引哈济党工程输水线路比选

李鹏科

(甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，甘肃 兰州 730000)

1 工程概况

引哈济党工程是从大哈尔腾河向党河调水的水利工程，是国家172项重大水利工程之一，是《敦煌水资源合理利用与生态保护综合规划》的核心工程。《综合规划》主要针对敦煌水资源开发利用和生态环境保护中存在的突出问题，研究提出了“内节外调统筹、西护北通并举，水源绿洲稳定、经济生态均衡”的总体规划布局。即在灌区实施全面节水的基础上，通过从大哈尔腾河跨流域适度调水到党河流域(即“引哈济党工程”)，缓解敦煌生活、生产和生态用水之间的矛盾，重点解决月牙泉和敦煌西湖国家级自然保护区的生态问题。

引哈济党是实现规划目标的控制性工程，是解决敦煌盆地地下水位下降的关键工程，是确保敦煌西湖国家级自然保护区不再继续恶化的重要工程之一，同时对敦煌市、阿克塞和肃北两个少数民族县的经济发展有极大的促进作用，特别是对党河流域的水资源可持续利用起着至关重要的作用。

引哈济党工程年调水规模为1.0亿m3，最大引水流量12.0m3/s。通过对三条输水线路(长线路、短线路和中线路)的设计方案比较，推荐选择了施工难度小、工期短、投资少，可向小苏干湖补水的长线路方案。工程主要包括取水枢纽和输水线路两部分，输水线路长196km，其中管道长101km，隧洞长31km，输水暗涵长38km，梯形明渠长26km，自然水头落差达2094m。

本工程为跨流域调水工程，具有输水线路长、地形地质条件复杂、自然条件恶劣、水头落差大等特点。工程建成后，将有效缓解敦煌盆地水资源严重缺乏的局面，对于敦煌生态综合治理具有重要意义。本工程为Ⅲ等工程，工程规模为中型。

2 输水线路选择

2.1 选线原则

首先确定输水线路的起点(取水枢纽)、终点(受水点)和线路中间的分水点，然后选择两条以上经济可行的输水线路进行比选，确定最优线路。选线原则：

(1)根据工程特点，线路选择应考虑到技术先进可行、运行安全可靠、造价经济合理。

(2)输水线路应力求顺直，线路短、减少工程建设用地、保证输水顺畅。

(3)输水线路尽量结合现有或规划道路布设，方便工程施工及运行管理。

2.2 取水点、受水点确定

本工程调水区为大哈尔腾河，大哈尔腾河发源于甘、青交界的野牛脊山及奥果吐乌兰山，该河流属于冰川融水补给型，河水沿程逐渐增加，河川径流以地表径流形式为主。河流出山后进入开阔的戈壁滩，地表径流全部渗入地下形成潜流，最终汇集至大小苏干湖。根据大哈尔腾河径流和地形地质条件，取水枢纽只能选在大哈尔腾河骆驼脖子(出山口)以上。根据地形地质条件及线路最短原则，取水枢纽均选在大哈尔腾河骆驼脖子上游约3.2km处。

本工程主要解决敦煌月牙泉及西湖国家自然保护区的生态用水和阿克塞县城生活生产用水，根据受水区用水需求、水利工程现状及规划，确定敦煌月牙泉及西湖国家自然保护区的生态用水的受水点为党河水库，阿克塞县城生活生产用水的受水点为阿克塞县调蓄水池。

2.3 输水线路初拟

党河南山位于党河与大哈尔腾河之间，是党河流域和大哈勒腾河流域的分水岭，工程区横跨党河南山。党河南山西以当金山口与阿尔金山脉分界，东到哈拉湖西南，长250km，宽一般20～30km。山脊多在4000m以上，少数地段在5000m以上，最高峰位于古尔班保，海拔5620m，4800m以上的山峰一般发育有现代冰川。党河南山以南为山前洪积扇，党河南山以北为山前洪积扇、风积沙和缓倾戈壁平原，其中穿越党河南山段输水线路的选择决定着本工程的施工难度、工程投资和工期等，是整个工程的成功与否的关键。

根据选线原则及党河南山的地形条件，初拟三条线路，具体线路如图1所示。

2.3.1 方案一

从取水枢纽引水后，输水线路沿大哈尔腾河右岸Ⅰ、Ⅱ级阶地及河漫滩(党河南山南麓)布设，从党河南山山峰较低区穿越党河南山，沿党河南山北麓山前洪积扇及缓倾戈壁平原区引水到党河水库，线路总长196.237km，主要建筑物有输水管道、隧洞、明渠、暗涵等。其中：输水管总长101.2Km，隧洞26条，总长31.181km，输水暗涵总长37.76km，明渠26.096km。

线路起点进水口地面高程3524m，线路终点党河水库库尾地面高程1428m，落差2096m。党河南山以南段长约73.9km，地面高程3524～3446m，落差78m；党河南山以北段长约58.9km，地面高程2850～1428m，落差1422m。输水线路纵断面图如图2所示。

优点：党河南山以南和以北地势开阔，地质条件简单，有利于输水管线的布设和施工；党河南山段，可通过输水隧洞群穿越，单条输水洞较短，最大洞长7km，最大埋深343m，可用常规钻爆法施工，施工简单；地质岩性多为志留系下统各岩性，地质断层少，地质条件较好，隧洞距G215公路较近，施工条件好，施工难度小；输水管距小苏干湖的最短距离约20km，湖面水面高程2808m，较输水管段地面高程低500m左右，在特别干旱年份或其它紧急情况下，可利用输水管向小苏干湖直接输水，有助小苏干湖的生态保护；输水管距阿克塞县调蓄水池近，输水支管短；输水管直接输水到党河水库，总的输水损失约588万m3，输水损失小。

缺点：输水线路长，建筑物型式多；线路局部段行洪沟道发育，山洪对管线存在一定威胁，运行管理费用高。

2.3.2 方案二

从取水枢纽引水后，输水线路沿大哈尔腾河漫滩、右岸Ⅰ～Ⅱ阶地、党河南山以南山前断陷盆地布设，穿过党河南山主峰，再沿大红沟调水至党河干流，利用大红沟输水12.86km，然后利用党河自然河道输水至党河水库，利用河道输水185km；在党河上修建取水口，再通过专用输水线路输水至阿克塞调蓄水池。

图1 引哈济党工程输水线路布置示意图

图2 方案一输水线路纵断面图

线路自南向北穿越穿越党河南山祁连山复杂褶皱带，起点进水口地面高程3524m，终点党河河岸地面高程3160m，落差364m。输水线路总长46.3km，其中山前无压暗涵段长0.87km；山后无压暗涵段长12.8km；输水隧洞总长32.6km，其中土质隧洞长6.1km；岩质隧洞长26.5km。

进口暗涵段主要为洪积碎石砂砾；输水隧洞段地层岩性繁多，岩质软硬不一，从硬质岩～软质岩均有分布，地层时代从N1～O1共9个地层单位；隧洞段地质岩性有：钙质砂岩、石英砂岩、砾岩夹泥岩、砂岩夹砾岩等；出口暗涵段主要为冲洪积含孤漂石砂卵砾石，次为沼泽盐碱沉积的亚砂土、亚粘土及淤泥。输水线路纵断面图如图3所示。

图3 方案二输水线路纵断面图

优点：输水线路短，仅为方案一线路的23.6%；建筑物形式少，只有输水隧洞和暗涵；工程后期运行管理方便，运行管理费用低。

缺点：在党河南山与大哈尔腾河之间存在一个第四系山前断陷储水构造带，土质隧洞穿越党河南山山前断陷储水构造带，地下水稳定水位埋深在33.5～47.48m，土质隧洞埋深21～207m，长6.1km，成洞难度大，洞室土体极不稳定，极易塌方，甚至冒顶，需采用盾构法施工，施工竖井深达200，施工困难；岩质隧洞穿过构造挤压强烈隆起的党河南山主峰，地质构造线密集，地层岩性繁多，岩石软硬不一，从硬质岩～软质岩均有分布，且穿越18条区域断层，其中4条为区域性活断层，对TBM施工影响较大；洞长达26.5km，无设置施工支洞的条件，施工难度大，需2台TBM同时掘进施工；隧洞进出口均无道路，海拨高，施工条件差；需修阿克塞县输水支管线和取水渠首，输水支管长60.2km；大红沟至党河段利用沟道和河道输水，总的输水损失约2179万m3，输水损失量太大。

2.3.3 方案三

从取水枢纽引水后，输水线路沿大哈尔腾河右岸Ⅰ、Ⅱ级阶地及河漫滩(党河南山南麓)布设，走向自东南向西北穿行于党河南山戈壁前缘，至55.97km处(与方案一线路交汇处)转至由南向北穿越党河南山分水岭至清水沟，利用清水沟输水20km，然后利用党河自然河道输水至党河水库，利用河道输100km；在党河上修建取水口，再通过专用输水线路输水至阿克塞调蓄水池。

图4 方案三输水线路纵断面图

该方案输水线路总长104.438km，总落差984m，主要建筑物有管道、隧洞和暗涵。其中：埋管长56.341Km，隧洞长26.21km，暗涵长21.887km。

输水线路党河南山以南段地层岩性与方案一相同，地形地质条件好；穿越党河南山的输水隧洞段以变质岩类为主，岩质坚硬，属硬质岩类，岩性较单一。输水线路纵断面图如图4所示。

优点：输水线路较短，仅为方案一线路长度的63%；党河南山以南地势开阔平坦，地质条件简单，有利于输水管线的布设和施工；穿越党河南山段，隧洞段变质岩类为主，岩质坚硬，岩性较单一。

缺点：局部段线路行洪沟道发育，山洪对管线存在一定威胁，运行管理费用高；隧洞段地质构造复杂，断裂发育，洞线穿越4条区域断层，地质条件差；输水隧洞长，无布设施工支洞条件，施工难度大，需两台TBM同进掘进施工；隧洞进出口均无道路，海拨高，施工条件差；需修阿克塞县输水支管线和取水渠首，输水支管长60.2km；清水沟至党河段利用沟道或河道输水，总输水损失约1950万m3，输水损失量大。

3 输水线路方案比选

从工程地质条件、工程布置、施工条件、工程占地、水力及输水安全、运行管理及建设协调、阿克塞专用输水线路问题、技术难度、水量损失及其他条件、投资估算等方面进行综合性比较，三条输水方案均是可行的，工程建成后均能满足工程安全运行的目标。

方案一：输水线路长，单体引水隧洞短，隧洞埋深小，工程地质条件较好，施工方法简单，施工条件好、不存在制约工程建设的工程地质问题和施工技术难点，工期相对短，投资比方案二、三少；本工程输水管线在可向小苏干湖应急补水，减轻了调水对大、小苏干湖生态的影响，同时输水过程损失水量最少。其此，党金山至党河水库间输水线路71.65km，水头差1982.9m，初估装机容量为12.12万kV，蕴藏电能4.97亿kV·h，可通过水电开发等来增加工程运行管理费，有利于工程后期运行管理等。

方案二：输水线路短，建筑物型式单一，运行管理方便，但引水隧洞单体长度达32.6km，无布设施工支洞的条件；地质构造复杂，隧洞穿越17条区域性断层，地质条件复杂，技术难点多，施工条件差，施工中不可预见的因素较多，施工工期相对长，利用天然河道输水水量损失大。

方案三介于方案一和方案二之间，存在着地质条件复杂，技术难点较多、施工条件差等问题，调水进入党河后均通过天然河道输水，水量损失大。

三种方案输水线路比较详见表1。

表1 三种方案输水线路比较

注：☆表示推荐。

4 结语

综上分析，引哈济党工程输水线路长，地形地质条件复杂，调水区和受水区生态均较脆弱，施工难度大，工程投资大，但可通过选择合理的线路和输水方式来保证调水区和受水区的生态用水需求，同时，开发输水过程蕴藏着可开发利用的电能，为工程的后期长期运行提供资金保障，降低工程运行成本。由此可见：对于长距离跨流域调水工程线路选择首要做到技术上经济可行、施工过程可控；输水线路距各受水点近，减小输水损失，降低对调水区的影响；其此，线路工程要投资小，工程施工和运行管理条件好。目前，本工程项目建议书已通过水利部审查，线路选择已得到肯定，对类似工程有借鉴作用。