引哈濟(jì)黨工程輸水線路比選

李鵬科

(甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000)

1 工程概況

引哈濟(jì)黨工程是從大哈爾騰河向黨河調(diào)水的水利工程，是國(guó)家172項(xiàng)重大水利工程之一，是《敦煌水資源合理利用與生態(tài)保護(hù)綜合規(guī)劃》的核心工程?！毒C合規(guī)劃》主要針對(duì)敦煌水資源開發(fā)利用和生態(tài)環(huán)境保護(hù)中存在的突出問(wèn)題，研究提出了“內(nèi)節(jié)外調(diào)統(tǒng)籌、西護(hù)北通并舉，水源綠洲穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)生態(tài)均衡”的總體規(guī)劃布局。即在灌區(qū)實(shí)施全面節(jié)水的基礎(chǔ)上，通過(guò)從大哈爾騰河跨流域適度調(diào)水到黨河流域(即“引哈濟(jì)黨工程”)，緩解敦煌生活、生產(chǎn)和生態(tài)用水之間的矛盾，重點(diǎn)解決月牙泉和敦煌西湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)的生態(tài)問(wèn)題。

引哈濟(jì)黨是實(shí)現(xiàn)規(guī)劃目標(biāo)的控制性工程，是解決敦煌盆地地下水位下降的關(guān)鍵工程，是確保敦煌西湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)不再繼續(xù)惡化的重要工程之一，同時(shí)對(duì)敦煌市、阿克塞和肅北兩個(gè)少數(shù)民族縣的經(jīng)濟(jì)發(fā)展有極大的促進(jìn)作用，特別是對(duì)黨河流域的水資源可持續(xù)利用起著至關(guān)重要的作用。

引哈濟(jì)黨工程年調(diào)水規(guī)模為1.0億m3，最大引水流量12.0m3/s。通過(guò)對(duì)三條輸水線路(長(zhǎng)線路、短線路和中線路)的設(shè)計(jì)方案比較，推薦選擇了施工難度小、工期短、投資少，可向小蘇干湖補(bǔ)水的長(zhǎng)線路方案。工程主要包括取水樞紐和輸水線路兩部分，輸水線路長(zhǎng)196km，其中管道長(zhǎng)101km，隧洞長(zhǎng)31km，輸水暗涵長(zhǎng)38km，梯形明渠長(zhǎng)26km，自然水頭落差達(dá)2094m。

本工程為跨流域調(diào)水工程，具有輸水線路長(zhǎng)、地形地質(zhì)條件復(fù)雜、自然條件惡劣、水頭落差大等特點(diǎn)。工程建成后，將有效緩解敦煌盆地水資源嚴(yán)重缺乏的局面，對(duì)于敦煌生態(tài)綜合治理具有重要意義。本工程為Ⅲ等工程，工程規(guī)模為中型。

2 輸水線路選擇

2.1 選線原則

首先確定輸水線路的起點(diǎn)(取水樞紐)、終點(diǎn)(受水點(diǎn))和線路中間的分水點(diǎn)，然后選擇兩條以上經(jīng)濟(jì)可行的輸水線路進(jìn)行比選，確定最優(yōu)線路。選線原則：

(1)根據(jù)工程特點(diǎn)，線路選擇應(yīng)考慮到技術(shù)先進(jìn)可行、運(yùn)行安全可靠、造價(jià)經(jīng)濟(jì)合理。

(2)輸水線路應(yīng)力求順直，線路短、減少工程建設(shè)用地、保證輸水順暢。

(3)輸水線路盡量結(jié)合現(xiàn)有或規(guī)劃道路布設(shè)，方便工程施工及運(yùn)行管理。

2.2 取水點(diǎn)、受水點(diǎn)確定

本工程調(diào)水區(qū)為大哈爾騰河，大哈爾騰河發(fā)源于甘、青交界的野牛脊山及奧果吐烏蘭山，該河流屬于冰川融水補(bǔ)給型，河水沿程逐漸增加，河川徑流以地表徑流形式為主。河流出山后進(jìn)入開闊的戈壁灘，地表徑流全部滲入地下形成潛流，最終匯集至大小蘇干湖。根據(jù)大哈爾騰河徑流和地形地質(zhì)條件，取水樞紐只能選在大哈爾騰河駱駝脖子(出山口)以上。根據(jù)地形地質(zhì)條件及線路最短原則，取水樞紐均選在大哈爾騰河駱駝脖子上游約3.2km處。

本工程主要解決敦煌月牙泉及西湖國(guó)家自然保護(hù)區(qū)的生態(tài)用水和阿克塞縣城生活生產(chǎn)用水，根據(jù)受水區(qū)用水需求、水利工程現(xiàn)狀及規(guī)劃，確定敦煌月牙泉及西湖國(guó)家自然保護(hù)區(qū)的生態(tài)用水的受水點(diǎn)為黨河水庫(kù)，阿克塞縣城生活生產(chǎn)用水的受水點(diǎn)為阿克塞縣調(diào)蓄水池。

2.3 輸水線路初擬

黨河南山位于黨河與大哈爾騰河之間，是黨河流域和大哈勒騰河流域的分水嶺，工程區(qū)橫跨黨河南山。黨河南山西以當(dāng)金山口與阿爾金山脈分界，東到哈拉湖西南，長(zhǎng)250km，寬一般20～30km。山脊多在4000m以上，少數(shù)地段在5000m以上，最高峰位于古爾班保，海拔5620m，4800m以上的山峰一般發(fā)育有現(xiàn)代冰川。黨河南山以南為山前洪積扇，黨河南山以北為山前洪積扇、風(fēng)積沙和緩傾戈壁平原，其中穿越黨河南山段輸水線路的選擇決定著本工程的施工難度、工程投資和工期等，是整個(gè)工程的成功與否的關(guān)鍵。

根據(jù)選線原則及黨河南山的地形條件，初擬三條線路，具體線路如圖1所示。

2.3.1 方案一

從取水樞紐引水后，輸水線路沿大哈爾騰河右岸Ⅰ、Ⅱ級(jí)階地及河漫灘(黨河南山南麓)布設(shè)，從黨河南山山峰較低區(qū)穿越黨河南山，沿黨河南山北麓山前洪積扇及緩傾戈壁平原區(qū)引水到黨河水庫(kù)，線路總長(zhǎng)196.237km，主要建筑物有輸水管道、隧洞、明渠、暗涵等。其中：輸水管總長(zhǎng)101.2Km，隧洞26條，總長(zhǎng)31.181km，輸水暗涵總長(zhǎng)37.76km，明渠26.096km。

線路起點(diǎn)進(jìn)水口地面高程3524m，線路終點(diǎn)黨河水庫(kù)庫(kù)尾地面高程1428m，落差2096m。黨河南山以南段長(zhǎng)約73.9km，地面高程3524～3446m，落差78m；黨河南山以北段長(zhǎng)約58.9km，地面高程2850～1428m，落差1422m。輸水線路縱斷面圖如圖2所示。

優(yōu)點(diǎn)：黨河南山以南和以北地勢(shì)開闊，地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，有利于輸水管線的布設(shè)和施工；黨河南山段，可通過(guò)輸水隧洞群穿越，單條輸水洞較短，最大洞長(zhǎng)7km，最大埋深343m，可用常規(guī)鉆爆法施工，施工簡(jiǎn)單；地質(zhì)巖性多為志留系下統(tǒng)各巖性，地質(zhì)斷層少，地質(zhì)條件較好，隧洞距G215公路較近，施工條件好，施工難度??；輸水管距小蘇干湖的最短距離約20km，湖面水面高程2808m，較輸水管段地面高程低500m左右，在特別干旱年份或其它緊急情況下，可利用輸水管向小蘇干湖直接輸水，有助小蘇干湖的生態(tài)保護(hù)；輸水管距阿克塞縣調(diào)蓄水池近，輸水支管短；輸水管直接輸水到黨河水庫(kù)，總的輸水損失約588萬(wàn)m3，輸水損失小。

缺點(diǎn)：輸水線路長(zhǎng)，建筑物型式多；線路局部段行洪溝道發(fā)育，山洪對(duì)管線存在一定威脅，運(yùn)行管理費(fèi)用高。

2.3.2 方案二

從取水樞紐引水后，輸水線路沿大哈爾騰河漫灘、右岸Ⅰ～Ⅱ階地、黨河南山以南山前斷陷盆地布設(shè)，穿過(guò)黨河南山主峰，再沿大紅溝調(diào)水至黨河干流，利用大紅溝輸水12.86km，然后利用黨河自然河道輸水至黨河水庫(kù)，利用河道輸水185km；在黨河上修建取水口，再通過(guò)專用輸水線路輸水至阿克塞調(diào)蓄水池。

圖1 引哈濟(jì)黨工程輸水線路布置示意圖

圖2 方案一輸水線路縱斷面圖

線路自南向北穿越穿越黨河南山祁連山復(fù)雜褶皺帶，起點(diǎn)進(jìn)水口地面高程3524m，終點(diǎn)黨河河岸地面高程3160m，落差364m。輸水線路總長(zhǎng)46.3km，其中山前無(wú)壓暗涵段長(zhǎng)0.87km；山后無(wú)壓暗涵段長(zhǎng)12.8km；輸水隧洞總長(zhǎng)32.6km，其中土質(zhì)隧洞長(zhǎng)6.1km；巖質(zhì)隧洞長(zhǎng)26.5km。

進(jìn)口暗涵段主要為洪積碎石砂礫；輸水隧洞段地層巖性繁多，巖質(zhì)軟硬不一，從硬質(zhì)巖～軟質(zhì)巖均有分布，地層時(shí)代從N1～O1共9個(gè)地層單位；隧洞段地質(zhì)巖性有：鈣質(zhì)砂巖、石英砂巖、礫巖夾泥巖、砂巖夾礫巖等；出口暗涵段主要為沖洪積含孤漂石砂卵礫石，次為沼澤鹽堿沉積的亞砂土、亞粘土及淤泥。輸水線路縱斷面圖如圖3所示。

圖3 方案二輸水線路縱斷面圖

優(yōu)點(diǎn)：輸水線路短，僅為方案一線路的23.6%；建筑物形式少，只有輸水隧洞和暗涵；工程后期運(yùn)行管理方便，運(yùn)行管理費(fèi)用低。

缺點(diǎn)：在黨河南山與大哈爾騰河之間存在一個(gè)第四系山前斷陷儲(chǔ)水構(gòu)造帶，土質(zhì)隧洞穿越黨河南山山前斷陷儲(chǔ)水構(gòu)造帶，地下水穩(wěn)定水位埋深在33.5～47.48m，土質(zhì)隧洞埋深21～207m，長(zhǎng)6.1km，成洞難度大，洞室土體極不穩(wěn)定，極易塌方，甚至冒頂，需采用盾構(gòu)法施工，施工豎井深達(dá)200，施工困難；巖質(zhì)隧洞穿過(guò)構(gòu)造擠壓強(qiáng)烈隆起的黨河南山主峰，地質(zhì)構(gòu)造線密集，地層巖性繁多，巖石軟硬不一，從硬質(zhì)巖～軟質(zhì)巖均有分布，且穿越18條區(qū)域斷層，其中4條為區(qū)域性活斷層，對(duì)TBM施工影響較大；洞長(zhǎng)達(dá)26.5km，無(wú)設(shè)置施工支洞的條件，施工難度大，需2臺(tái)TBM同時(shí)掘進(jìn)施工；隧洞進(jìn)出口均無(wú)道路，海撥高，施工條件差；需修阿克塞縣輸水支管線和取水渠首，輸水支管長(zhǎng)60.2km；大紅溝至黨河段利用溝道和河道輸水，總的輸水損失約2179萬(wàn)m3，輸水損失量太大。

2.3.3 方案三

從取水樞紐引水后，輸水線路沿大哈爾騰河右岸Ⅰ、Ⅱ級(jí)階地及河漫灘(黨河南山南麓)布設(shè)，走向自東南向西北穿行于黨河南山戈壁前緣，至55.97km處(與方案一線路交匯處)轉(zhuǎn)至由南向北穿越黨河南山分水嶺至清水溝，利用清水溝輸水20km，然后利用黨河自然河道輸水至黨河水庫(kù)，利用河道輸100km；在黨河上修建取水口，再通過(guò)專用輸水線路輸水至阿克塞調(diào)蓄水池。

圖4 方案三輸水線路縱斷面圖

該方案輸水線路總長(zhǎng)104.438km，總落差984m，主要建筑物有管道、隧洞和暗涵。其中：埋管長(zhǎng)56.341Km，隧洞長(zhǎng)26.21km，暗涵長(zhǎng)21.887km。

輸水線路黨河南山以南段地層巖性與方案一相同，地形地質(zhì)條件好；穿越黨河南山的輸水隧洞段以變質(zhì)巖類為主，巖質(zhì)堅(jiān)硬，屬硬質(zhì)巖類，巖性較單一。輸水線路縱斷面圖如圖4所示。

優(yōu)點(diǎn)：輸水線路較短，僅為方案一線路長(zhǎng)度的63%；黨河南山以南地勢(shì)開闊平坦，地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，有利于輸水管線的布設(shè)和施工；穿越黨河南山段，隧洞段變質(zhì)巖類為主，巖質(zhì)堅(jiān)硬，巖性較單一。

缺點(diǎn)：局部段線路行洪溝道發(fā)育，山洪對(duì)管線存在一定威脅，運(yùn)行管理費(fèi)用高；隧洞段地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷裂發(fā)育，洞線穿越4條區(qū)域斷層，地質(zhì)條件差；輸水隧洞長(zhǎng)，無(wú)布設(shè)施工支洞條件，施工難度大，需兩臺(tái)TBM同進(jìn)掘進(jìn)施工；隧洞進(jìn)出口均無(wú)道路，海撥高，施工條件差；需修阿克塞縣輸水支管線和取水渠首，輸水支管長(zhǎng)60.2km；清水溝至黨河段利用溝道或河道輸水，總輸水損失約1950萬(wàn)m3，輸水損失量大。

3 輸水線路方案比選

從工程地質(zhì)條件、工程布置、施工條件、工程占地、水力及輸水安全、運(yùn)行管理及建設(shè)協(xié)調(diào)、阿克塞專用輸水線路問(wèn)題、技術(shù)難度、水量損失及其他條件、投資估算等方面進(jìn)行綜合性比較，三條輸水方案均是可行的，工程建成后均能滿足工程安全運(yùn)行的目標(biāo)。

方案一：輸水線路長(zhǎng)，單體引水隧洞短，隧洞埋深小，工程地質(zhì)條件較好，施工方法簡(jiǎn)單，施工條件好、不存在制約工程建設(shè)的工程地質(zhì)問(wèn)題和施工技術(shù)難點(diǎn)，工期相對(duì)短，投資比方案二、三少；本工程輸水管線在可向小蘇干湖應(yīng)急補(bǔ)水，減輕了調(diào)水對(duì)大、小蘇干湖生態(tài)的影響，同時(shí)輸水過(guò)程損失水量最少。其此，黨金山至黨河水庫(kù)間輸水線路71.65km，水頭差1982.9m，初估裝機(jī)容量為12.12萬(wàn)kV，蘊(yùn)藏電能4.97億kV·h，可通過(guò)水電開發(fā)等來(lái)增加工程運(yùn)行管理費(fèi)，有利于工程后期運(yùn)行管理等。

方案二：輸水線路短，建筑物型式單一，運(yùn)行管理方便，但引水隧洞單體長(zhǎng)度達(dá)32.6km，無(wú)布設(shè)施工支洞的條件；地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，隧洞穿越17條區(qū)域性斷層，地質(zhì)條件復(fù)雜，技術(shù)難點(diǎn)多，施工條件差，施工中不可預(yù)見(jiàn)的因素較多，施工工期相對(duì)長(zhǎng)，利用天然河道輸水水量損失大。

方案三介于方案一和方案二之間，存在著地質(zhì)條件復(fù)雜，技術(shù)難點(diǎn)較多、施工條件差等問(wèn)題，調(diào)水進(jìn)入黨河后均通過(guò)天然河道輸水，水量損失大。

三種方案輸水線路比較詳見(jiàn)表1。

表1 三種方案輸水線路比較

注：☆表示推薦。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上分析，引哈濟(jì)黨工程輸水線路長(zhǎng)，地形地質(zhì)條件復(fù)雜，調(diào)水區(qū)和受水區(qū)生態(tài)均較脆弱，施工難度大，工程投資大，但可通過(guò)選擇合理的線路和輸水方式來(lái)保證調(diào)水區(qū)和受水區(qū)的生態(tài)用水需求，同時(shí)，開發(fā)輸水過(guò)程蘊(yùn)藏著可開發(fā)利用的電能，為工程的后期長(zhǎng)期運(yùn)行提供資金保障，降低工程運(yùn)行成本。由此可見(jiàn)：對(duì)于長(zhǎng)距離跨流域調(diào)水工程線路選擇首要做到技術(shù)上經(jīng)濟(jì)可行、施工過(guò)程可控；輸水線路距各受水點(diǎn)近，減小輸水損失，降低對(duì)調(diào)水區(qū)的影響；其此，線路工程要投資小，工程施工和運(yùn)行管理?xiàng)l件好。目前，本工程項(xiàng)目建議書已通過(guò)水利部審查，線路選擇已得到肯定，對(duì)類似工程有借鑒作用。