引黃入冀補淀工程關鍵問題設計淺議

□王 偉 □申黎平 □蘇衛濤（河南省水利勘測設計研究有限公司）

1 工程概況

引黃入冀補淀工程是大型跨區域、跨流域引調水工程，也是國家確定的172項重大水利工程項目之一。該項目是解決白洋淀生態缺水，保障工程沿線農業用水的有效工程措施，對于保持白洋淀濕地生態系統的良性循環，緩解沿線地區農業缺水狀況具有重要意義。

工程選定的線路為自河南省濮陽市黃河北岸現有渠村新、老引黃閘引水，經1#樞紐交匯后分水入南湖干渠，然后匯入第三濮清南干渠，沿第三濮清南干渠依次穿金堤河、衛河后入河北境內，經新開渠入留固溝、東風渠、小白河和任文干渠等最終入白洋淀，線路全長482 km（其中河南境內長84 km，河北境內長398 km）。

2 關鍵技術問題

2.1 引水規模問題

引調水工程可以形象的比如為“一條扁擔，兩個筐”，“筐”是指調水區或受水區，其容量代表著引水規模，“扁擔”是指輸水渠道，其粗細代表著輸水渠道的工程規模。“筐”的大小，決定著“扁擔”的粗細，對長距離輸水渠道而言，輸水規模的調整直接影響著工程占地、工程投資的變化。因此，對本工程而言，如何合理確定工程規模，國家及黃河流域相關規劃對此有何明確和限制，以需定供還是以供定需，是工程布置的先決條件，是我們要解決的首要問題。

2.2 控制點水位問題

本工程輸水線路長約482 km，絕大部分是利用已有渠、溝（河）道擴挖改建而成，同時工程全線采用自流輸水，那么工程水位自上而下、由高至低的銜接就顯得至關重要。本工程不僅要受到黃河引水水位和白洋淀受水水位的制約，還要兼顧現狀利用的各控制建筑物的底高程、設計水位的影響；此外，由于工程分為三個設計段，各段始末點的控制水位也是各段設計工作開展的前提，同時各設計段內水頭在建筑物和渠道之間的分配，也對工程投資和工程占地造成較大影響。因此，各控制點水位的確定，就成為設計工作開展時要優先解決的核心問題。

2.3 泥沙處理問題

黃河是一條多泥沙河流，引黃必然引沙，泥沙問題是所有引黃工程都必須正視的現實問題。本工程如何處理引水所攜帶的泥沙問題，采用集中沉沙還是分散沉沙，是平衡工程正效益與泥沙所造成的環境負效益，協調工程建設運行與生態環境的可持續性發展的核心，是本工程又一亟待解決的關鍵問題。

2.4 工程新老功能的融合問題

本工程為跨區域引調水工程，輸水干渠多利用現有渠、溝（河）道擴改建而成，其中河南省濮陽市境內的輸水渠道主要為渠村灌區現有渠系，在對其利用的基礎上擴挖改建以后為工程輸水。工程建成后，不僅要實現新工程的輸水任務，還需保障利用渠道原有的灌、排、蓄、引功能不能缺失和消減，同時在用水高峰時段水量如何調配，實現工程新老功能和新舊管理制度的融合，也是工程面臨的技術和管理的雙重難題。

3 設計應對策略

3.1 引水規模

通過查閱國家、流域相關規劃，研讀相關條款，尋求政策支撐和明確政策紅線：“87”分水方案及其相關子規劃指出“河北省、天津市今后一個時期需從黃河引水接濟，分配用水量20億m3”，“河北、天津引黃時段為冬4月（11月至翌年2月）”。《全國水資源綜合規劃》及其子規劃指出“在南水北調東、中線工程生效以前，考慮到黃河水資源量的減少，統籌考慮河道內外用水需求，河北、天津配置黃河水量18.44億m3”；“南水北調東、中線工程生效后至南水北調西線一期工程生效以前，仍考慮向河北配置6.20億m3水量，不再考慮向天津配置水量”。

表1 控制點水位匯總表 單位：m

沿線受水區分河南、河北分別進行供需平衡分析計算后，對兩組需水工程進行疊加，求出總需水過程及水量；同時對黃河冬4月可供水量進行分析，求出供水工程可供水量。經對總需水過程和可供水過程進行比對后發現，需水過程遠大于可供水過程，由此確定了“以供定需”的水量平衡分析計算原則，并按此原則重行進行水資源的供需平衡分析計算。

按照以上政策框架和計算結果，綜合確定本工程引水規模為：①在南水北調東、中線生效之后，引黃入冀補淀工程引黃閘多年平均引黃水量為9.05億m3，包括向河北調水6.20億m3，河南引黃水量3.30億m3；在南水北調東、中線生效之前，可通過相機外延引水時段，控制為河北調水量不超過為9億m3，河南引黃水量為3.30萬m3，引黃閘最大總引黃水量不超過12.30億m3。②渠村新、老引黃閘總引水設計流量為150.00m3/s，引黃入冀輸水總干渠渠首設計流量為100.00m3/s，入河北省界流量為61.40m3/s。

3.2 控制點水位

根據工程特點、地域分布，將整個工程輸水渠線按照從上游至下游依次劃分為三個設計段，分別為渠首段、河南段和河北段，并將各設計分段交接點和利用的重要建筑物利作為關鍵控制點。

渠首段根據冬四月期間黃河引水水位，分析計算出與河南段交接點（1#分水樞紐）處的2組水位（高水位和低水位）；河北段根據受水區的地形地勢和工程特點分析計算出與河南段交接點（衛河倒虹吸出口）處的2組水位（高水位和低水位）；河南段根據渠首段和河北段提供的高、低2組水位，結合現狀利用的金堤河倒虹吸、衛河倒虹吸底高程等影響因素和水頭在建筑物和渠道建的分配，進行水位方案分析比選。控制點水位見表1，水位比選組合方案見圖1。

圖1 水位比選組合方案示意圖

通過以上對各水位組合方案的計算、分析和對比，方案一在河南段內水頭分配合理，與現狀利用的工程銜接較好、整體線路的投資最優，由此確定總體線路采用高水面線（渠首段末端58.55m，河北段首端47.68m），河南段內兩座倒虹吸采用高水頭（金堤河0.60m，衛河0.82m）。

3.3 泥沙處理

泥沙問題是所有引黃工程都存在的客觀現實問題。為妥善處理本工程引水所帶來的泥沙問題，我們聯合調研了與本工程性質類似、位置臨近的人民勝利渠灌區、渠村灌區、位山灌區和潘莊灌區，通過現場查勘、資料收集、座談溝通等方式，借鑒和吸取各灌區在泥沙處理方面的經驗和教訓，確定本工程采用修建沉沙池集中沉沙的總體泥沙處理方案。

結合各灌區調研成果，沉沙池位置應盡量選在距渠首引黃閘位置較近的地方，沉沙池之前渠道應較陡，可將泥沙帶入沉沙池集中沉沙，同時要求地形低洼、交通便利。經沿線優化選址和分析計算，沉沙池位置選定在距渠首約2.50 km巴寨村以東，沉沙池按條渠梭型布置，設2個條渠，每個條渠長約2.50 km，寬450m，輪換使用，單條沉沙條渠可供沉積一年引黃水中的泥沙。運行期每年淤積泥沙選擇氣候較好時段集中清淤挖運，并在沉沙池周邊臨時征地堆沙，堆高2.50m左右，堆后復耕，以較少風沙對周邊環境的影響。

3.4 工程新老功能的融合

本工程在河南段內基本利用渠村灌區現有的南湖干渠和第三濮清南渠道線路，但由于輸水規模加大、水位抬高，需對渠道斷面進行擴挖和加高培厚堤防，由此造成節制閘、分水口門拆除重建，部分橋梁由于超高和長度不足需拆除重建。建成后的引黃入冀補淀工程，不僅要滿足新的輸水任務，同時還要維持原有既定功能。我們進行工程規劃布置時，在收集現狀工程資料的基礎上，與原灌區管理部門進行了多次溝通，充分理解和考慮原渠系功能。在按照不低于原規模、原標準和原數量重建破壞和影響建筑物外，適當增設了節制閘、分水閘等控制性建筑物，在滿足引黃入冀補淀工程輸水任務的前提下，通過控制建筑物的調度使用也維持了原有渠系灌、排、蓄、引及交通等功能。

此外，在管理機構設置時，該部分渠道仍歸屬于原渠村灌區管理機構管理，通過適當新增管理場所和管理人員，利用一套班子、一班人馬的管理來實現新、老工程的不同任務目標。從工程布置和管理體制上，通過工程的和非工程的措施，為工程新老功能和運行體質的融合創造了條件，為實現工程并行不悖的運行目標打下了基礎。

4 結語

引黃入冀補淀工程是集新、舊功能于一身的多功能引調水工程，既要克服新困難，又要化解舊矛盾。在工程規劃設計的前期階段，通過對工程的深入理解和認識，發現和梳理工程存在的關鍵性技術問題，并通過行之有效的技術手段和方法，破解技術難題、選定設計方案、確定關鍵參數，為工程整體方案塑造了良好的技術雛形，為后期的設計、施工和運行奠定了堅實的技術基礎。