引黃入冀補(bǔ)淀工程關(guān)鍵問題設(shè)計(jì)淺議

□王 偉 □申黎平 □蘇衛(wèi)濤（河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司）

1 工程概況

引黃入冀補(bǔ)淀工程是大型跨區(qū)域、跨流域引調(diào)水工程，也是國(guó)家確定的172項(xiàng)重大水利工程項(xiàng)目之一。該項(xiàng)目是解決白洋淀生態(tài)缺水，保障工程沿線農(nóng)業(yè)用水的有效工程措施，對(duì)于保持白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)，緩解沿線地區(qū)農(nóng)業(yè)缺水狀況具有重要意義。

工程選定的線路為自河南省濮陽市黃河北岸現(xiàn)有渠村新、老引黃閘引水，經(jīng)1#樞紐交匯后分水入南湖干渠，然后匯入第三濮清南干渠，沿第三濮清南干渠依次穿金堤河、衛(wèi)河后入河北境內(nèi)，經(jīng)新開渠入留固溝、東風(fēng)渠、小白河和任文干渠等最終入白洋淀，線路全長(zhǎng)482 km（其中河南境內(nèi)長(zhǎng)84 km，河北境內(nèi)長(zhǎng)398 km）。

2 關(guān)鍵技術(shù)問題

2.1 引水規(guī)模問題

引調(diào)水工程可以形象的比如為“一條扁擔(dān)，兩個(gè)筐”，“筐”是指調(diào)水區(qū)或受水區(qū)，其容量代表著引水規(guī)模，“扁擔(dān)”是指輸水渠道，其粗細(xì)代表著輸水渠道的工程規(guī)模?！翱稹钡拇笮。瑳Q定著“扁擔(dān)”的粗細(xì)，對(duì)長(zhǎng)距離輸水渠道而言，輸水規(guī)模的調(diào)整直接影響著工程占地、工程投資的變化。因此，對(duì)本工程而言，如何合理確定工程規(guī)模，國(guó)家及黃河流域相關(guān)規(guī)劃對(duì)此有何明確和限制，以需定供還是以供定需，是工程布置的先決條件，是我們要解決的首要問題。

2.2 控制點(diǎn)水位問題

本工程輸水線路長(zhǎng)約482 km，絕大部分是利用已有渠、溝（河）道擴(kuò)挖改建而成，同時(shí)工程全線采用自流輸水，那么工程水位自上而下、由高至低的銜接就顯得至關(guān)重要。本工程不僅要受到黃河引水水位和白洋淀受水水位的制約，還要兼顧現(xiàn)狀利用的各控制建筑物的底高程、設(shè)計(jì)水位的影響；此外，由于工程分為三個(gè)設(shè)計(jì)段，各段始末點(diǎn)的控制水位也是各段設(shè)計(jì)工作開展的前提，同時(shí)各設(shè)計(jì)段內(nèi)水頭在建筑物和渠道之間的分配，也對(duì)工程投資和工程占地造成較大影響。因此，各控制點(diǎn)水位的確定，就成為設(shè)計(jì)工作開展時(shí)要優(yōu)先解決的核心問題。

2.3 泥沙處理問題

黃河是一條多泥沙河流，引黃必然引沙，泥沙問題是所有引黃工程都必須正視的現(xiàn)實(shí)問題。本工程如何處理引水所攜帶的泥沙問題，采用集中沉沙還是分散沉沙，是平衡工程正效益與泥沙所造成的環(huán)境負(fù)效益，協(xié)調(diào)工程建設(shè)運(yùn)行與生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)性發(fā)展的核心，是本工程又一亟待解決的關(guān)鍵問題。

2.4 工程新老功能的融合問題

本工程為跨區(qū)域引調(diào)水工程，輸水干渠多利用現(xiàn)有渠、溝（河）道擴(kuò)改建而成，其中河南省濮陽市境內(nèi)的輸水渠道主要為渠村灌區(qū)現(xiàn)有渠系，在對(duì)其利用的基礎(chǔ)上擴(kuò)挖改建以后為工程輸水。工程建成后，不僅要實(shí)現(xiàn)新工程的輸水任務(wù)，還需保障利用渠道原有的灌、排、蓄、引功能不能缺失和消減，同時(shí)在用水高峰時(shí)段水量如何調(diào)配，實(shí)現(xiàn)工程新老功能和新舊管理制度的融合，也是工程面臨的技術(shù)和管理的雙重難題。

3 設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)策略

3.1 引水規(guī)模

通過查閱國(guó)家、流域相關(guān)規(guī)劃，研讀相關(guān)條款，尋求政策支撐和明確政策紅線：“87”分水方案及其相關(guān)子規(guī)劃指出“河北省、天津市今后一個(gè)時(shí)期需從黃河引水接濟(jì)，分配用水量20億m3”，“河北、天津引黃時(shí)段為冬4月（11月至翌年2月）”?！度珖?guó)水資源綜合規(guī)劃》及其子規(guī)劃指出“在南水北調(diào)東、中線工程生效以前，考慮到黃河水資源量的減少，統(tǒng)籌考慮河道內(nèi)外用水需求，河北、天津配置黃河水量18.44億m3”；“南水北調(diào)東、中線工程生效后至南水北調(diào)西線一期工程生效以前，仍考慮向河北配置6.20億m3水量，不再考慮向天津配置水量”。

表1 控制點(diǎn)水位匯總表 單位：m

沿線受水區(qū)分河南、河北分別進(jìn)行供需平衡分析計(jì)算后，對(duì)兩組需水工程進(jìn)行疊加，求出總需水過程及水量；同時(shí)對(duì)黃河冬4月可供水量進(jìn)行分析，求出供水工程可供水量。經(jīng)對(duì)總需水過程和可供水過程進(jìn)行比對(duì)后發(fā)現(xiàn)，需水過程遠(yuǎn)大于可供水過程，由此確定了“以供定需”的水量平衡分析計(jì)算原則，并按此原則重行進(jìn)行水資源的供需平衡分析計(jì)算。

按照以上政策框架和計(jì)算結(jié)果，綜合確定本工程引水規(guī)模為：①在南水北調(diào)東、中線生效之后，引黃入冀補(bǔ)淀工程引黃閘多年平均引黃水量為9.05億m3，包括向河北調(diào)水6.20億m3，河南引黃水量3.30億m3；在南水北調(diào)東、中線生效之前，可通過相機(jī)外延引水時(shí)段，控制為河北調(diào)水量不超過為9億m3，河南引黃水量為3.30萬m3，引黃閘最大總引黃水量不超過12.30億m3。②渠村新、老引黃閘總引水設(shè)計(jì)流量為150.00m3/s，引黃入冀輸水總干渠渠首設(shè)計(jì)流量為100.00m3/s，入河北省界流量為61.40m3/s。

3.2 控制點(diǎn)水位

根據(jù)工程特點(diǎn)、地域分布，將整個(gè)工程輸水渠線按照從上游至下游依次劃分為三個(gè)設(shè)計(jì)段，分別為渠首段、河南段和河北段，并將各設(shè)計(jì)分段交接點(diǎn)和利用的重要建筑物利作為關(guān)鍵控制點(diǎn)。

渠首段根據(jù)冬四月期間黃河引水水位，分析計(jì)算出與河南段交接點(diǎn)（1#分水樞紐）處的2組水位（高水位和低水位）；河北段根據(jù)受水區(qū)的地形地勢(shì)和工程特點(diǎn)分析計(jì)算出與河南段交接點(diǎn)（衛(wèi)河倒虹吸出口）處的2組水位（高水位和低水位）；河南段根據(jù)渠首段和河北段提供的高、低2組水位，結(jié)合現(xiàn)狀利用的金堤河倒虹吸、衛(wèi)河倒虹吸底高程等影響因素和水頭在建筑物和渠道建的分配，進(jìn)行水位方案分析比選。控制點(diǎn)水位見表1，水位比選組合方案見圖1。

圖1 水位比選組合方案示意圖

通過以上對(duì)各水位組合方案的計(jì)算、分析和對(duì)比，方案一在河南段內(nèi)水頭分配合理，與現(xiàn)狀利用的工程銜接較好、整體線路的投資最優(yōu)，由此確定總體線路采用高水面線（渠首段末端58.55m，河北段首端47.68m），河南段內(nèi)兩座倒虹吸采用高水頭（金堤河0.60m，衛(wèi)河0.82m）。

3.3 泥沙處理

泥沙問題是所有引黃工程都存在的客觀現(xiàn)實(shí)問題。為妥善處理本工程引水所帶來的泥沙問題，我們聯(lián)合調(diào)研了與本工程性質(zhì)類似、位置臨近的人民勝利渠灌區(qū)、渠村灌區(qū)、位山灌區(qū)和潘莊灌區(qū)，通過現(xiàn)場(chǎng)查勘、資料收集、座談溝通等方式，借鑒和吸取各灌區(qū)在泥沙處理方面的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，確定本工程采用修建沉沙池集中沉沙的總體泥沙處理方案。

結(jié)合各灌區(qū)調(diào)研成果，沉沙池位置應(yīng)盡量選在距渠首引黃閘位置較近的地方，沉沙池之前渠道應(yīng)較陡，可將泥沙帶入沉沙池集中沉沙，同時(shí)要求地形低洼、交通便利。經(jīng)沿線優(yōu)化選址和分析計(jì)算，沉沙池位置選定在距渠首約2.50 km巴寨村以東，沉沙池按條渠梭型布置，設(shè)2個(gè)條渠，每個(gè)條渠長(zhǎng)約2.50 km，寬450m，輪換使用，單條沉沙條渠可供沉積一年引黃水中的泥沙。運(yùn)行期每年淤積泥沙選擇氣候較好時(shí)段集中清淤挖運(yùn)，并在沉沙池周邊臨時(shí)征地堆沙，堆高2.50m左右，堆后復(fù)耕，以較少風(fēng)沙對(duì)周邊環(huán)境的影響。

3.4 工程新老功能的融合

本工程在河南段內(nèi)基本利用渠村灌區(qū)現(xiàn)有的南湖干渠和第三濮清南渠道線路，但由于輸水規(guī)模加大、水位抬高，需對(duì)渠道斷面進(jìn)行擴(kuò)挖和加高培厚堤防，由此造成節(jié)制閘、分水口門拆除重建，部分橋梁由于超高和長(zhǎng)度不足需拆除重建。建成后的引黃入冀補(bǔ)淀工程，不僅要滿足新的輸水任務(wù)，同時(shí)還要維持原有既定功能。我們進(jìn)行工程規(guī)劃布置時(shí)，在收集現(xiàn)狀工程資料的基礎(chǔ)上，與原灌區(qū)管理部門進(jìn)行了多次溝通，充分理解和考慮原渠系功能。在按照不低于原規(guī)模、原標(biāo)準(zhǔn)和原數(shù)量重建破壞和影響建筑物外，適當(dāng)增設(shè)了節(jié)制閘、分水閘等控制性建筑物，在滿足引黃入冀補(bǔ)淀工程輸水任務(wù)的前提下，通過控制建筑物的調(diào)度使用也維持了原有渠系灌、排、蓄、引及交通等功能。

此外，在管理機(jī)構(gòu)設(shè)置時(shí)，該部分渠道仍歸屬于原渠村灌區(qū)管理機(jī)構(gòu)管理，通過適當(dāng)新增管理場(chǎng)所和管理人員，利用一套班子、一班人馬的管理來實(shí)現(xiàn)新、老工程的不同任務(wù)目標(biāo)。從工程布置和管理體制上，通過工程的和非工程的措施，為工程新老功能和運(yùn)行體質(zhì)的融合創(chuàng)造了條件，為實(shí)現(xiàn)工程并行不悖的運(yùn)行目標(biāo)打下了基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

引黃入冀補(bǔ)淀工程是集新、舊功能于一身的多功能引調(diào)水工程，既要克服新困難，又要化解舊矛盾。在工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的前期階段，通過對(duì)工程的深入理解和認(rèn)識(shí)，發(fā)現(xiàn)和梳理工程存在的關(guān)鍵性技術(shù)問題，并通過行之有效的技術(shù)手段和方法，破解技術(shù)難題、選定設(shè)計(jì)方案、確定關(guān)鍵參數(shù)，為工程整體方案塑造了良好的技術(shù)雛形，為后期的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。