沁阳市引丹入城引水工程规划设计探讨

郭乙霏 郭二旺

1.东北农业大学水利与土木工程学院 黑龙江 哈尔滨 150030 2.焦作市水利勘测设计院 河南 焦作 454003

正文：

1 工程概况

沁阳市引丹入城引水工程从庙岭坡电站退水渠友爱河五支渠分水口处引丹河水，向沁阳市区护城河及天鹅湖供水。输水管线采用有压重力流输水方式，管线起点为友爱河，终点为沁阳市中心天鹅湖，设计引水流量0.7m3/s，年引水量1051万m3。线路总长13km。管线先后穿越省道S306、S238、景明石河、逍遥石河、沁河等道路和河道。

2 水文气象

项目区属于暖温带大陆性季风气候，多年平均降水量532mm，多年平均蒸发量982mm。降水量年内分配不均，多集中于6-9月，占年降水量的67%。多年平均气温14.3℃，无霜期180d,多年平均年最大风速15m/s。

沁河发源于山西省沁源县太岳山南麓的二朗神沟，是黄河三门峡至花园口区间两大支流之一，流经山西省境内沁源、安泽、沁水、阳城、泽州县，穿太行山于河南省济源市五龙口山谷进入下游平原，经沁阳、博爱、温县、武陟四县市，于武陟县方陵村汇入黄河，河道全长485km，平均比降3.8‰，流域面积为13532km2。引丹入城引水工程于S308沁河桥上游约900m处穿越沁河。由于该断面位于沁北自然滞洪区范围内，河道右岸现状建有堤防，左岸为无堤河段，河道断面宽约1km左右，下游约2km、5km处分别有逍遥石河和丹河汇入。

丹河为沁河最大的支流，发源于山西省晋城市高平县北部丹株岭的玻璃山，流经泽州县，至河南省沁阳市的北金村汇入沁河，河长169km，流域面积3152km2，根据山路平水文站多年水文观测资料统计，1954～2016年多年平均年径流量2.0亿m3，径流较丰富，枯水期多年平均流量4.5m3/s。庙岭坡电站位于沁阳市东北部山王庄镇张坡村北，紧邻焦枝铁路，利用丹西灌区丰收渠引丹河水，利用友爱河泄水。

景明石河又名龙门河，全长30km，流域面积为120km2，河道比降4.5‰，于沁阳市北官庄屯汇入丹河。引丹入城引水工程于入丹河口上游约1km处穿越景明石河。

逍遥石河发源于山西泽州，全长35km，流域面积90km2，于沁阳市阳华缺口汇入沁河，引丹入城引水工程于入沁河口上游约1.2km处穿越逍遥石河。

北截排发源于沁阳市西北东向村，全长7.3km，流域面积为25.8km2，河道比降为0.5‰，于沁阳市北阳华汇入逍遥石河。引丹入城引水工程于入逍遥石河口上游约500m处穿越北截排。

3 水源论证分析

（1）沁河

沁阳城区现状通过水南关泵站引沁河水补充天鹅湖生态环境用水，年引水量120万m3，引水量不能满足沁阳市中心城区天鹅湖和护城河生态需水要求。

（2）丹河

对于2017年及2018年前三季度已经亏损的公司而言，卖资产扭亏显得更加迫切，九安医疗深谙其中的重要性。2017年、2018年1-9月九安医疗分别亏损1.66亿元和6097.92万元，四季度决定了公司明年是否会被披星戴帽。12月4日晚间公司发布更新公告称，拟将所持有的天津华来科技有限公司17%的股权全部转让给深圳市有孚创业投资企业(有限合伙)，转让价格为人民币1.07亿元。得益于此，公司预计2018年扭亏为盈，净利润为0-2000万元。

丹河是黄河一级支流沁河的支流，其流域面积80%在山西省，60年代以后上游山西省在丹河干支流上陆续兴建了3座中型水库、23座小Ⅰ型水库和56座小Ⅱ型水库，其中中型水库任庄水库控制流域面积1299km2。河南省境内已建青天河水库，青天河以上流域面积2513km2。青天河水库下游11km处拟规划建设九渡水库，九渡水库位于沁阳市与博爱市交界处，坝址位于沁阳市市区北约18km处，青天河水库至九渡水库坝址间流域面积510km2。九渡水库是以农业灌溉和城市供水为主，兼顾发电和生态功能，水库建成后，大部分的径流用于沁阳市工农业供水，只在汛期有部分下泄量，因下游受污染影响，水质较差。因此，无法从距离沁阳城区较近的丹河直接取水作为城区生态环境用水。

（3）中水

现状沁阳市有三座污水处理厂，总处理规模17万m3/d，污水处理后的中水主要回用于沁南工业园区用水。

（4）庙岭坡水电站退水

庙岭坡水电站利用丹西灌区丰收渠引水，汛期引水量3.0m3/s，引水时间60d，非汛期引水量1.0m3/s，引水时间305d。电站尾水直接排入友爱河，排水量与引水量相当，除了满足丹西灌区农业灌溉用水外还有大部分剩余水量。根据沁阳市环境监测站，友爱河水体水质达到地表水Ⅲ类标准，符合生态环境用水的要求。因此选用庙岭坡水电站退水作为沁阳市中心城区天鹅湖和护城河生态水源。

4 工程地质条件

该引水路线段属沁河冲积平原。地形整体呈北高南低，出露地层主要为填土第四系全新统、上更新统冲洪积形成的黏性土、砂类土及碎石等。

（1）根据区域地质资料，本工程区存在4条活动性断层，分别为盘古寺断层、盘古寺断层、常平断层束（地堑）、西小底断层及隐伏断裂F1，盘古寺断裂距离工程最近约500m，隐伏断裂F1从工程区穿过，可忽略发震错动对工程的影响。

（3）区内地下水类型主要为孔隙潜水。地下水主要接受河水、侧向径流和大气降水补给。孔隙潜水含水层主要为第四系全新统地层中，地下水位111.98～155.23m，排泄方式以人工抽取和蒸发为主。

（4）区内地下水对混凝土结构及钢筋混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性，场地土对混凝土结构及钢筋混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性，土对钢结构具中等腐蚀性。建议对管道采取相应的防腐处理措施。

（5）沁河穿越段入、出土点曲线段穿越层主要为粉土、粉质黏土、轻粉质黏土、重粉质黏土、粉砂、中砂、砾砂适宜穿越，但应充分考虑所夹的圆砾等透镜体对穿越施工的不利影响。

（6）管道进入城区后沿旧渠道铺设管道，该渠道内多为生活污水，水渠基础由水泥或砌石硬化处理，现渠底有0.5m淤泥类土，渠内多为生活污水。

5 工程规划设计

5.1 工程等级和标准

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）、《防洪标准》（GB50201-2014）等的规定，结合该工程设计引水流量，确定本工程等别为Ⅴ等，主要建筑物的级别为5级。穿越沁河堤防段防洪标准与沁河堤防50年一遇防洪标准一致。

5.2 工程总布置

工程管线范围内地势北高南低，高差约43m，北部地势较陡，高差大，南部地势平缓，高差小，输水方式选用有压重力流方式。

结合工程地形及地质情况，本工程由引水口、输水管线和穿越工程三部分组成。引水口位于友爱河五支渠节制闸上游附近，由引水渠和引水前池组成；输水管线从友爱河五支渠节制闸附近引水，沿五支渠西侧向南，穿越省道S306，在万南村东侧斜向西南方，在石庄村北侧穿越省道S238后向南，进入城区后沿老渠道输水至护城河，然后分为二部分，一部分流入护城河，一部分沿护城河向东铺设至天鹅湖西北角，线路总长13km。

5.4 引水口工程

引水口工程主要由引水渠、引水前池组成。引水口位于友爱河五支渠节制闸附近。引水渠采用矩形断面，钢筋混凝土结构形式，渠长5.0m，渠宽1.2m，渠底高程159.73～159.71m，渠道设钢筋混凝土预制盖板。为便于检修，在引水渠上布置检修闸，闸门净宽1.2m，闸底板高程159.72m，检修闸采用钢闸门，孔口尺寸1.2*1.8m，采用手动螺杆启闭机；引水渠前端设置拦污栅。引水前池布置于引水渠末端，采用钢筋混凝土矩形水池，调蓄量300m3，底板高程158.03m，池长13.9m，宽6.9m，高3.93m，池顶覆土厚0.5m。

5.5 输水管线工程

设计输水管道采用单管输水，采用钢管，其中桩号0+000～12+132管径DN800，引水流量0.7m3/s，在桩号12+132设置分水口，向天鹅湖及护城河供水，其中天鹅湖分支管长703m，管径DN500，设计引水流量0.37 m3/s，设计引水量259万m3；护城河分支管长10m，管径DN400，设计引水流量0.33m3/s，设计引水量792万m3。经关阀水锤计算，两支管均采用PN1.0MPa钢管。

管道附属设施及构筑物包括检修阀、放空阀、进排气阀、泄压阀、流量计等，结合地形地势，检修阀和进排气阀可结合布置。

5.6 穿越工程

输水管线先后穿越景明石河、北截排、逍遥石河、沁河，省道S306，S238及一些城镇道路和沟渠。管线穿越沁河采用水平定向钻方案，逍遥石河、北截排距离沁河较近，综合考虑，本次设计将沁河、逍遥石河、北截排一起采用水平向钻方案一次性穿过，穿越段起点桩号9+871，终点桩号11+451，穿越总长1580m。穿越景明石河时，非汛期流量较小，导流后直接下挖施工，施工完毕后按原河道断面形式恢复，其他沟渠直接开挖施工。穿越省道S306、S238时，为了不影响公路正常使用，采用顶管法施工；穿越团结路及城北路时，直接利用路下现状旧渠道；穿越城镇或乡村公路时，采用大开挖破路施工，待管道施工完毕后，按原路面结构进行恢复。

6 生态效益分析

引丹入城引水工程是沁阳市中心城区水系水生态文明建设的重要组成部分，工程建成后，一方面满足河湖等生态用水需求，另一方面形成良好的水景观效果，将更好的发挥中心城区水系生态环境价值，同时将会大大推动沁阳市城市发展、改善人居环境、促进生态健康、提升城市品位，实现水资源高效利用和有效保护，为沁阳市水生态文明的建设做出示范。