谭坪沿黄提水灌溉工程取水方案比选及水源工程设计

王 强

(山西省水利工程质量与安全监督站)

1 工程概况

谭坪沿黄提水灌溉工程位于乡宁县城西部约45 km处，取水水源为黄河河床地下水。将黄河水经泵站加压后提到驮涧、谭坪及神底出水池，再通过自流向枣岭乡的掷沙、侯家庄、瓦渠、湾里、乔眼等24个村及1 633.33 hm2耕地供水。

工程由提水工程和灌溉工程两部分组成，其中提水工程包括渗水洞、透水井、取水泵站、一级泵站、二级泵站及引水管道等建筑物;灌溉工程包括干管、支管及田间配套工程。

取水泵站设计流量0.54 m3/s，装机4台，地形扬程42.7 m。一级泵站设计流量0.54 m3/s，装机4台，地形扬程514.3m;二级泵站设计流量0.36 m3/s，装机4台，地形扬程分别为92 m和199.5 m。

本工程属中型水利工程，工程等别为Ⅲ等，主要建筑物泵站、引水管道为3级，相应标准为30 a一遇洪水设计，100 a一遇洪水校核。建筑物按Ⅶ度地震设防。

2 灌溉制度及引水流量

工程用水对象为农业灌溉，用水量依据灌溉制度计算得出，灌溉设计保证率取75%。

农作物种植比例以现状种植比例为依据，并考虑地方经济发展方向进行适当调整。确定的作物种植比例为:苹果38%，小麦46%，玉米16%。

根据计算所得灌溉净定额，并结合灌区的实际情况、农民的灌溉经验以及规划所采取的相应的田间节水措施等，制定灌区灌溉制度如表1。

表1 灌溉制度

根据本工程灌溉供水区最大灌水率0.000 261 m3/s·hm2及电灌站供水区灌溉面积1 633.33 hm2，灌溉水利用系数按0.8考虑，确定本工程最大引水流量为0.54 m3/s。

3 取水工程方案比选

根据当地取水经验、地形条件及泥沙情况，取水工程选择两个方案进行比较，即打透水井取水和直接从黄河取水。

3.1 方案设计

3.1.1 方案一:直接从黄河取水

取水口位于黄河左岸距小滩约200 m。设水中固定式取水泵站直接从黄河提水，经取水级泵站提水后，通过60 m长的压力管道进入80 m长沉沙澄清池，沉沙后进入一级提水泵站进水池，经一级加压泵站、二级加压泵站、压力钢管至各个出水池。

3.1.2 方案二:透水井取水

透水井位于黄河左岸小滩，井径6.0 m，井深58.2 m，在井下部砂岩层设565.4 m长渗水隧洞(主洞365.4 m，支洞 200 m)，隧洞为城门洞形，宽2.0 m，高2.5 m，洞顶设渗水孔通至砂卵石层。将河床地下水通过渗水洞引入透水井，经透水井内水泵提水后，进入一级提水泵站进水池，一级泵站及以后提水工程布置与直接从黄河取水方案一致。

3.2 方案比较

方案一:泵站及取水口建在河岸，洪水、泥沙对建筑物的影响更加直接，以河水直接作为泵站的进水池，需要适应河道水位变化，从而加大了泵站的建设成本。另外，取水口位于黄河北干流下段，而长达700 km的北干流是黄河泥沙的主要来源，2006年和2007年的年内最高含沙率分别达125 kg/m3和192 kg/m3，因此需要设沉沙池解决泥沙问题，运行时需考虑排沙清沙。

方案二:直接采用井泵提水，虽然扬程较大，但泵站建筑物建在小滩，不会受到洪水、泥沙的影响。而且透水井内水为河床地下水，不存在泥沙问题，运行管理方便。但透水洞进口较深，施工出渣困难，洞内打排水孔，存在施工安全问题。

两方案机电设备、金属结构及建筑工程造价比较见表2。

表2 取水方案技术经济指标比较表

3.3 方案推荐

由方案比较可以看出，方案一受黄河洪水、泥水影响较大，方案二施工难度较大，但运行管理方便，投资较方案一少。综合比较选择方案二—透水井取水为推荐方案。

4 水源工程设计

4.1 渗水洞设计

渗水洞总长565.4 m，设2条主洞和4条支洞。其中，1#主洞平行于河流方向布置，长200 m;2#主洞连接1#主洞与透水井，与1#主洞成72.5°夹角，长165.4 m;4条支洞均垂直于2#主洞布置，位于主河床侧，间距50 m，每条长50 m。

主洞、支洞均为城门洞形，宽2.0 m，高2.5 m。底坡主洞1/200，支洞1/100，支洞坡向1#主洞，1#主洞坡向2#主洞，2#主洞坡向透水井。

渗水洞所在地层为二叠系上统石千峰组(P2sh)砂岩夹薄层泥岩，砂岩岩性坚硬，软化系数大，洞室稳定性较好，围岩类别Ⅲ类，渗水洞原则考虑不衬砌。但考虑到支洞与主洞相交处可能出现应力集中，所以对交叉洞段进行衬砌，每个交叉处主洞衬砌长8.0 m，支洞衬砌长4.0 m，采用厚400 mm的C20钢筋混凝土衬砌结构。

渗水洞通过渗水孔将河床地下水引入透水井，1#主洞洞顶设渗水孔20个，孔距10 m，孔深41 m，其中砂卵砾石层深13 m，滤水钢管直径425 mm;基岩为泥岩、砂岩，深28 m，滤水钢管直径273 mm。支洞及2#主洞靠河床侧布设渗水孔，渗水孔间距2 m，深35 m，岩性为砂岩、泥岩，孔径100 mm。

4.2 透水井设计

透水井位于2#渗水主洞的末端、小滩沿黄公路桥左侧，圆形断面，内径6.0 m，井深58.2 m，井底高程345.0 m，井顶高程403.2 m，高程360.0 m以上为泥岩及卵石混合土，为防止塌孔，采用厚0.8 m钢筋混凝土衬砌;高程360 m以下为砂岩层，井壁不衬砌，以便裂隙水渗入井内。

为将南侧的沟内溪水引入透水井，在高程396.0 m处留0.4 m×0.4 m渗水暗渠连通透水井和其南边的溪流，渠内填砂砾石反滤料。

5 结论

乡宁县谭坪沿黄提水灌溉工程合理利用黄河水解决灌区干旱缺水的现状是迫切需要的。通过取水方案比较，选择了经济、合理的取水方案，设计了可靠、优质的水源工程，从源头上保证了工程使用寿命，提高了工程效益，为工程实施奠定了坚实基础。