大同市天陽盆地地下水置換工程輸水線路方案比選

董利明

（大同市水務局，山西 大同 037000）

1 工程概述

天陽盆地位于河北、內蒙古、山西三省交匯地帶，涉及陽高、天鎮兩縣，盆地內較大的灌區主要有孤峰山灌區、黃黑水河灌區和蘭玉堡揚水站，具有較好的土地、光熱等自然條件，以發展種植業為主。近年來，由于干旱少雨，部分河流、水庫逐漸干涸，區域內地表水資源不斷減少。為了保證農作物不減產，灌區依靠抽取地下水進行灌溉，隨著農業規模化發展，灌溉面積不斷增大，農業灌溉用水逐年增加。與此同時縣域經濟飛速發展，生產生活用水需求也在不斷加大，導致天陽盆地內地下水位持續下降，地下水超采區域不斷擴大，生態問題日益凸顯。

大同市天陽盆地地下水置換工程位于陽高縣城南部，引水工程首部距陽高縣縣城約33km。工程規劃利用桑干河流域晉冀省境邊界的冊田水庫富余供水能力，在現有大同市冊田灌區北干分灌區提水工程的基礎上，通過工程措施連通桑干河流域及南洋河流域，從冊田水庫調引黃河水向天陽盆地供水，以緩解當地因地下水超采出現的水資源供需矛盾，起到涵養地下水源，修復當地生態環境的作用。

工程設計年調水0.3億m3，以桑干河地表水置換天陽盆地井灌區灌溉面積0.96萬hm2，其中：陽高縣0.57萬hm2，天鎮縣0.39萬hm2，置換當地地下水3000萬m3。洋河流域跨流域調入水最大應急規模為0.5億m3，考慮天陽盆地井灌區面積較大，尚有井灌區面積可進行水源置換，故將西營出水池后設計引水流量為5.0m3/s，確保在南洋河流域發生特大干旱且桑干河流域水量較豐沛時，按照《山西省水資源全域化配置意見》，增大引水規模，置換井灌區總面積1.57萬hm2，置換地下水量5000萬m3，以緩解當地缺水問題。

2 方案比選

本工程利用冊田灌區北干分灌區提水工程自冊田水庫取水，引水工程取水位置在現有的冊田灌區北干分灌區提水工程末端的西營出水池。

2.1 影響線路選擇的因素

線路選擇及布置主要考慮以下幾個因素：線路少占農田或盡量不占農田；線路應力求順直，管線盡量沿道路定線；盡量避開滑坡、崩塌、沉陷、泥石流等工程地質不良地段、高地下水位地區、洪水淹沒和沖刷地區以及人口稠密區；如受條件限制必須通過時，應采取可靠防護措施；隧洞為控制性工程，在條件允許的情況下力求最短。

2.2 方案擬定

引水工程取水位置選在現有的冊田灌區北干分灌區提水工程末端的西營出水池；本工程任務是從冊田水庫調引黃河水3000萬m3至地下水超采的天陽盆地，以置換當地地下水，因此將輸水線路末端選擇在天陽盆地白登河上游附近。引水工程取水位置及線路末端確定后，輸水線路的走向基本確定，即自現有西營出水池取水，線路沿東南～西北走向，終止于天陽盆地白登河上游附近。

2.2.1 無壓隧洞輸水（方案一）

現狀西營出水池設計水位1089.363m，白登河上游附近地面高程1095m～1080m，從線路地形高程上看有自流條件。故擬采用引水箱涵將水自西營出水池引至西營村村南的隧洞進口，之后沿西北方向布置隧洞，出口于賈峰村村西北的白登河上游附近，距賈峰村約0.8km，線路總長17.0km。本方案樁號0+000—0+350段為引水涵，長度0.35km；樁號0+350—17+000為無壓隧洞段，長度16.65km，其中巖石洞長9.6km，土洞段長7.05m（包括長度0.3km輸水箱涵），土洞在樁號10+970—14+900、15+200—17+000段（長度5.73km）位于地下水位以下，洞頂以上最大水頭74m。在樁號14+900—15+200段洞線橫穿石頭溝，溝上游有孫家港水庫和賈峰水庫，穿溝處地面高程1087m—1090m，洞頂以上覆土深度0～3m，此段成洞困難，并且存在河道沖刷問題。詳見表1。

表1 無壓隧洞輸水方案特性表

2.2.2 泵站加壓與無壓隧洞輸水結合（方案二）

本工程中隧洞為控制性工程，在隧洞進出口地形條件及施工條件相對較好的情況下，盡量減少隧洞長度，以降低施工難度，縮短工期。本工程通過現有冊田灌區北干分灌區提水工程自冊田水庫提水至西營出水池，地形揚程153.4m，考慮在地形、地質條件可行情況下，一期引水工程自西營出水池提水揚程不宜太大，兩期總揚程不超過200m。

本方案在西營出水池西北側布置西營加壓泵站，泵站進水池設計水位1089.2m，地形揚程24.3m，設計流量5.0m3/s，泵站裝機2240kW，通過西營泵站揚水至西營村西的隧洞進口，設計水位1113.5m，之后沿西北方向布置隧洞，經隧洞將水送入磚井村村西南的白登河上游的一條支溝（后溝），水順后溝進入白登河上游，線路總長約13.63km。本方案加壓泵站1座，樁號0-032.0—1+280.2為壓力管線，長1.312km；樁號1+288—13+594為無壓隧洞，長度12.31km，其中巖石洞長8.58km，土洞段長3.73km，土洞在樁號10+170—13+150（長度2.98km）位于地下水位以下，洞頂以上最大水頭50m。詳見表2。

2.3 比選要點

2.3.1 工程布置

方案一為全自流輸水，方案二為泵站加壓和隧洞輸水結合方式，兩方案輸水方式不同，線路平面走向基本相同，線路縱方向（即高程）方案二比方案一高程抬高約24.3m。根據工程布置，方案一包括輸水隧洞和涵洞，線路長17.0km，其中隧洞長16.65km；方案二包括加壓泵站、輸水隧洞，線路長13.63km，其中隧洞長12.31km。方案二比方案一隧洞長度縮短了4.34km，并且施工支洞的數量和長度也較方案一減少，因此方案二與方案一相比施工難度低，工期短。從工程布置方案來看，方案二優于方案一。

表2 泵站加壓與無壓隧洞輸水結合方案特性表

表3 兩方案工程投資對比表 單位：萬元

2.3.2 地形地質條件

兩方案巖石洞段地質情況基本相近。方案一地下水位以下土洞段長度7.03km，且洞頂以上最大水頭74m；方案二地下水位以下土洞段長度2.98km，且洞頂以上最大水頭約50m。兩方案相比，方案二比方案一水下土洞長度短了兩倍多，且外水水頭比方案一也低，因此從地形、地質條件分析，方案二優于方案一。

2.3.3 運行管理

方案一為輸水隧洞和涵洞自流輸水，運行管理相對簡單；方案二設加壓泵站，相對系統調節較方案一復雜。從運行管理方面分析，方案一優于方案二。

2.3.4 工程投資

本工程等別Ⅲ等，依據《水利水電工程合理使用年限及耐久性設計規范》（SL654-2014），工程使用壽命50年，折算年限按50年，折現率采用4%。兩方案工程直接費見表3，工程運行費現值見表4。

工程總費用現值為工程投資和工程運行費用現值之和。經計算，方案一為53727萬元，方案二為44006萬元，方案二比方案一節省9721萬元。

3 結語

綜上所述，經過從工程布置、地形、地質條件、運行管理、工程投資等方面綜合進行比較，方案二優于方案一，故推薦泵站加壓與無壓隧洞輸水結合方案。