提水工程和灌溉工程兩部分組成，其中提水工程包括滲水洞、透水井、取水泵站、一級泵站、二級泵站及引水管道等建筑物;灌溉工程包括干管、支管及田間配套工程。

取水泵站設計流量0.54 m3/s，裝機4臺，地形揚程42.7 m。一級泵站設計流量0.54 m3/s，裝機4臺，地形揚程514.3m;二級泵站設計流量0.36 m3/s，裝機4臺，地形揚程分別為92 m和199.5 m。

本工程屬中型水利工程，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物泵站、引水管道為3級，相應標準為30 a一遇洪水設計，100 a一遇洪水校核。建筑物按Ⅶ度地震設防。

2 灌溉制度及引水流量

工程用水對象為農業灌溉，用水量依據灌溉制度計算得出，灌溉設計保證率取75%。

農作物種植比例以現狀種植比例為依據，并考慮地方經濟發展方向進行適當調整。確定的作物種植比例為:蘋果38%，小麥46%，玉米16%。

根據計算所得灌溉凈定額，并結合灌區的實際情況、農民的灌溉經驗以及規劃所采取的相應的田間節水措施等，制定灌區灌溉制度如表1。

表1 灌溉制度

根據本工程灌溉供水區最大灌水率0.000 261 m3/s·hm2及電灌站供水區灌溉面積1 633.33 hm2，灌溉水利用系數按0.8考慮，確定本工程最大引水流量為0.54 m3/s。

3 取水工程方案比選

根據當地取水經驗、地形條件及泥沙情況，取水工程選擇兩個方案進行比較，即打透水井取水和直接從黃河取水。

3.1 方案設計

3.1.1 方案一:直接從黃河取水

取水口位于黃河左岸距小灘約200 m。設水中固定式取水泵站直接從黃河提水，經取水級泵站提水后，通過60 m長的壓力管道進入80 m長沉沙澄清池，沉沙后進入一級提水泵站進水池，經一級加壓泵站、二級加壓泵站、壓力鋼管至各個出水池。

3.1.2 方案二:透水井取水

透水井位于黃河左岸小灘，井徑6.0 m，井深58.2 m，在井下部砂巖層設565.4 m長滲水隧洞(主洞365.4 m，支洞 200 m)，隧洞為城門洞形，寬2.0 m，高2.5 m，洞頂設滲水孔通至砂卵石層。將河床地下水通過滲水洞引入透水井，經透水井內水泵提水后，進入一級提水泵站進水池，一級泵站及以后提水工程布置與直接從黃河取水方案一致。

3.2 方案比較

方案一:泵站及取水口建在河岸，洪水、泥沙對建筑物的影響更加直接，以河水直接作為泵站的進水池，需要適應河道水位變化，從而加大了泵站的建設成本。另外，取水口位于黃河北干流下段，而長達700 km的北干流是黃河泥沙的主要來源，2006年和2007年的年內最高含沙率分別達125 kg/m3和192 kg/m3，因此需要設沉沙池解決泥沙問題，運行時需考慮排沙清沙。

方案二:直接采用井泵提水，雖然揚程較大，但泵站建筑物建在小灘，不會受到洪水、泥沙的影響。而且透水井內水為河床地下水，不存在泥沙問題，運行管理方便。但透水洞進口較深，施工出渣困難，洞內打排水孔，存在施工安全問題。

兩方案機電設備、金屬結構及建筑工程造價比較見表2。

表2 取水方案技術經濟指標比較表

3.3 方案推薦

由方案比較可以看出，方案一受黃河洪水、泥水影響較大，方案二施工難度較大，但運行管理方便，投資較方案一少。綜合比較選擇方案二—透水井取水為推薦方案。

4 水源工程設計

4.1 滲水洞設計

滲水洞總長565.4 m，設2條主洞和4條支洞。其中，1#主洞平行于河流方向布置，長200 m;2#主洞連接1#主洞與透水井，與1#主洞成72.5°夾角，長165.4 m;4條支洞均垂直于2#主洞布置，位于主河床側，間距50 m，每條長50 m。

主洞、支洞均為城門洞形，寬2.0 m，高2.5 m。底坡主洞1/200，支洞1/100，支洞坡向1#主洞，1#主洞坡向2#主洞，2#主洞坡向透水井。

滲水洞所在地層為二疊系上統石千峰組(P2sh)砂巖夾薄層泥巖，砂巖巖性堅硬，軟化系數大，洞室穩定性較好，圍巖類別Ⅲ類，滲水洞原則考慮不襯砌。但考慮到支洞與主洞相交處可能出現應力集中，所以對交叉洞段進行襯砌，每個交叉處主洞襯砌長8.0 m，支洞襯砌長4.0 m，采用厚400 mm的C20鋼筋混凝土襯砌結構。

滲水洞通過滲水孔將河床地下水引入透水井，1#主洞洞頂設滲水孔20個，孔距10 m，孔深41 m，其中砂卵礫石層深13 m，濾水鋼管直徑425 mm;基巖為泥巖、砂巖，深28 m，濾水鋼管直徑273 mm。支洞及2#主洞靠河床側布設滲水孔，滲水孔間距2 m，深35 m，巖性為砂巖、泥巖，孔徑100 mm。

4.2 透水井設計

透水井位于2#滲水主洞的末端、小灘沿黃公路橋左側，圓形斷面，內徑6.0 m，井深58.2 m，井底高程345.0 m，井頂高程403.2 m，高程360.0 m以上為泥巖及卵石混合土，為防止塌孔，采用厚0.8 m鋼筋混凝土襯砌;高程360 m以下為砂巖層，井壁不襯砌，以便裂隙水滲入井內。

為將南側的溝內溪水引入透水井，在高程396.0 m處留0.4 m×0.4 m滲水暗渠連通透水井和其南邊的溪流，渠內填砂礫石反濾料。

5 結論

鄉寧縣譚坪沿黃提水灌溉工程合理利用黃河水解決灌區干旱缺水的現狀是迫切需要的。通過取水方案比較，選擇了經濟、合理的取水方案，設計了可靠、優質的水源工程，從源頭上保證了工程使用壽命，提高了工程效益，為工程實施奠定了堅實基礎。