譚坪沿黃提水灌溉工程取水方案比選及水源工程設(shè)計(jì)

王 強(qiáng)

(山西省水利工程質(zhì)量與安全監(jiān)督站)

1 工程概況

譚坪沿黃提水灌溉工程位于鄉(xiāng)寧縣城西部約45 km處，取水水源為黃河河床地下水。將黃河水經(jīng)泵站加壓后提到馱澗、譚坪及神底出水池，再通過自流向棗嶺鄉(xiāng)的擲沙、侯家莊、瓦渠、灣里、喬眼等24個(gè)村及1 633.33 hm2耕地供水。

工程由提水工程和灌溉工程兩部分組成，其中提水工程包括滲水洞、透水井、取水泵站、一級(jí)泵站、二級(jí)泵站及引水管道等建筑物;灌溉工程包括干管、支管及田間配套工程。

取水泵站設(shè)計(jì)流量0.54 m3/s，裝機(jī)4臺(tái)，地形揚(yáng)程42.7 m。一級(jí)泵站設(shè)計(jì)流量0.54 m3/s，裝機(jī)4臺(tái)，地形揚(yáng)程514.3m;二級(jí)泵站設(shè)計(jì)流量0.36 m3/s，裝機(jī)4臺(tái)，地形揚(yáng)程分別為92 m和199.5 m。

本工程屬中型水利工程，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物泵站、引水管道為3級(jí)，相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)為30 a一遇洪水設(shè)計(jì)，100 a一遇洪水校核。建筑物按Ⅶ度地震設(shè)防。

2 灌溉制度及引水流量

工程用水對(duì)象為農(nóng)業(yè)灌溉，用水量依據(jù)灌溉制度計(jì)算得出，灌溉設(shè)計(jì)保證率取75%。

農(nóng)作物種植比例以現(xiàn)狀種植比例為依據(jù)，并考慮地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展方向進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。確定的作物種植比例為:蘋果38%，小麥46%，玉米16%。

根據(jù)計(jì)算所得灌溉凈定額，并結(jié)合灌區(qū)的實(shí)際情況、農(nóng)民的灌溉經(jīng)驗(yàn)以及規(guī)劃所采取的相應(yīng)的田間節(jié)水措施等，制定灌區(qū)灌溉制度如表1。

表1 灌溉制度

根據(jù)本工程灌溉供水區(qū)最大灌水率0.000 261 m3/s·hm2及電灌站供水區(qū)灌溉面積1 633.33 hm2，灌溉水利用系數(shù)按0.8考慮，確定本工程最大引水流量為0.54 m3/s。

3 取水工程方案比選

根據(jù)當(dāng)?shù)厝∷?jīng)驗(yàn)、地形條件及泥沙情況，取水工程選擇兩個(gè)方案進(jìn)行比較，即打透水井取水和直接從黃河取水。

3.1 方案設(shè)計(jì)

3.1.1 方案一:直接從黃河取水

取水口位于黃河左岸距小灘約200 m。設(shè)水中固定式取水泵站直接從黃河提水，經(jīng)取水級(jí)泵站提水后，通過60 m長的壓力管道進(jìn)入80 m長沉沙澄清池，沉沙后進(jìn)入一級(jí)提水泵站進(jìn)水池，經(jīng)一級(jí)加壓泵站、二級(jí)加壓泵站、壓力鋼管至各個(gè)出水池。

3.1.2 方案二:透水井取水

透水井位于黃河左岸小灘，井徑6.0 m，井深58.2 m，在井下部砂巖層設(shè)565.4 m長滲水隧洞(主洞365.4 m，支洞 200 m)，隧洞為城門洞形，寬2.0 m，高2.5 m，洞頂設(shè)滲水孔通至砂卵石層。將河床地下水通過滲水洞引入透水井，經(jīng)透水井內(nèi)水泵提水后，進(jìn)入一級(jí)提水泵站進(jìn)水池，一級(jí)泵站及以后提水工程布置與直接從黃河取水方案一致。

3.2 方案比較

方案一:泵站及取水口建在河岸，洪水、泥沙對(duì)建筑物的影響更加直接，以河水直接作為泵站的進(jìn)水池，需要適應(yīng)河道水位變化，從而加大了泵站的建設(shè)成本。另外，取水口位于黃河北干流下段，而長達(dá)700 km的北干流是黃河泥沙的主要來源，2006年和2007年的年內(nèi)最高含沙率分別達(dá)125 kg/m3和192 kg/m3，因此需要設(shè)沉沙池解決泥沙問題，運(yùn)行時(shí)需考慮排沙清沙。

方案二:直接采用井泵提水，雖然揚(yáng)程較大，但泵站建筑物建在小灘，不會(huì)受到洪水、泥沙的影響。而且透水井內(nèi)水為河床地下水，不存在泥沙問題，運(yùn)行管理方便。但透水洞進(jìn)口較深，施工出渣困難，洞內(nèi)打排水孔，存在施工安全問題。

兩方案機(jī)電設(shè)備、金屬結(jié)構(gòu)及建筑工程造價(jià)比較見表2。

表2 取水方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較表

3.3 方案推薦

由方案比較可以看出，方案一受黃河洪水、泥水影響較大，方案二施工難度較大，但運(yùn)行管理方便，投資較方案一少。綜合比較選擇方案二—透水井取水為推薦方案。

4 水源工程設(shè)計(jì)

4.1 滲水洞設(shè)計(jì)

滲水洞總長565.4 m，設(shè)2條主洞和4條支洞。其中，1#主洞平行于河流方向布置，長200 m;2#主洞連接1#主洞與透水井，與1#主洞成72.5°夾角，長165.4 m;4條支洞均垂直于2#主洞布置，位于主河床側(cè)，間距50 m，每條長50 m。

主洞、支洞均為城門洞形，寬2.0 m，高2.5 m。底坡主洞1/200，支洞1/100，支洞坡向1#主洞，1#主洞坡向2#主洞，2#主洞坡向透水井。

滲水洞所在地層為二疊系上統(tǒng)石千峰組(P2sh)砂巖夾薄層泥巖，砂巖巖性堅(jiān)硬，軟化系數(shù)大，洞室穩(wěn)定性較好，圍巖類別Ⅲ類，滲水洞原則考慮不襯砌。但考慮到支洞與主洞相交處可能出現(xiàn)應(yīng)力集中，所以對(duì)交叉洞段進(jìn)行襯砌，每個(gè)交叉處主洞襯砌長8.0 m，支洞襯砌長4.0 m，采用厚400 mm的C20鋼筋混凝土襯砌結(jié)構(gòu)。

滲水洞通過滲水孔將河床地下水引入透水井，1#主洞洞頂設(shè)滲水孔20個(gè)，孔距10 m，孔深41 m，其中砂卵礫石層深13 m，濾水鋼管直徑425 mm;基巖為泥巖、砂巖，深28 m，濾水鋼管直徑273 mm。支洞及2#主洞靠河床側(cè)布設(shè)滲水孔，滲水孔間距2 m，深35 m，巖性為砂巖、泥巖，孔徑100 mm。

4.2 透水井設(shè)計(jì)

透水井位于2#滲水主洞的末端、小灘沿黃公路橋左側(cè)，圓形斷面，內(nèi)徑6.0 m，井深58.2 m，井底高程345.0 m，井頂高程403.2 m，高程360.0 m以上為泥巖及卵石混合土，為防止塌孔，采用厚0.8 m鋼筋混凝土襯砌;高程360 m以下為砂巖層，井壁不襯砌，以便裂隙水滲入井內(nèi)。

為將南側(cè)的溝內(nèi)溪水引入透水井，在高程396.0 m處留0.4 m×0.4 m滲水暗渠連通透水井和其南邊的溪流，渠內(nèi)填砂礫石反濾料。

5 結(jié)論

鄉(xiāng)寧縣譚坪沿黃提水灌溉工程合理利用黃河水解決灌區(qū)干旱缺水的現(xiàn)狀是迫切需要的。通過取水方案比較，選擇了經(jīng)濟(jì)、合理的取水方案，設(shè)計(jì)了可靠、優(yōu)質(zhì)的水源工程，從源頭上保證了工程使用壽命，提高了工程效益，為工程實(shí)施奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。