引漢濟渭工程總體布局

劉 斌

（陜西省水利電力勘測設計研究院，710001，西安）

一、引漢濟渭工程概況

引漢濟渭工程是為解決陜西省關(guān)中地區(qū)水資源短缺，優(yōu)化全省水資源配置，統(tǒng)籌陜西經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境建設而興建的具有全局性、戰(zhàn)略性的重大水利基礎建設項目；是統(tǒng)籌陜西省三大區(qū)域，連通漢江、渭河南北兩大水系，構(gòu)建關(guān)中地區(qū)大水網(wǎng)的關(guān)鍵性調(diào)水工程。

①項目的建設任務：向渭河沿岸重要城市、縣城、工業(yè)園區(qū)供水，逐步退還擠占的農(nóng)業(yè)與生態(tài)用水，促進區(qū)域經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境改善。

②工程的開發(fā)方式：在漢江干流黃金峽河段及支流子午河分別修建調(diào)蓄水庫、修建一條聯(lián)通兩個蓄水庫并穿越秦嶺至渭河流域的輸調(diào)水隧洞，構(gòu)成一個橫跨長江、黃河兩大流域，穿越秦嶺屏障的人工輸水通道，從陜南的漢江流域調(diào)水到關(guān)中地區(qū)的渭河流域。

③工程的調(diào)水規(guī)模：設計水平年調(diào)水量——近期10.0億m3、遠期15.0億m3。

引漢濟渭工程由調(diào)水工程系統(tǒng)、受水區(qū)輸配水工程系統(tǒng)兩大部分組成。工程實施后，通過外調(diào)與當?shù)厮绰?lián)合調(diào)節(jié)與配置，不僅可以解決關(guān)中地區(qū)渭河流域的缺水問題，同時還可以為陜北能源化工基地置換黃河用水指標創(chuàng)造條件，充分發(fā)揮陜南水資源優(yōu)勢，緩解關(guān)中、陜北水資源短缺；對維護渭河健康生命、促進生態(tài)環(huán)境改善，對推動三大區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展，打造陜西經(jīng)濟升級版，促進全省乃至西部地區(qū)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展，具有極為重要而深遠的意義。

引漢濟渭調(diào)水工程的前期工作始于20世紀90年代初。水源及調(diào)水線路的查勘、選點、選線路，以及工程的總體規(guī)劃、總體布局、規(guī)模設計等工作經(jīng)歷了2年多的方案比選與論證，為項目決策提供了科學依據(jù)。

二、項目前期規(guī)劃論證工作回顧

1.陜西省“南水北調(diào)”的提出

為解決關(guān)中地區(qū)日益嚴重的缺水問題，早在20世紀80年代末、90年代初，陜西省內(nèi)組織有關(guān)單位和專家，開展了從陜南地區(qū)向關(guān)中調(diào)水問題的研究工作，經(jīng)對陜西省境內(nèi)嘉陵江干流和漢江及其主要支流進行全面的查勘，提出了引嘉濟渭、引褒濟石、引湑濟黑、引子濟黑、引洵濟澇、引乾入石、引金濟灞、引嘉入漢和引漢濟渭等9條調(diào)水線路和18個引水站點，形成陜西省內(nèi)南水北調(diào)的基本雛形。

在規(guī)劃工作基礎上，綜合考慮經(jīng)濟社會發(fā)展，確定了東、中、西三條調(diào)水線路，其中東線引乾濟石、西線引紅濟石作為應急供水補充工程；中線引漢濟渭，規(guī)劃調(diào)水量15.5億m3，是省內(nèi)南水北調(diào)骨干調(diào)水工程。

2.調(diào)水工程線路規(guī)劃

綜合考慮關(guān)中地區(qū)配水要求、漢江流域調(diào)水區(qū)水資源條件、自然與社會環(huán)境影響等因素，引漢濟渭工程調(diào)水線路擬定了黃金峽線路方案、串支方案、旬陽線路方案、雙線越嶺方案等4種線路比選方案。

①黃金峽線路方案：以漢江干流黃金峽梯級為主要水源，抽水后，以隧洞形式輸水至子午河三河口水庫，經(jīng)聯(lián)合調(diào)節(jié)，再以63 km秦嶺隧洞自流進入已建成的金盆水庫。

②串支方案：串引子午河以西漢江左岸共8條支流以及嘉陵江干流水量匯入子午河上的三河口水庫，最后以63 km秦嶺隧洞自流進入已建成的金盆水庫。

③旬陽線路方案：以漢江干流旬陽梯級為主要水源，抽水后，以隧洞形式輸水至洵河柴坪水庫，經(jīng)柴坪聯(lián)合調(diào)節(jié)，再以75 km秦嶺隧洞自流進入渭河支流灃河。

④雙線越嶺方案：減小黃金峽線路方案的抽水規(guī)模，增加柴坪水庫自流引水，采用雙線秦嶺隧洞輸水分別進入黑河和灃河的組合方案。

經(jīng)對4個調(diào)水線路方案進行綜合比較，推薦黃金峽線路為引漢濟渭調(diào)水工程的調(diào)水規(guī)劃線路。黃金峽線路具有線路短、投資小、實施難度小、運行費用較低等優(yōu)點，同時，黃金峽水庫也符合漢江干流梯級開發(fā)規(guī)劃要求。

3.調(diào)水方式比選

為了進一步確定引漢濟渭調(diào)水工程調(diào)水方式，在選定的黃金峽線路方案基礎上，又進行了全抽水、全自流和混合等3種不同輸水方式的比選。

①抽水方案：自黃金峽水庫和三河口水庫抽水，分別經(jīng)隧洞輸水至椒溪河右岸鐘家院村源匯合，再以39.0 km的長隧洞跨越秦嶺主峰，進入渭河支流黑河。

②自流方案：在三河口水庫壩后電站尾水取水，自流至漢江支流金水溝河口二級電站，發(fā)電后與漢江水源匯合，從黃金峽水庫死水位高程取水，經(jīng)100 km長隧洞跨越秦嶺，進入黑河支流田峪河。

③混合方案：在黃金峽水庫庫區(qū)設抽水站抽水，再以隧洞匯入三河口水庫聯(lián)合調(diào)節(jié)后，以63.0km長的秦嶺隧洞自流進入渭河的支流金盆水庫，通過金盆水庫放水進入關(guān)中配水系統(tǒng)。

在綜合考慮節(jié)能、工程布置相對集中、便于管理、進入受水區(qū)位置較高、投資較小、經(jīng)濟指標較優(yōu)等因素后，推薦黃金峽線路的混合輸水方式為引漢濟渭工程總體布局規(guī)劃方案，該方案的主要工程組成有：漢江干流上的黃金峽水庫、黃金峽泵站、黃三隧洞、漢江支流子午河上的三河口水庫、秦嶺隧洞、金盆水庫增建工程等6個部分。

三、調(diào)水工程總體布局

基于規(guī)劃階段推薦的黃金峽線路混合輸水方式方案，項目立項階段，結(jié)合受水區(qū)、調(diào)水區(qū)經(jīng)濟社會的變化，對調(diào)水工程總體布局做了進一步的優(yōu)化研究工作。重點是對構(gòu)成和影響調(diào)水工程總體布局的點、線、面等關(guān)聯(lián)要素的邏輯關(guān)系進行逐一梳理，逐層分析，逐項研究，在此基礎上組合成多種可供比選的總體布局方案。

1.總體布局的控制節(jié)點

（1）水源點

引漢濟渭工程前期規(guī)劃選定兩個調(diào)水水源點，一是漢江干流的黃金峽水庫，二是漢江支流子午河上的三河口水庫。

①黃金峽水庫：位于漢江干流石泉水電站庫區(qū)良心溝下游，多年平均天然徑流量為78.8億m3，扣除上游用水后的徑流量為68.5億m3，控制水量大；該段河谷較平直，河床高程400m左右，為開闊的V形谷，兩岸基巖裸露，山體雄厚，地形較完整，壩基巖體透水性較弱，有修壩建庫的地形地質(zhì)、資源條件。

②三河口水庫：位于子午河三河口至大河壩鄉(xiāng)，壩址以上河長106 km，控制流域面積2 186 km2，占全流域的72.6%，可基本控制流域的來水量，多年平均天然徑流量為8.7億m3，河谷呈V形發(fā)育，兩岸地形較為對稱，山體雄厚，河道順直，地形完整，基巖裸露，具有較好的修建高壩大庫的條件。

（2）關(guān)中受水節(jié)點

關(guān)中地區(qū)受水區(qū)主要集中在以大西安為中心的渭河兩岸、渭河支流的黑河以東地區(qū)，地形高程大部分在500 m以下。受水區(qū)受水節(jié)點按高程510 m進行控制，能夠覆蓋受水區(qū)大部分供水對象，可以實現(xiàn)受水區(qū)輸配系統(tǒng)重力自流供水。

經(jīng)對秦嶺北麓黑河金盆水庫以西的黃池溝、就峪河、田峪口、澇峪口、化羊峪口等各峪口的查勘，并結(jié)合線路進行技術(shù)經(jīng)濟綜合比選后，確定黃池溝作為受水節(jié)點。該節(jié)點位置具有調(diào)水線路短、控制受水區(qū)范圍大等特點，有利于實現(xiàn)與黑河金盆水庫聯(lián)合調(diào)節(jié)。

2.輸水線路比選

基于兩個取水水源點、關(guān)中地區(qū)受水節(jié)點基本確定，調(diào)水和輸水線路的研究，實質(zhì)上是研究黃金峽、三河口、黑河金盆三水源采用在線調(diào)節(jié)與非在線調(diào)節(jié)問題。按不同的調(diào)節(jié)方案提出了3種線路方案。

①黃金峽、三河口、黑河金盆三水源在線調(diào)節(jié)線路方案：該方案輸水線路分為3段，一是自黃金峽泵站出水池至三河口水庫段輸水線路；二是自三河口水庫庫內(nèi)至金盆水庫庫尾段輸水線路；三是出金盆水庫輸水線路。

②黃金峽、三河口在線、黑河金盆非在線三水源調(diào)節(jié)線路方案：該方案輸水線路分為兩段，一是自黃金峽泵站出水池至三河口水庫段輸水線路；二是自三河口水庫庫內(nèi)至黃池溝輸水線路。

③黃金峽在線、三河口線上、黑河金盆非在線三水源調(diào)節(jié)線路方案：該方案輸水線路自黃金峽泵站出水池至黃池溝。

上述線路全部采用隧洞穿越。

3.工程總體布局方案比較

（1）方案比選基礎

總體布局方案比選的基礎是：漢江干流黃金峽水庫、支流子午河三河口水庫兩處水源點已經(jīng)確定，其中黃金峽水庫正常蓄水位450 m、三河口水庫正常蓄水位643 m；黃三隧洞和越嶺隧洞的輸水方式為無壓明流；各方案調(diào)水任務要求相同。

因此，工程總體方案的比選，重點是在上述工作研究基礎上，結(jié)合不同的輸水線路、抽水泵站位置、關(guān)中受水節(jié)點位置，擬定不同的總體布局組合方案，進行技術(shù)經(jīng)濟比較。

（2）總體布局方案比較

①調(diào)水進黑河全盆水庫方案：該方案總體布局為在漢江干流修建黃金峽水庫，調(diào)蓄漢江干流水量；在黃金峽水庫庫區(qū)良心河站址修建黃金峽泵站，向黃三隧洞供水；修建黃三隧洞，將黃金峽泵站所抽水量送入三河口水庫；在子午河上修建三河口水庫，調(diào)蓄本流域和干流調(diào)入水量；在三河口庫區(qū)支流蒲河上修建石墩河泵站，向越嶺隧洞供水；修建越嶺隧洞向關(guān)中地區(qū)調(diào)水至黑河金盆水庫；在黑河金盆水庫近壩處右岸增建放水洞，向關(guān)中地區(qū)供水，出口與引漢濟渭受水系統(tǒng)銜接，向關(guān)中地區(qū)供水。該方案工程總體布置格局為“三庫、兩站、三洞”。

②調(diào)水進黃池溝高線方案：該方案黃金峽水庫、黃金峽泵站、黃三隧洞、三河口水庫的布局與調(diào)水進黑河全盆水庫方案相同。所不同的是修建的越嶺隧洞自流引水直接向關(guān)中受水區(qū)黃池溝受水節(jié)點供水。該方案工程總體布置格局為“兩庫、一站、兩洞”。

③低線一洞穿越調(diào)水進黃池溝方案：該方案總體布局為在漢江干流修建黃金峽水庫，調(diào)蓄漢江干流水量；在黃金峽水庫壩后修建黃金峽泵站，向秦嶺輸水隧洞供水；修建一條直接橫貫漢江與關(guān)中渭河流域的超長輸水隧洞(簡稱秦嶺輸水隧洞)，期間隧洞在三河口水庫壩下右岸修建控制閘段并設連接洞與三河口水庫壩后電站、泵站銜接。秦嶺輸水隧洞按運行工況，以控制閘為節(jié)點分為黃三段、越嶺段兩段，其中黃三段隧洞輸送黃金峽泵站來水量，通過控制閘可以向越嶺隧洞和三河口水庫供水，越嶺段隧洞向關(guān)中地區(qū)輸送黃金峽水庫和三河口水庫水量；在漢江支流子午河上修建三河口水庫，調(diào)蓄本流域水量和部分黃金峽水庫來水量；在三河口水庫大壩下游右岸修建聯(lián)通壩后電站、泵站與秦嶺輸水隧洞的連接洞，該連接洞為縱向平底，與主洞銜接處節(jié)點高程642.65 m相同，具有雙向輸水功能。該方案工程總體布置格局為“兩庫、四站、一洞兩段、一聯(lián)通”。

4.工程總體布局方案選定

對上述各方案從地質(zhì)地形條件、工程施工條件、運行調(diào)度管理、工程投資與運行成本、節(jié)能效果、工程總體布置格局與適應性等方面綜合分析評價，推薦“低線一洞穿越調(diào)水進黃池溝方案”為引漢濟渭調(diào)水工程總體布局實施方案。

推薦方案調(diào)水工程由黃金峽水利樞紐、三河口水利樞紐和秦嶺輸水隧洞三大部分組成。調(diào)水系統(tǒng)的工程總體布置格局為“兩庫、四站、一洞兩段、一聯(lián)通”，兩庫為黃金峽水庫和三河口水庫，四站為黃金峽電站、泵站和三河口電站、泵站，一洞兩段為秦嶺輸水隧洞由黃三段和越嶺段組成，一聯(lián)通指三河口水庫大壩下游右岸連接洞。

四、工程規(guī)模與布置

1.調(diào)水系統(tǒng)工程規(guī)模

引漢濟渭調(diào)水系統(tǒng)為大型I等跨流域調(diào)水工程，橫跨漢江、渭河兩大水系。按照工程總體布局，在漢江干流黃金峽和支流子午河分別修建水源工程黃金峽水利樞紐和三河口水利樞紐蓄水，經(jīng)秦嶺隧洞輸水至關(guān)中。

黃金峽水庫正常蓄水位450 m，死水位440 m，總庫容約2.21億m3。三河口水庫正常蓄水位643 m，總庫容約7.1億m3。秦嶺輸水隧洞進口底板高程549.23 m，出口底板高程510.0 m，隧洞總長度98.3 km，設計流量70 m3/s，綜合縱坡為 1∶2500。

兩個水源工程與受水區(qū)當?shù)厮绰?lián)合調(diào)節(jié)，多年平均調(diào)水量15.19億m3，扣除輸水損失，調(diào)入受水區(qū)黃池溝節(jié)點水量為13.95億m3。

2.各部分工程規(guī)模與布置

（1）黃金峽水利樞紐

樞紐位于陜南漢中盆地以東的洋縣境內(nèi)漢江干流黃金峽峽谷段，壩址在石泉水電站庫尾良心溝下游0.5 km處，是引漢濟渭工程主要調(diào)水水源地，多年平均調(diào)水量9.69億m3；主要任務是攔蓄河水，壅高水位，以供水為主，兼顧發(fā)電，改善水運條件。樞紐由水庫工程、泵站工程、水電站工程等組成。

①黃金峽水庫：水庫攔河壩為混凝土重力壩，最大壩高63 m，正常蓄水位450 m，汛限水位448 m，死水位440 m，總庫容2.21億m3，調(diào)節(jié)庫容0.71 億 m3。

②黃金峽泵站：站址位于水庫壩后，與電站聯(lián)合布置。其主要任務是將抽取的黃金峽水庫的水量，提升至秦嶺輸水隧洞黃三段進水口處，多年平均抽水量9.69億m3，泵站設計流量70m3/s，設計揚程106.45m，裝機規(guī)模126MW。

③黃金峽電站：利用水庫水位與下泄水量進行發(fā)電，裝機容量135MW。

（2）三河口水利樞紐

樞紐地處佛坪縣與寧陜縣交界的子午河中游峽谷段，壩址位于佛坪縣大河壩鄉(xiāng)三河口村下游2 km處，是引漢濟渭工程兩個水源地之一，多年平均調(diào)水量5.5億m3；是調(diào)水工程中主要調(diào)蓄功能的樞紐，位于整個調(diào)水線路上的中間位置，具有“承上啟下”作用，其規(guī)模和布置與其他調(diào)水工程規(guī)模和布置緊密聯(lián)系，相互影響；其主要任務是調(diào)蓄子午河來水與漢江干流不能直供受水區(qū)的水量，同時要結(jié)合發(fā)電。樞紐由水庫工程、泵站工程、連接洞、水電站工程等組成。

①三河口水庫：水庫攔河壩壩型為碾壓混凝土拱壩，最大壩高145m，正常蓄水位643m，汛限水位642m，正常運行死水位558m，特枯年運行死水位544m，總庫容7.1億m3，調(diào)節(jié)庫容6.5億m3。

②三河口泵站：將漢江干流黃金峽水庫不能直供的進入越嶺段隧洞的水量，從黃三段的控制閘處提升至三河口水庫。多年平均抽取黃金峽水庫水量1.08億m3，泵站設計流量為18 m3/s，設計揚程 93.56 m，可逆式機組泵站裝機容量24 MW。

③三河口電站：電站利用水庫供水、下泄流量以及水庫與電站尾水之間的落差進行發(fā)電，安裝2臺常規(guī)機組，2臺可逆式機組，裝機總?cè)萘?0 MW，其中常規(guī)機組裝機容量為40 MW，可逆式機組裝機容量為20 MW。

④連接洞：由秦嶺輸水隧洞控制閘三河口控制閘末端開始，至三河口泵站下池（電站尾水池）結(jié)束，總長244.435 m?？v比降設計為0，洞底高程與秦嶺輸水隧洞控制閘底板高程相同，具有抽水、供水雙向作用。抽水時，設計流量為18 m3/s；輸水時，設計流量為70 m3/s。洞子斷面尺寸為6.94 m×6.94 m馬蹄形斷面，頂拱半徑為3.47 m，側(cè)墻及底板半徑為6.94 m。

（3）秦嶺輸水隧洞

秦嶺輸水隧洞起點為漢江干流黃金峽水利樞紐的泵站出水池，出口位于秦嶺北麓渭河支流的黑河金盆水庫下游黃池溝；隧洞按運行工況，以控制閘為節(jié)點分為黃三段、越嶺段兩段。其主要任務是將漢江干流的調(diào)水量與支流子午河的調(diào)水量輸送至渭河的黃池溝，輸水方式采用明流無壓方案，隧洞全長為98.3 km。多年平均輸水量15億m3，設計流量為70 m3/s。鉆爆法施工段采用圓拱直墻馬蹄形斷面，凈寬、高均為6.76 m；TBM法施工采用圓形斷面，洞內(nèi)徑6.92 m。進口底板高程549.23 m，出口底板高程510.0 m，全洞底坡比降 1∶2500。

①黃三段：起點接黃金峽泵站出水池，終點位于三河口水利樞紐壩后約300 m處右岸的控制閘。其主要任務是將漢江干流黃金峽水庫泵站提升的調(diào)水量輸送至隧洞的控制閘處。該段洞線長16.48 km，多年平均輸水量9.69億m3，起點底板高程549.23 m，終點底板高程542.65 m。

②越嶺段：起點接輸水隧洞控制閘，終點位于渭河支流的黑河金盆水庫下游黃池溝。主要任務是將漢江干流直供水量、經(jīng)三河口水庫調(diào)蓄后的漢江水以及三河口水庫調(diào)節(jié)本流域的水量自流輸送至關(guān)中地區(qū)黃池溝的配水工程。該段洞線長81.78km，起點底板高程542.65m，終點底板高程510.0m。

3.工程水量調(diào)度運行方式

黃金峽水庫多年平均調(diào)水量9.69億m3，三河口水庫多年平均調(diào)水量5.5億m3，兩個水源工程與受水區(qū)當?shù)厮绰?lián)合調(diào)節(jié)，滿足受水區(qū)供水需要。當黃金峽泵站抽水流量小于受水區(qū)需水要求時，由三河口水庫通過連接洞補充供水至秦嶺隧洞，黃金峽不抽水時，全部需水由三河口水庫供水至秦嶺隧洞；當黃金峽泵站抽水流量大于受水區(qū)需水要求時，多余的水量通過連接洞由三河口泵站抽水入三河口水庫存蓄；當黃金峽泵站抽水流量小于等于受水區(qū)需水要求時，泵站抽水直接到秦嶺隧洞至黃池溝。

五、調(diào)水工程總體布局特點

①能夠根據(jù)調(diào)入、調(diào)出區(qū)水資源特點，合理進行調(diào)水線路、輸水方式的布置。在經(jīng)濟性基礎上，結(jié)合調(diào)水工程運行特點，進行發(fā)電、耗能平衡等綜合評價，盡可能采用自流輸水方式，獲得較好的節(jié)能效益，有效降低了工程實施難度和系統(tǒng)運行成本。

②重視水庫移民淹沒區(qū)問題，合理確定二水源水庫工程規(guī)模，發(fā)揮水庫調(diào)蓄作用，通過水庫間的水文補償和庫容補償，提高了供水保證率，降低了輸水工程規(guī)模。

③統(tǒng)籌分析受水區(qū)供水節(jié)點方式和現(xiàn)有供、蓄水工程，出水點考慮了供水系統(tǒng)具備雙線輸水功能，通過調(diào)入水與當?shù)厮?lián)合調(diào)度運用方式，發(fā)揮調(diào)入水供水作用，有效降低供水風險，確保供水系統(tǒng)輸水安全度。

④黃三隧洞與越嶺隧洞兩條輸水隧洞直接銜接為一條秦嶺輸水隧洞，降低工程能耗，減小運行成本。

⑤兩水源工程的水庫、泵站、電站集中布置，便于調(diào)度運行管理，提高工程效益。