小浪底引黃工程取水口設計

田曉卿

（山西省水利水電勘測設計研究院 山西太原030024）

1 小浪底引黃工程概況

山西省小浪底引黃工程位于山西省運城市，工程總體走勢為東南-西北向，是自黃河干流上的小浪底水利樞紐工程庫區(qū)向山西省涑水河流域調水的大型引調水工程。工程南依黃河與河南隔河相望，北及涑水河與臨汾市接壤，東與晉城市相連，涵蓋了運城市中東部的大部分地區(qū)。

黃河小浪底水利樞紐工程是黃河干流上的一座集減淤、防洪、防凌、供水灌溉、發(fā)電等為一體的大型綜合性水利工程，是治理開發(fā)黃河的關鍵性工程。小浪底引黃工程取水口設置在黃河小浪底水利樞紐庫區(qū)中游，黃河一級支流板澗河河口處，自小浪底庫區(qū)提水，經(jīng)過隧洞流向各調入?yún)^(qū)。

2 取水的可行性

2.1 取水水源可靠

工程取水水源為黃河干流最大的調水調沙水利樞紐小浪底水庫，水庫多年平均入庫徑流量為361.60億m3，該水庫總庫容126億m3。根據(jù)“87分水方案”分配給我省年耗用黃河水量為43.1億m3。目前我省實際用水遠小于該分配指標，因此從水源條件上講是可行的。

2.2 取水位置合理

工程取水口選擇在小浪底水庫庫區(qū)板澗河河口處，該處位于小浪底水庫庫區(qū)中游，除調水調沙期水位下降外，其他時間水位均在230m以上，且該處位于黃河頂沖的河道凹岸，庫區(qū)淤積的主槽位置變化不大，因此取水水位條件相對理想。

3 取水口設計

3.1 取水口水位確定

由于近年來水庫來沙量比較少，目前汛期壩前水位在210m，板澗河河口淤積高程為226.1m，允西河河口淤積高程為222.5m，與原設計壩前達到灘面254m，深槽達到230m有較大差距。兩處取水口均處在河道左岸，并且均為凹岸，緊鄰深槽，在現(xiàn)狀條件下及小浪底水庫實現(xiàn)沖淤平衡后在非汛期都具備較好的取水條件，汛期小浪底調水調沙和異重流排沙期，兩處均不能取水，在取水時間允西河河口處比板澗河河口取水時間長。

為了保證取水安全，經(jīng)綜合分析，擬定取水口最低取水位高程230m，設計取水位高程248m，最高取水位高程275m。

3.2 取水方式選擇

本工程設計流量20m3/s，小浪底庫區(qū)的運行水位在220～275m高程之間，針對流量和水位變幅大的特點，從小浪底庫區(qū)取水主要對岸邊泵車、浮體泵站和岸邊固定泵站三種取水方式進行分析比較。

泵車取水方案存在的主要問題是，在動荷載作用下強度和穩(wěn)定性不夠，車架結構的變形和振動偏大，所以泵車單機流量一般都較小。從運行情況看，每臺泵車布置兩臺機組較合理，從本工程流量大的特點看，則需要泵車臺數(shù)多，岸坡上的輸水斜管占地寬度大，且小浪底庫區(qū)每年大部分時間水位很高，岸坡斜管施工困難很大。小流量、多泵車運行管理也極不方便。所以本工程采用泵車方案不合適。

浮體泵站取水方案是浮體泵站先揚水至275m高程以上，然后再建二級站揚水至設計高程。該方案的優(yōu)點是二級泵站建在庫水位以上，避免了在庫水位以下建站，泵站施工比較容易。但是浮體泵站存在以下問題。1）由于本工程設計流量大，單機流量不宜太小。若單機流量為2m3/s，考慮備用機組，將需布置12臺機組，這樣浮體的長度將可能超過百米，同時單機流量大，設備重，箱體體積龐大。即浮體泵站規(guī)模會很大。2）按單機流量為2m3/s考慮，連接水泵出水管和岸坡輸水管的聯(lián)絡管的直徑將大于1m，一般聯(lián)絡管的連接方式有搖臂式和階梯式，不管采用哪種方式，管體自重加管中水重的重量都是很大的，由于聯(lián)絡管隨水位變化而升降，中間不能設支撐，單靠水泵和岸坡輸水管兩個端點支撐聯(lián)絡管困難很大。同時重量大對浮體平衡不利。3）本工程設計最低取水位230m，最高取水位275m，水位變幅45m。必須設岸坡輸水管，而浮體泵站一般都是單機單管，岸坡輸水管存在的問題和泵車方案相同，占地寬、施工難度大。設計上存在一些不易解決的問題，運行中可能還會有其他問題。

岸邊固定取水泵站方案，最理想的是泵站沿岸邊布置，通過進水閘直接從庫區(qū)取水。但這樣布置主要存在以下兩方面的問題：1）進水閘的前沿長度將很大，可能超過百米，受地形地質條件限制和庫水位的影響，施工導流困難很大，施工難度大。2）進水閘底高程低，運行時容易引入庫區(qū)底砂，使水泵的運行條件惡化。為了解決以上問題，考慮在岸邊布置進水塔，減小取水前沿長度，挖豎井利用巖坎做圍堰，減小施工導流的難度。選擇有利的取水位置，盡量是取水口位于河流彎道的凹岸，減少泥沙進入泵站，同時在進水塔前沿設疊梁門，攔擋庫區(qū)底砂，以盡量減少引水含沙量。設進水塔后，將泵站適當?shù)南蚝笠?，水流出進水塔通過隧洞和泵站連接，這樣泵站適當遠離岸邊，減小了泵站直接布置在庫區(qū)岸邊的施工難度。

通過以上對三種取水方式的分析，從施工難度，取水安全可靠性，便于運行管理等方面綜合比較，認為岸邊取水方案較優(yōu)。

3.3 取水口選擇

從引水線路方向和受水區(qū)范圍看，取水口選在允西河口附近至安窩段河道比較合適，而允西河口至板澗河口段黃河河道寬闊，目前已形成高灘，允西河口下游附近、板澗河口至安窩段黃河河道較窄，河勢靠左岸，有利于岸邊取水。在此段黃河岸邊和溝道選擇多個可能的取水位置，經(jīng)綜合考慮施工、地形地質條件等因素，在此段選擇了3個取水口。

第一個取水口位于板澗河右岸入河口處的黃河岸邊，距板澗河口約600m，該處有條件利用巖坎作為圍堰，但地面高程較高，為275～300m，岸坡較緩，地質條件較好，進水塔開挖工程量較大，優(yōu)點是位于黃河岸邊，低水位取水條件較好。

第二個取水口位于板澗河右側黃河上游溝道內（河堤村附近的北溝），距板澗河口約1.4km，溝道寬約150m，有條件在溝內布置泵站和進水塔，溝口修建土石圍堰（圍堰高度約40m）。溝底高程約225～245m，開挖工程量小，但低水位取水時需沿溝道開挖約400m的引水渠。

第三個取水口位于允西河口左側黃河岸邊，距允西河口約3.1km，地面高程為275～285m，岸坡較緩，圍堰同方案一，該處河勢靠左岸，低水位取水條件也較好。

通過以上對三處取水口的分析，從施工難度，取水安全可靠性，便于運行管理等方面綜合比較，認為第一個取水口較優(yōu)。

4 結論

通過以上分析確定了小浪底引黃工程取水口的取水水位，取水方式及取水口位置。