西范灌区东扩工程设计特点

李效勤

(山西省水利水电勘测设计研究院)

1 工程基本情况

西范灌区东扩工程位于山西省运城市西北部，地处峨眉构造台地—黄土台塬沟壑区，是为了充分利用拟建的禹门口一级站改扩建工程和汾河清水复流北赵连接段工程提引、输送黄河水源，从而有效解决万荣、闻喜、稷山、新绛等4 县农业灌溉问题，并积极改善原西范灌区及汾南灌区的灌溉条件拟兴建的大型扬水灌溉工程。原西范灌区水源泵站位于万荣县，从汾河提水，是一座高扬程多级提水灌溉泵站，建于20 世纪70年代，设计灌溉面积1.79 万hm2。进入80年代后，由于汾河经常断流且水质较差，泵站难以发挥作用，灌区本身及以东涉及的万荣、闻喜、新绛、稷山等4 县以及汾南灌区的大量耕地因干旱缺水，只能靠天吃饭。经调查了解，项目区所属的汾河下游及涑水河流域多年平均水资源开发利用程度已达112.7%及157.8%，水资源的过度开发导致本地水源已无力解决农业灌溉严重缺水的现实问题，因而从本流域外调水迫在眉睫。

禹门口一级站改扩建工程位于山西省河津市，从黄河干流提水。该工程的主要任务是解决北赵灌区、原西范灌区及西范东扩灌区的水源问题，向原西范灌区及西范东扩灌区年供水量为1.52 亿m3，供水流量为13.8 m3/s。山西省发改委以晋发改农经发［2012］452 号文批复了该项目的可行性研究报告。

根据禹门口一级站改扩建工程给西范东扩灌区分配的水量，综合考虑工程区的地形地貌以及适宜灌溉耕地的分布特点，设计中提出了“四级泵站加压，三级主干渠输水”的总体布置方案，累计地形扬程398.4 m，泵站压力管线总长5.72 km，三级主干渠道总长45.01 km。工程建成后，可新发展灌溉面积1.55 万hm2，其中万荣县城东0.40 万hm2，汾南灌区南部0.25 万hm2，闻喜北垣0.73 万hm2，新绛阳王0.17 万hm2;恢复原西范灌区灌溉面积0.79万hm2;改善灌溉面积1.77 万hm2，其中原西范灌区1 万hm2，汾南灌区0.77 万hm2。通过以上总体规划布局，合理地解决了项目区因干旱缺水导致农业经济发展受到严重影响的问题。

2 设计基本要求

西范灌区东扩工程提水扬程较高，线路长，建筑物多，受益范围广，有新旧渠线及新旧建筑物的结合改造问题，同时有新增渠线及新增建筑物的优化设计问题，还有泵站扬程及水泵运行效率等问题，因此，必须综合考虑，全面分析比较，才能优选出合理的设计方案。为此，在设计过程中除执行了相关规程规范外，还执行了以下基本要求:①以满足当地农业灌溉规模化可持续发展为目标，合理确定项目区灌溉面积;②充分利用原有渠线布局，结合工程沿线地形地质条件，优选工程渠线布置并优化渠道断面，以减少占地;③以提高各级泵站水泵运行效率为手段，合理确定泵站扬程，从而降低工程运行成本;④以满足各级各类建筑物安全运行为条件，合理进行建筑物设计;⑤充分应用信息化控制手段，大力提升灌区管理水平。

3 工程设计特点

3.1 为大型灌区的规模化可持续发展创造了条件

西范灌区东扩工程建成后，不仅可恢复原西范灌区灌溉面积0.79 万hm2，改善原西范灌区及汾南灌区灌溉面积1.77 万hm2，而且新发展了万荣、闻喜、稷山、新绛等4 县灌溉面积1.56 万hm2，合计灌溉面积可达4.12 万hm2，具备了大型灌区的条件，可为当地农业经济的规模化可持续发展奠定基础。

3.2 “四级泵站加压，三级总干渠输水”的布局实现了方案的总体优化

综合考虑缺水地区的地形地貌以及适宜灌溉耕地的分布情况，经对渠道输水方案及管渠结合输水方案进行反复比较，提出了“四级泵站加压，三级主干输水”的总体布局方案，从而实现了最优选择。该方案累计地形扬程398.4 m，泵站压力管线总长5.72 km，输水干渠总长45.01 km。

3.2.1 “四级加压泵站”各站的布置

(1)东扩一级泵站。位于万荣县裴庄乡西范村汾河岸边的原西范泵站一级站站址上，主要向原西范一级站控制的南干渠、原西范二级站以及东扩二级站供水，控制灌溉面积4.12 万hm2，设计流量13.8 m3/s。共布置 8 台机组，总装机容量30 100 kW。

(2)东扩二级泵站。拟布置于原西范灌区二级泵站处，控制灌溉面积2.33 万hm2，设计流量7.8 m3/s，共布置4 台机组，总装机容量5 000 kW。仁和泵站(支线泵站)位于稷山县翟店镇仁和村东约500 m 处，自二级站—坞堆站总干渠QⅡ23 +580处引水，厂外地坪533.40 m，共布置4 台机组，总装机容量4 000 kW。4 台机组均向万荣城东供水，控制灌溉面积0.40 万hm2，流量1.35 m3/s。

(3)东扩三级泵站(坞堆泵站)。位于稷山县太阳乡坞堆村西，二级站—坞堆站总干渠末端，控制灌溉面积1.03 万hm2，设计流量3.46 m3/s。共布置5台机组，总装机容量1 104 kW。1#、2#、3#机组向闻喜、新绛方向供水，控制灌溉面积0.94 万hm2，设计流量3.14 m3/s;4#、5#机组向汾南灌区南部供水，控制灌溉面积0.10 万hm2，设计流量0.32 m3/s。

(4)东扩四级泵站(南池泵站)。位于新绛县阳王镇南池村北，坞堆站—南池站总干渠末端，共布置8 台机组，总装机容量8 960 kW。8 台机组均向闻喜北垣供水，控制灌溉面积0.73 万hm2，设计流量2.46 m3/s。

3.2.2 三级总干渠输水布置

输水总干渠共分三级，分别为:东扩一级泵站—东扩二级泵站总干渠，东扩二级泵站—东扩三级泵站(坞堆泵站)总干渠，东扩三级泵站(坞堆泵站)—东扩四级泵站(南池泵站)总干渠。

东扩一级泵站—东扩二级泵站总干渠，从东扩一级泵站出水池起，到东扩二级泵站前池止，全长7 850 m，渠道设计流量7.8 m3/s，采用弧形底梯形渠断面。

东扩二级泵站—东扩三级泵站(坞堆泵站)总干渠，从东扩二级泵站出水池起，到东扩三级泵站(坞堆泵站)前池止，全长27 300 m，设计流量7.8 m3/s，采用弧形底梯形渠断面。该段线路在仁和村东约500 m 处(渠道桩号QⅡ23 +580)设支渠给万荣县城东灌溉片分水，分水流量为1.35 m3/s。渠道分水后，总干线继续向东，流量为6.45 m3/s，在太阳乡坞堆村西设置分水口，给汾南灌区分水，分水流量为2.59 m3/s。之后，渠道南拐，水流进入东扩三级泵站(坞堆泵站)前池。

东扩三级泵站(坞堆泵站)—东扩四级泵站(南池泵站)总干渠，从东扩三级泵站(坞堆泵站)出水池起，到东扩四级泵站(南池泵站)前池止，全长9 860 m，设计流量3.14 m3/s。总干线在新绛县阳王镇南池村向北设支渠给新绛阳王0.17 万hm2耕地分水，分水流量为0.56 m3/s。之后，总干线在南池村设东扩四级泵站(南池泵站)加压，流量2.46 m3/s，给闻喜北垣0.73 万hm2耕地供水。

3.3 优选了渠道过水断面

对于输水总干渠，由于渠道断面较大，大型U型渠道在我省应用还不多见，经对比论证，渠道断面采用了弧形底梯形渠。其主要理由:弧形底梯形渠适应冻胀变形的能力强，水力条件好，流速分布均匀，易挟沙可减少渠道淤积，占地少并可减少投资。对于各灌溉片区的分干渠，由于渠道断面较小，故对新建的渠道采用了U 型渠断面。显而易见，U 型渠具有弧形底梯形渠断面的所有优点，且工程占地更小，更加经济合理。

3.4 实现了一级泵站泵改机组与东扩机组的优化组合

西范泵站更新改造工程一级站更新改造共设6台机组，“一”字型布置，单机设计流量1.2 m3/s，共7.2 m3/s。本次西范灌区东扩工程结合泵站改造总设计流量为13.8 m3/s，要求在原一级泵站改造的厂房内布置所有机组，且泵站更新改造6 台机组设备及3 根DN1 400 mm 出水压力管道不变。

经方案比较，确定布置方案为:将一级站更新改造6 台机组的水泵叶轮更换，使每台水泵单机流量由1.2 m3/s 增加到1.5 m3/s(流量1.2 m3/s 的水泵和流量1.5 m3/s 的水泵结构上是相同的，泵轴的设计也是相同的，所以更换叶轮很方便)，共9.0 m3/s，每3 台机共用一根DN1 400 mm 出水压力管道。然后，再在泵站改造机组中间新增2 台机组，单机设计流量2.4 m3/s，共4.8 m3/s。这2 台机组共用一根DN1 400 mm 出水压力管道。东扩新增机组与泵站改造机组共8 台呈“一”字型布置，总流量达13.8 m3/s，从而实现了一级泵站泵改机组与东扩机组的优化组合。

3.5 合理利用了原有渠道及渠系建筑物

设计中将原西范灌区一级总干渠7.6 km 梯形渠道及渠系建筑物加以科学合理的改造，使其过流能力由5.4 m3/s 增加到13.8 m3/s，从而减少了占地，节省了投资，且方便了管理。

3.6 工程总干线采用了自动化统一输水调度系统

为实现灌区工程安全稳定输水，保证全线各种机电设备和水工建筑物的安全、经济运行，设计对沿线各泵站进行统一调度。为此，在总干线设立了自动化统一输水调度系统，调度中心设在万荣县西范扬水工程管理局。

3.7 因地制宜地优化设计了各类建筑物

根据项目区地形地质条件，设计中因地制宜、客观实际地配套设置了渠系及管线各类建筑物，包括泵站、隧洞、倒虹、渡槽、跌水、涵洞、公路桥、农用桥、分水闸、节制闸、控制阀井、排气阀井、排水阀井、检查井等，其中，输水总干渠建筑物74 座，各灌溉片(区)干渠各类建筑物193 座，支渠各类建筑物494座。

4 结束语

西范灌区东扩工程是山西省“十二五”期间拟兴建的大型灌区工程，不仅能为万荣、闻喜、稷山、新绛等4 县干旱地区提供可靠的农业灌溉用水，而且可改善原西范灌区、汾南灌区的农业灌溉用水条件，对保障粮食安全，实现项目区农业经济又好又快发展具有十分重要的推动作用。