大功引黃灌溉泵站必要性和設(shè)計(jì)方案研究

□張國岑 □李西平

（1河南省白龜山水庫管理局;2河南省水利勘測設(shè)計(jì)研究有限公司）

1 概述

大功引黃灌區(qū)位于河南省北部，新鄉(xiāng)市的封丘、長垣縣及安陽市的滑縣、內(nèi)黃境內(nèi)，均處于河南省糧食核心區(qū)。該灌區(qū)屬于黃河下游沖擊積平原，地形平坦，地勢由西南向東北傾斜，地面比降1/5000~1/7000，海拔76.20~61.50m，設(shè)計(jì)灌溉面積168.67萬hm2。

灌區(qū)由封丘縣境內(nèi)的紅旗引黃閘供水，紅旗閘下設(shè)三處引黃取水口，位于黃河花園口下游約73 km的東大宮閘系主要取水口，設(shè)計(jì)引水流量為70m3/s。閘前設(shè)計(jì)引水位為77.41m，閘室布置6孔，單孔凈寬2.80m，平底板，閘底板高程74.80m。

小浪底水庫運(yùn)行以來黃河主槽下切，使得東大宮閘引水能力下降。為有效利用黃河水資源，提高水資源利用效率。擬對大功引黃灌區(qū)東大宮站首進(jìn)行改造，新建設(shè)計(jì)流量25m3/s的大功引黃提水泵站。

2 必要性研究

2.1 灌區(qū)在糧食核心區(qū)建設(shè)中具有非常重要的地位和作用

河南省引黃灌區(qū)糧食總產(chǎn)量占全省糧食總產(chǎn)的1/4；河南糧食生產(chǎn)核心區(qū)建設(shè)規(guī)劃中引黃灌區(qū)擔(dān)負(fù)糧食增產(chǎn)任務(wù)占全省糧食增產(chǎn)目標(biāo)的41.60%。引黃灌區(qū)在糧食核心區(qū)建設(shè)中具有舉足輕重的地位，直接影響到河南省能否完成國家確定的增產(chǎn)任務(wù)和國家糧食戰(zhàn)略工程順利實(shí)施。

2.2 灌區(qū)水資源緊缺的矛盾日益加劇

引黃灌區(qū)水資源時(shí)空分布極不均衡，隨著工農(nóng)業(yè)迅速發(fā)展和城鎮(zhèn)化水平的加快，國民經(jīng)濟(jì)各業(yè)用水將逐漸加大，水資源緊缺的矛盾更為突出。根據(jù)分析引黃灌區(qū)缺水率高達(dá)20%以上。隨著城鎮(zhèn)化水平提高、工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展對引黃區(qū)十分短缺的水資源及水環(huán)境產(chǎn)生了更大的沖擊，已嚴(yán)重影響了引黃灌區(qū)人民的生活和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。增加利用黃河水資源能力，加強(qiáng)引黃基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，以保證水資源的可持續(xù)利用發(fā)展是必由之路。

2.3 大功引黃灌區(qū)取水條件急待改善

小浪底水庫建成后，黃河水含沙量減少，造成河道沖刷，黃河河床下切，黃河水同流量閘前水位低于原設(shè)計(jì)相應(yīng)水位，進(jìn)而引水能力降低，根據(jù)調(diào)查分析，引水能力普遍下降30%~80%。2010年冬至2011年春，連續(xù)近100 d干旱無降水，河南省遭受了一場罕見的特大旱災(zāi)，由于東大宮閘前水位過低，導(dǎo)致引黃流量過小，無法滿足春播抗旱的要求，給糧食安全生產(chǎn)帶來極大威脅。2009年春亦發(fā)生同類狀況。

因此建設(shè)大功泵站工程可以緩解大功引黃灌區(qū)水資源緊缺的狀況，提高灌區(qū)的應(yīng)急抗旱能力，提高灌區(qū)的灌溉保證程度，提高作物產(chǎn)量，為實(shí)現(xiàn)2020年河南省糧食增產(chǎn)目標(biāo)、保障國家糧食安全提供基本支撐。根據(jù)大功灌區(qū)充分灌溉面積、灌水率、渠系利用系數(shù)等綜合分析，確定泵站設(shè)計(jì)流量采用25m3/s，泵站最大揚(yáng)程3.45m。

3 設(shè)計(jì)方案研究

3.1 大方案一：將泵室設(shè)在黃河生產(chǎn)堤以內(nèi)

該大方案是在講泵站設(shè)置在黃河生產(chǎn)堤以內(nèi)的基礎(chǔ)上進(jìn)行研究分析，進(jìn)而派生出3個(gè)小方案。

方案1：將泵室建在黃河生產(chǎn)堤以內(nèi)+節(jié)制閘。工程布置如圖1所示。在大宮閘上游側(cè)第一第二丁壩之間興建泵室，原引水渠道上設(shè)置節(jié)制閘，原大宮閘與新節(jié)制閘之間為泵站出水池。泵站運(yùn)行方式：當(dāng)原大宮閘不能滿足引水需要時(shí)，關(guān)閉新建節(jié)制閘，開啟老閘和泵站前攔沙閘，泵站運(yùn)行，利用泵站提水。當(dāng)泵站不運(yùn)行時(shí)，關(guān)閉泵站前攔沙閘。

主要優(yōu)點(diǎn)：不因?yàn)樾藿ū谜径c黃河生產(chǎn)堤產(chǎn)生關(guān)系，從而避免了許多矛盾?？梢陨傩薇谜境鏊?。主要缺點(diǎn)：多修建一個(gè)與原閘規(guī)模一致的節(jié)制閘，投資大；泵站建在丁壩之間，有可能對控導(dǎo)工程產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響整個(gè)控導(dǎo)工程；泵站出水管道穿越丁壩；進(jìn)水前池淤積幾率增大；出水為側(cè)向，水流條件較差。

圖1 方案1布置示意圖

圖2 方案2布置示意圖

方案2：將泵室建在黃河生產(chǎn)堤以內(nèi)，通過壓力管道穿越生產(chǎn)堤。工程布置如圖2所示。泵站運(yùn)行方式：當(dāng)原大宮閘不能滿足引水需要時(shí)，關(guān)閉該閘，泵站運(yùn)行，利用泵站提水通過壓力管道出水到生產(chǎn)堤外。

主要優(yōu)點(diǎn)：比方案一少修一個(gè)70m3/s的閘，節(jié)約投資。出水池建在生產(chǎn)堤以外，場地開闊，易于工程布置。出水方式為正向，水流條件較好。主要缺點(diǎn)：壓力管道穿越黃河生產(chǎn)堤，對生產(chǎn)堤存在潛在破壞的隱患。泵站建在丁壩之間，可能對控導(dǎo)工程產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響整個(gè)控導(dǎo)工程；同時(shí)進(jìn)水前池淤積幾率增大。

方案3：將泵室建在黃河生產(chǎn)堤以內(nèi)，通過涵管穿越生產(chǎn)堤。工程布置如圖3所示。泵站運(yùn)行方式：當(dāng)原大宮閘不能滿足引水需要時(shí)，關(guān)閉該閘，泵站運(yùn)行，利用泵站提水通過涵管壓力出水到生產(chǎn)堤外。

主要優(yōu)點(diǎn)：比方案1少修一個(gè)70m3/s的閘，節(jié)約投資。涵管穿越堤防，對大堤帶來的危害降低。主要缺點(diǎn)：泵站建在丁壩之間，可能對控導(dǎo)工程產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響整個(gè)控導(dǎo)工程；進(jìn)水前池淤積幾率增大，出水池建在生產(chǎn)堤以內(nèi)，空間較小，不利于工程總體布置。

根據(jù)上述的定性分析可以看出，將泵室布置在生產(chǎn)堤以內(nèi)，一個(gè)難以回避的問題是對整個(gè)控導(dǎo)工程的影響，因此從對黃河防汛影響分析看，該方案實(shí)施的可能性不大。

圖3 方案3布置示意圖

圖4 選用方案布置示意圖

3.2 大方案二：將泵室布置在生產(chǎn)堤以外

工程布置如圖4所示。泵室設(shè)置在黃河生產(chǎn)堤以外，作為引水渠道的一部分無壓涵洞穿越生產(chǎn)堤，并在涵洞前建節(jié)制閘。泵站運(yùn)行：當(dāng)原大宮閘不能滿足引水需要時(shí)，關(guān)閉該閘，打開涵洞前節(jié)制閘，泵站運(yùn)行，利用泵站提水。當(dāng)泵站不運(yùn)行時(shí)，關(guān)閉涵洞前節(jié)制閘。

主要優(yōu)點(diǎn)：只在丁壩之間修建引水渠道，對控導(dǎo)工程產(chǎn)生的影響最小，進(jìn)水前池淤積幾率大為減小，工程布置空間大，易于布置。主要缺點(diǎn)：因?yàn)樾藿ê炊枰_挖黃河生產(chǎn)堤，多修一條泵站出水渠道。

綜合分析，選擇方案二即將泵室布置在生產(chǎn)堤以外。

4 工程設(shè)計(jì)

根據(jù)方案比較，選擇泵室布置在生產(chǎn)堤以外方案，工程布置主要分進(jìn)水渠段、穿堤涵管段、進(jìn)水池段、泵室段等部分。

進(jìn)水渠段：起點(diǎn)位于原大宮閘引水渠上，終點(diǎn)位于穿堤涵管處，全長約144m，該段大部分位于丁壩之間，空間較小，因此為盡可能減小對丁壩影響，過水?dāng)嗝嬖O(shè)為漿砌石矩形斷面，非過水?dāng)嗝鏋樘菪?，即整個(gè)斷面下部為矩形，上部為梯形。矩形斷面寬11.50m，高2m，其中設(shè)計(jì)水深1.20m，上部梯形斷面邊坡為1:1.50；渠道縱向比降為1/1000。為了以后運(yùn)行清淤方便，在矩形與梯形變化高程處設(shè)置1.50m寬的平臺(tái)。

穿堤涵管段：該管是為了引水渠道穿越黃河生產(chǎn)堤而設(shè)置的，其方向與黃河生產(chǎn)堤垂直，全長19m。涵管為1聯(lián)雙孔，鋼筋混凝土箱涵，單孔孔口尺寸為高1.60m、寬5.50m。為了減小泥沙對前池造成淤積，在涵洞進(jìn)口設(shè)置閘門和攔污柵。

進(jìn)水池段：進(jìn)水池段是前池與涵管的連接段，為了與上游涵洞連接順暢，全長約49m。該段分為2部分，前半部分?jǐn)嗝嬖O(shè)置同進(jìn)水渠段，即過水?dāng)嗝嬖O(shè)為漿砌石矩形斷面，非過水?dāng)嗝鏋樘菪危凑麄€(gè)斷面下部為矩形，上部為梯形。矩形斷面寬11.50m，高2m，其中設(shè)計(jì)水深1.20m，上部梯形斷面邊坡為1:1.50；渠道縱向比降為1/1000,長度31m。

泵室段：泵站采用正向進(jìn)水，為墩墻濕室型泵房，設(shè)置3臺(tái)軸流泵，單機(jī)單孔。泵室為整體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。泵室下部墩墻結(jié)構(gòu)，上部采用框架結(jié)構(gòu)。主廠房左側(cè)設(shè)置檢修間；副廠房布置在主廠房的出水側(cè)。

5 結(jié)語

經(jīng)過對大功泵站建設(shè)的必要性分析和設(shè)計(jì)方案的研究，確定泵站工程設(shè)計(jì)在充分利用原灌溉渠系基礎(chǔ)上，最大限度地減小了工程建設(shè)對黃河防洪影響。

工程的實(shí)施將使灌區(qū)應(yīng)對特大干旱和突發(fā)水安全事件的水源儲(chǔ)備制度更加完善，供水保證率大大提高；有效利用黃河水資源，提高水資源利用效率，是對《河南糧食生產(chǎn)核心區(qū)建設(shè)規(guī)劃（2008-2020年）》、《河南省水利發(fā)展規(guī)劃（2009-2020年）》的最好注解。

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[4]鄭利民.黃河下游引黃灌區(qū)糧食安全問題淺析[J].中國水利,2007(13)：46-48.收稿日期：2015-03-09