石羊河流域外調水工程線路比選研究

馬 雁 萍

(甘肅省水利廳石羊河流域管理局，甘肅 武威 733000)

1 基本情況

石羊河流域位于甘肅省河西地區東部，位于烏鞘嶺以西，祁連山北麓，與巴丹吉林沙漠、騰格里沙漠南緣相接壤，荒漠化嚴重。首先，沙化面積和荒漠草原枯死面積的逐年擴大，沙漠每年以3～4 m的速度向綠洲推進；其次，流域近50年人口劇增，社會經濟與工農業發展迅速，流域內城市化率加快，中游地區工業的發展使得污染嚴重，林草覆蓋率降低；最后，耕地面積的急劇擴大，加上大肆無節制開采地下水，迫使地下水位下降，都將導致干旱、大風、沙塵暴、低溫霜凍、暴雨等不確定的災害頻發，加劇了石羊河流域的水資源短缺問題，因此，為改善石羊河流域缺水的情況，石羊河流域外調水工程是十分必要的。

為解決石羊河流域水資源極其短缺的問題，現提出兩條跨流域調水方案。其一，從黃河干流提水的“引黃濟石”方案，包括“北線方案”、“南線方案”以及“中線方案”；其二，從黃河的二級支流大通河引水的“引大濟石”方案，包括“引大濟西”方案、“引大入秦東二干延長”方案。

2 線路比選的原則

根據引調水工程的特點和本工程的功能需求，輸水線路選取時，遵循以下原則：①盡量選取輸水線路短、引水條件好、引水保證率高的線路；②盡量利用現有河渠工程，以減少新開渠段長度及新建、擴建建筑物數量，節省工程占地，降低工程投資；③選擇利用已有河渠時，應盡量避開污染，保證輸水水質；④ 盡量選用自流輸水線路，以減少泵站建設和工程運行費用；⑤利用現有工程的應維持其既有功能，不得以造成破壞的、低于原標準進行復建；⑥盡可能減少工程建設對線路附近的社會、環境影響，并適當兼顧當地政府和群眾的合理化建議。

3 外流域調水線路方案分析比選

3.1 “引大濟石”方案

方案一：“引大濟西” 計劃在青海省門源縣境內大通河納子峽修建水庫蓄水發電，然后設三級泵站引取大通河干流及支流萊斯圖河、二道溝、硫磺溝水，穿過分水嶺(冷龍嶺)年引水量2.5 億m3到石羊河流域的西大河。線路總長39.4 km，其中明渠7.66 km，隧洞4座，長29.59 km，其中單洞最長8.79 km，泵站及其他建筑物長度2.15 km，引水樞紐3座。工程設計流量為16.6 m3/s。共設三級泵站，設計凈揚程272.21 m，設計總揚程280.3 m，裝機容量5.12 萬kW，年利用小時數為5 136 h，年耗電量1.75 億kWh，估算總投資為16.5 億元。

方案二：“引大入秦東二干延長”“引大入秦” 方案計劃從引大東二干渠尾新建延長段，穿越分水嶺，將大通河水引至景電二期總干分水閘附近，匯入景電二期向民勤調水的干渠，調至民勤紅崖山水庫。工程總干渠長87 km，原設計灌溉面積5.73 萬hm2，年引水量4.43 億m3。東二干全長54 km，原設計灌溉面積3.33 萬hm2，東二干延長段共長127 km，其中明渠50 km，隧洞33座69 km，單洞最長5.8 km，渡槽24座6.0 km，陡坡2座2 km，景電二期總分水閘(新井)后向民勤調水干渠共長113 km，東二干的主要建筑物隧洞和渡槽等均在下古山之前。甘露池海拔高程2 164.87 m，而景電二期總分水閘設計水位1 774 m，高差達390.87 m，因而延長東二干至景電二干總分水閘附近,有自流向石羊河流域輸水的可能性，估算總投資為12.6 億元。

3.2 “引黃濟石”方案

方案一：“北線方案”北線從寧夏中衛縣長流水溝附近黃河干流取水，經長流水溝、團不拉水、田家刺疙瘩設五級泵站將水從1 246 m 提至1 470 m，幾何揚程248 m，總揚程308 m。然后經騰格里沙漠腹地大岌岌湖、查拉湖廟、哈沙圖、中九個井、頭道山、青山、白土井至民勤縣紅崖山水庫下游約11 km的下新溝處入躍進總干渠，渠線總長235 km。其中隧洞31.5 km，渡槽0.25 km暗渠169.7 km，明渠26 km(巖石渠12 km，土渠14 km)，泵站等建筑物7.55 km，線路在騰格里沙漠腹地行進，隧洞均坐落在砂礫巖和灰巖上，暗渠坐落在砂礫石、風積沙、淤泥、粉細沙、亞沙土和黏土上，總的來看暗渠通過線路地質條件較差，暗渠是為穿越騰格里沙漠的活動沙丘設置，共設五級泵站，因為四、五泵站在沙漠地段，因而地形較平坦，四、五泵站的壓力管道均較長。一～五泵站線路長度45 km，其中一～三泵站3 km、三～五泵站42 km。

方案二：“南線方案”總干渠東起在景泰縣五佛寺附近設第一泵站取水，提水線路基本與景電二期線路平行，設十一級泵站將水提至景電二期總分水閘(新井)附近，再新修與景電二期延長向民勤調水線路平行的渠道將水送至紅崖山水庫。渠線總長237.0 km，其中渡槽4.9 km，隧洞6.4 km，暗渠124 km，明渠95.0 km(巖石渠21 km，土渠74 km)，泵站等建筑物6.7 km，全線共設十一座泵站，幾何揚程492.3 m，設計總揚程600 m。一泵站設于景泰縣五佛寺附近，泵站均坐落在砂礫巖和灰巖上，基礎均無突出問題，渠線通過三井溝設一泵站～六泵站，將水提至1 555 m，通過隧洞、明渠將渠線轉入干澇壩沙溝附近設七泵站，將水提至1 600 m，七泵站以后，地形稍緩，至十一泵站，將水提至1 780 m，然后由東向西跨越丘陵地帶，繼而通過鳴沙咀固定、半固定沙丘地段至景電二期總分水閘(新井)附近，高程降至1 774 m，該段渠線通過砂礫石、砂壤土及礫石土、沙丘等地段，新井至紅崖山水庫段的線路基本與景電二期延長至民勤紅崖山水庫輸水線路平行，沿騰格里沙漠邊緣行進，線路長145.2 km，其中新井至紅崖山水庫完全為自流輸水。

方案三：“中線方案”總干渠東起在景泰縣五佛寺附近設第一泵站取水，與南線方案相同設七級泵站將水提至1 600 m 后，線路沿白墩子灘東緣由南向北行進，在白墩子火車站附近穿越包蘭鐵路和包蘭公路，在郭家窯火車站附近穿越甘(塘)武(威)鐵路，在內蒙古阿拉善左旗詹家房子附近經過騰格里沙漠，將水送至紅崖山水庫。渠線共長212 km，其中隧洞10.0 km，暗渠128.1 km，明渠69.8 km(巖石渠12.9 km，土渠56.9 km)，泵站等建筑物4.1 km，隧洞均坐落在砂礫巖和灰巖上，暗渠為穿越騰格里沙漠的活動沙丘設置，一泵站～七泵站與南線方案的相同，七泵站以后至內蒙古阿拉善左旗詹家房子附近。詹家房子后線路由東南向西北逐漸進入騰格里沙漠腹地，至鄧馬營湖南井后，線路沿鄧馬營湖東側由南向北至蓋巴子井附近后，線路轉向西北又進入騰格里沙漠腹地，在民勤黑山大隊東側出沙漠，入紅崖山水庫。該段線路附近前后各有一小段及鄧馬營湖一帶地形較平坦外，其余均在沙漠腹地行進，沙丘均為活動和半固定沙丘，高差5～40 m，地形條件復雜。

3.3 “引黃濟石”調水線路方案比選

“引黃濟石”三條輸水線路的各項技術經濟指標見表1。

表1 “引黃濟石”線路方案技術經濟指標表

對大型長距離引調水工程而言，輸水線路選取的是否合理，對工程的安全性、經濟性及所造成的社會、環境影響都起著至關重要的作用，甚至決定著工程的成敗，對向石羊河流域的輸水線路選取時進行多線路、多方案的分析比選是十分必要的。“引黃濟石”3個方案的比較：北線方案泵站級數少、揚程低、年耗電量小，因而運行管理費少是最大優點，雖然可以局部改善沿線沙漠環境，但是線路要穿過騰格里沙漠腹地，工程量大，施工難度較大，在黃河干流取水，保證率高，但水源在寧夏，線路大部分在寧夏和內蒙古境內，因而施工和運行干擾大。南線方案線路比較簡單，施工條件較好，但泵站多，揚程高，年耗電量大，運行管理費高是致命弱點，所以不選用此方案。中線方案處于南北線之中，線路比其他兩條線路短，提水揚程居中，年耗電量、投資、運行管理費均居中，施工難度相對較小，水源在省內，大部分線路也在省內，因而取水保證率高，施工運行干擾小是最大優點。

“引黃濟石”中線方案雖然投資及運行管理居中(投資為北線的71%、為南線的1.15倍，用電量為北線的1.4倍、為南線的64%)。原規劃黑山峽小觀音壩址設計死水位1 340 m，正常高水位1 380 m，若黑山峽小觀音電站興建，將使該線路的幾何揚程減少50 m左右，這樣用電量更少，且該方案取水口及線路大部分在省內，因而施工、運行干擾少，加上規劃沙漠施工有寧夏沙坡頭治沙經驗，以及景電二期鳴沙咀及“民調”工程沙漠施工經驗可借鑒，施工難度相對可減少，故綜合分析，即從投資、施工及運行管理等方面綜合考慮，確定方案為“引黃濟石”中線方案。

3.4 “引黃濟石”中線方案與“引大濟石”方案的比選

“引黃濟石”中線方案與“引大濟石”方案的“引大濟西”和“引大入秦東二干延長”三個方案進行綜合分析：“引大入秦東二干延長”方案最大的優點是利用東二干延長可以自流引水，不耗電，運行費用小，該工程的致命弱點是水源在青海，在高寒地區施工難度大，工程又地處兩省，管理難度也大，其調水量也是有限的，其次由于線路穿越分水嶺，施工道路、施工用電、施工通訊不太好。“引大濟石”方案雖然有投資較小，耗電較少，運行費用較小，渠線短，管理方便且有發電效益等優點，但是該工程水源與主要線路也均在青海，管理難度較大，并且本工程調水規模也是有限的，最多只能調2.1 億m3，無法解決石羊河缺水5.5 億m3的問題。“引黃濟石”中線方案與前兩個方案相比雖然投資大，年耗電量最多，運行費用高，施工難度大，但是其由于水源在黃河干流，取水口在省內，所以不存在管理方面的問題，該方案最大的優點是施工運行管理干擾小，調水量最大，調水有保證，僅修建這一工程就可以基本解決石羊河的水資源短缺問題，因此確定“引黃濟石”中線方案為石羊河流域外流域調水的最佳方案。

確定“引黃濟石”中線方案為最佳調水方案后，水是調至民勤紅崖山水庫的，為解決金昌市水資源短缺的問題，現有民勤紅崖山水庫至金昌市的“引黃濟石”延長段，將黃河水送至民勤紅崖山水庫后大部分直入躍進總干渠送至民勤紅崖山灌區生態用水和民勤縣城鎮用水，另一部分水量建渠將水送入金昌市，延長段從紅崖山水庫北部繞過紅崖山沿較平坦的沙漠地進行，在低窩鋪北設一泵站將水提至雞冠山腳，在饅頭山腳設二泵站，在金昌市金川區趙家溝南面三道華子溝和二道華子溝間設三泵站，最后將水引至金川區寧遠堡鄉白堿灘附近設日調蓄池。線路除紅崖山水庫至一泵在較平坦的沙漠外，其余線路多在山坡腳，地勢相對比較平坦。線路總長68.8km，其中泵站三座，設計揚程162 m，總揚程186 m，“引黃濟石”延長段投資較小，沿線全在省內，因而施工干擾小，工程在黃河干流取水，取水保證率高。

4 結 論

經上述綜合分析，“引黃濟石”中線方案相較于“引大濟石”方案和“引大入秦東二干延長”方案，雖然投資較大，年耗電量最多，運行費用高，施工難度大，但是由于其水源在黃河干流，取水口在省內而不存在管理方面的問題，所以具有施工運行管理干擾小，調水量最大，調水有保證，僅修建這一工程就可以基本解決石羊河的水資源短缺問題等優點，因此確定“引黃濟石”中線方案，即從景泰縣五佛寺附近從黃河提水至民勤紅崖山水庫，為石羊河流域外流域調水的最佳方案，用來解決石羊河流域水資源短缺的問題。

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