沁陽(yáng)市引丹入城引水工程規(guī)劃設(shè)計(jì)探討

郭乙霏 郭二旺

1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院 黑龍江 哈爾濱 150030 2.焦作市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院 河南 焦作 454003

正文：

1 工程概況

沁陽(yáng)市引丹入城引水工程從廟嶺坡電站退水渠友愛(ài)河五支渠分水口處引丹河水，向沁陽(yáng)市區(qū)護(hù)城河及天鵝湖供水。輸水管線采用有壓重力流輸水方式，管線起點(diǎn)為友愛(ài)河，終點(diǎn)為沁陽(yáng)市中心天鵝湖，設(shè)計(jì)引水流量0.7m3/s，年引水量1051萬(wàn)m3。線路總長(zhǎng)13km。管線先后穿越省道S306、S238、景明石河、逍遙石河、沁河等道路和河道。

2 水文氣象

項(xiàng)目區(qū)屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，多年平均降水量532mm，多年平均蒸發(fā)量982mm。降水量年內(nèi)分配不均，多集中于6-9月，占年降水量的67%。多年平均氣溫14.3℃，無(wú)霜期180d,多年平均年最大風(fēng)速15m/s。

沁河發(fā)源于山西省沁源縣太岳山南麓的二朗神溝，是黃河三門峽至花園口區(qū)間兩大支流之一，流經(jīng)山西省境內(nèi)沁源、安澤、沁水、陽(yáng)城、澤州縣，穿太行山于河南省濟(jì)源市五龍口山谷進(jìn)入下游平原，經(jīng)沁陽(yáng)、博愛(ài)、溫縣、武陟四縣市，于武陟縣方陵村匯入黃河，河道全長(zhǎng)485km，平均比降3.8‰，流域面積為13532km2。引丹入城引水工程于S308沁河橋上游約900m處穿越沁河。由于該斷面位于沁北自然滯洪區(qū)范圍內(nèi)，河道右岸現(xiàn)狀建有堤防，左岸為無(wú)堤河段，河道斷面寬約1km左右，下游約2km、5km處分別有逍遙石河和丹河匯入。

丹河為沁河最大的支流，發(fā)源于山西省晉城市高平縣北部丹株嶺的玻璃山，流經(jīng)澤州縣，至河南省沁陽(yáng)市的北金村匯入沁河，河長(zhǎng)169km，流域面積3152km2，根據(jù)山路平水文站多年水文觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，1954～2016年多年平均年徑流量2.0億m3，徑流較豐富，枯水期多年平均流量4.5m3/s。廟嶺坡電站位于沁陽(yáng)市東北部山王莊鎮(zhèn)張坡村北，緊鄰焦枝鐵路，利用丹西灌區(qū)豐收渠引丹河水，利用友愛(ài)河泄水。

景明石河又名龍門河，全長(zhǎng)30km，流域面積為120km2，河道比降4.5‰，于沁陽(yáng)市北官莊屯匯入丹河。引丹入城引水工程于入丹河口上游約1km處穿越景明石河。

逍遙石河發(fā)源于山西澤州，全長(zhǎng)35km，流域面積90km2，于沁陽(yáng)市陽(yáng)華缺口匯入沁河，引丹入城引水工程于入沁河口上游約1.2km處穿越逍遙石河。

北截排發(fā)源于沁陽(yáng)市西北東向村，全長(zhǎng)7.3km，流域面積為25.8km2，河道比降為0.5‰，于沁陽(yáng)市北陽(yáng)華匯入逍遙石河。引丹入城引水工程于入逍遙石河口上游約500m處穿越北截排。

3 水源論證分析

（1）沁河

沁陽(yáng)城區(qū)現(xiàn)狀通過(guò)水南關(guān)泵站引沁河水補(bǔ)充天鵝湖生態(tài)環(huán)境用水，年引水量120萬(wàn)m3，引水量不能滿足沁陽(yáng)市中心城區(qū)天鵝湖和護(hù)城河生態(tài)需水要求。

（2）丹河

對(duì)于2017年及2018年前三季度已經(jīng)虧損的公司而言，賣資產(chǎn)扭虧顯得更加迫切，九安醫(yī)療深諳其中的重要性。2017年、2018年1-9月九安醫(yī)療分別虧損1.66億元和6097.92萬(wàn)元，四季度決定了公司明年是否會(huì)被披星戴帽。12月4日晚間公司發(fā)布更新公告稱，擬將所持有的天津華來(lái)科技有限公司17%的股權(quán)全部轉(zhuǎn)讓給深圳市有孚創(chuàng)業(yè)投資企業(yè)(有限合伙)，轉(zhuǎn)讓價(jià)格為人民幣1.07億元。得益于此，公司預(yù)計(jì)2018年扭虧為盈，凈利潤(rùn)為0-2000萬(wàn)元。

丹河是黃河一級(jí)支流沁河的支流，其流域面積80%在山西省，60年代以后上游山西省在丹河干支流上陸續(xù)興建了3座中型水庫(kù)、23座?、裥退畮?kù)和56座?、蛐退畮?kù)，其中中型水庫(kù)任莊水庫(kù)控制流域面積1299km2。河南省境內(nèi)已建青天河水庫(kù)，青天河以上流域面積2513km2。青天河水庫(kù)下游11km處擬規(guī)劃建設(shè)九渡水庫(kù)，九渡水庫(kù)位于沁陽(yáng)市與博愛(ài)市交界處，壩址位于沁陽(yáng)市市區(qū)北約18km處，青天河水庫(kù)至九渡水庫(kù)壩址間流域面積510km2。九渡水庫(kù)是以農(nóng)業(yè)灌溉和城市供水為主，兼顧發(fā)電和生態(tài)功能，水庫(kù)建成后，大部分的徑流用于沁陽(yáng)市工農(nóng)業(yè)供水，只在汛期有部分下泄量，因下游受污染影響，水質(zhì)較差。因此，無(wú)法從距離沁陽(yáng)城區(qū)較近的丹河直接取水作為城區(qū)生態(tài)環(huán)境用水。

（3）中水

現(xiàn)狀沁陽(yáng)市有三座污水處理廠，總處理規(guī)模17萬(wàn)m3/d，污水處理后的中水主要回用于沁南工業(yè)園區(qū)用水。

（4）廟嶺坡水電站退水

廟嶺坡水電站利用丹西灌區(qū)豐收渠引水，汛期引水量3.0m3/s，引水時(shí)間60d，非汛期引水量1.0m3/s，引水時(shí)間305d。電站尾水直接排入友愛(ài)河，排水量與引水量相當(dāng)，除了滿足丹西灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水外還有大部分剩余水量。根據(jù)沁陽(yáng)市環(huán)境監(jiān)測(cè)站，友愛(ài)河水體水質(zhì)達(dá)到地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，符合生態(tài)環(huán)境用水的要求。因此選用廟嶺坡水電站退水作為沁陽(yáng)市中心城區(qū)天鵝湖和護(hù)城河生態(tài)水源。

4 工程地質(zhì)條件

該引水路線段屬沁河沖積平原。地形整體呈北高南低，出露地層主要為填土第四系全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)沖洪積形成的黏性土、砂類土及碎石等。

（1）根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，本工程區(qū)存在4條活動(dòng)性斷層，分別為盤古寺斷層、盤古寺斷層、常平斷層束（地塹）、西小底斷層及隱伏斷裂F1，盤古寺斷裂距離工程最近約500m，隱伏斷裂F1從工程區(qū)穿過(guò)，可忽略發(fā)震錯(cuò)動(dòng)對(duì)工程的影響。

（3）區(qū)內(nèi)地下水類型主要為孔隙潛水。地下水主要接受河水、側(cè)向徑流和大氣降水補(bǔ)給?？紫稘撍畬又饕獮榈谒南等陆y(tǒng)地層中，地下水位111.98～155.23m，排泄方式以人工抽取和蒸發(fā)為主。

（4）區(qū)內(nèi)地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有微腐蝕性，場(chǎng)地土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有微腐蝕性，土對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具中等腐蝕性。建議對(duì)管道采取相應(yīng)的防腐處理措施。

（5）沁河穿越段入、出土點(diǎn)曲線段穿越層主要為粉土、粉質(zhì)黏土、輕粉質(zhì)黏土、重粉質(zhì)黏土、粉砂、中砂、礫砂適宜穿越，但應(yīng)充分考慮所夾的圓礫等透鏡體對(duì)穿越施工的不利影響。

（6）管道進(jìn)入城區(qū)后沿舊渠道鋪設(shè)管道，該渠道內(nèi)多為生活污水，水渠基礎(chǔ)由水泥或砌石硬化處理，現(xiàn)渠底有0.5m淤泥類土，渠內(nèi)多為生活污水。

5 工程規(guī)劃設(shè)計(jì)

5.1 工程等級(jí)和標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000）、《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-2014）等的規(guī)定，結(jié)合該工程設(shè)計(jì)引水流量，確定本工程等別為Ⅴ等，主要建筑物的級(jí)別為5級(jí)。穿越沁河堤防段防洪標(biāo)準(zhǔn)與沁河堤防50年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)一致。

5.2 工程總布置

工程管線范圍內(nèi)地勢(shì)北高南低，高差約43m，北部地勢(shì)較陡，高差大，南部地勢(shì)平緩，高差小，輸水方式選用有壓重力流方式。

結(jié)合工程地形及地質(zhì)情況，本工程由引水口、輸水管線和穿越工程三部分組成。引水口位于友愛(ài)河五支渠節(jié)制閘上游附近，由引水渠和引水前池組成；輸水管線從友愛(ài)河五支渠節(jié)制閘附近引水，沿五支渠西側(cè)向南，穿越省道S306，在萬(wàn)南村東側(cè)斜向西南方，在石莊村北側(cè)穿越省道S238后向南，進(jìn)入城區(qū)后沿老渠道輸水至護(hù)城河，然后分為二部分，一部分流入護(hù)城河，一部分沿護(hù)城河向東鋪設(shè)至天鵝湖西北角，線路總長(zhǎng)13km。

5.4 引水口工程

引水口工程主要由引水渠、引水前池組成。引水口位于友愛(ài)河五支渠節(jié)制閘附近。引水渠采用矩形斷面，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式，渠長(zhǎng)5.0m，渠寬1.2m，渠底高程159.73～159.71m，渠道設(shè)鋼筋混凝土預(yù)制蓋板。為便于檢修，在引水渠上布置檢修閘，閘門凈寬1.2m，閘底板高程159.72m，檢修閘采用鋼閘門，孔口尺寸1.2*1.8m，采用手動(dòng)螺桿啟閉機(jī)；引水渠前端設(shè)置攔污柵。引水前池布置于引水渠末端，采用鋼筋混凝土矩形水池，調(diào)蓄量300m3，底板高程158.03m，池長(zhǎng)13.9m，寬6.9m，高3.93m，池頂覆土厚0.5m。

5.5 輸水管線工程

設(shè)計(jì)輸水管道采用單管輸水，采用鋼管，其中樁號(hào)0+000～12+132管徑DN800，引水流量0.7m3/s，在樁號(hào)12+132設(shè)置分水口，向天鵝湖及護(hù)城河供水，其中天鵝湖分支管長(zhǎng)703m，管徑DN500，設(shè)計(jì)引水流量0.37 m3/s，設(shè)計(jì)引水量259萬(wàn)m3；護(hù)城河分支管長(zhǎng)10m，管徑DN400，設(shè)計(jì)引水流量0.33m3/s，設(shè)計(jì)引水量792萬(wàn)m3。經(jīng)關(guān)閥水錘計(jì)算，兩支管均采用PN1.0MPa鋼管。

管道附屬設(shè)施及構(gòu)筑物包括檢修閥、放空閥、進(jìn)排氣閥、泄壓閥、流量計(jì)等，結(jié)合地形地勢(shì)，檢修閥和進(jìn)排氣閥可結(jié)合布置。

5.6 穿越工程

輸水管線先后穿越景明石河、北截排、逍遙石河、沁河，省道S306，S238及一些城鎮(zhèn)道路和溝渠。管線穿越沁河采用水平定向鉆方案，逍遙石河、北截排距離沁河較近，綜合考慮，本次設(shè)計(jì)將沁河、逍遙石河、北截排一起采用水平向鉆方案一次性穿過(guò)，穿越段起點(diǎn)樁號(hào)9+871，終點(diǎn)樁號(hào)11+451，穿越總長(zhǎng)1580m。穿越景明石河時(shí)，非汛期流量較小，導(dǎo)流后直接下挖施工，施工完畢后按原河道斷面形式恢復(fù)，其他溝渠直接開挖施工。穿越省道S306、S238時(shí)，為了不影響公路正常使用，采用頂管法施工；穿越團(tuán)結(jié)路及城北路時(shí)，直接利用路下現(xiàn)狀舊渠道；穿越城鎮(zhèn)或鄉(xiāng)村公路時(shí)，采用大開挖破路施工，待管道施工完畢后，按原路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行恢復(fù)。

6 生態(tài)效益分析

引丹入城引水工程是沁陽(yáng)市中心城區(qū)水系水生態(tài)文明建設(shè)的重要組成部分，工程建成后，一方面滿足河湖等生態(tài)用水需求，另一方面形成良好的水景觀效果，將更好的發(fā)揮中心城區(qū)水系生態(tài)環(huán)境價(jià)值，同時(shí)將會(huì)大大推動(dòng)沁陽(yáng)市城市發(fā)展、改善人居環(huán)境、促進(jìn)生態(tài)健康、提升城市品位，實(shí)現(xiàn)水資源高效利用和有效保護(hù)，為沁陽(yáng)市水生態(tài)文明的建設(shè)做出示范。