引汉济渭二期工程配水枢纽工程设计

王 刚，周 伟，陆 丽

（陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 西安 710001）

1 工程概况

陕西省引汉济渭工程是我国“十三五规划”的172 项重大水利工程之一，是陕西省规模最大、影响最为深远的战略性、基础性和全局性水资源配置工程[1]。引汉济渭工程为Ⅰ等大（1）型工程，由调水工程和输配水工程两部分组成，调水工程是在调水区汉江干流和支流子午河上分别修建水源工程黄金峡水利枢纽和三河口水利枢纽，通过穿越秦岭山脉的输水隧洞调水至关中周至县境内的黄池沟，实现将丰沛的汉江水调入关中[2]；输配水工程是将调入水量配送至关中的21 个受水对象，2025 水平年多年平均调水量为10 亿m3，2030 水平年为15 亿 m3。

引汉济渭二期工程是输配水工程的骨干干线工程，自黄池沟起，布设南、北两大输水干线系统，分别向渭河南、北两大片区供水，南干线至西安灞桥区灞河分水口，北干线至西咸新区泾河新城分水口，南、北干线始端设计流量分别为47 m3/s、30 m3/s。

调水工程末点秦岭隧洞出口黄池沟内不具备建库条件，需在秦岭隧洞出口处黄池沟附近布置配水枢纽，以满足引汉济渭工程干线输配水和安全运行，以及在事故情况下将黑河金盆水库作为事故水源补充的要求。配水枢纽是调水工程和输配水工程的连接中枢，分水流量＞50 m3/s，年供水量＞10 亿m3，主要建筑物级别为1 级，边坡级别为1 级，次要建筑物级别为3 级。

2 工程选址

根据输配水工程干线总体布局，以及配水枢纽功能要求，结合区域地形、地质条件，按照水面衔接、水量配置的综合使用要求，选择了黄池沟、马岔沟两处场址进行比选，场址平面位置见图1。

图1 配水枢纽场址平面示意图

2.1 黄池沟场址方案

配水枢纽位于周至县马召镇黄池沟内，距离峪口约0.8 km。根据配水枢纽具有承接秦岭隧洞和黑河连接洞来水、向输水干线配水、事故情况下溢流以及放空检修的使用功能要求（“两进、两出、一放空、一溢流”），确定其主要建筑物为分水池、黄池沟泄洪设施、池周进出水闸（南干线进水闸、北干线进水闸、秦岭隧洞出水闸）及黑河连接洞等。

2.2 马岔沟场址方案

马岔沟场址位于周至县马召镇东坪村马岔沟沟口左岸，省道S104 北侧约350 m，场地地面高程512 m，该处地形平坦、开阔，马岔沟场址方案主要建筑物为黄池沟渡槽、秦岭输水隧洞延伸段、分水池、池周进出水闸、黑河连接洞等。

2.3 方案比较

两处配水枢纽布置方案综合对比见表1。从地形地质条件、工程布置、占地、工程造价及运行管理等方面进行综合比较分析，黄池沟场址方案具有总体布置合理、征地方案易行、投资少、管理运行科学方便等优点，因此配水枢纽选择黄池沟场址方案。

表1 黄池沟、马岔沟配水枢纽综合比较表

3 建筑物选型

合理的分水池型式是配水枢纽整体水流过渡平稳、配水准确、运用灵活的前提，结合黄池沟地形条件，经多种方案比选确定为开敞式分水池方案，见图2。

分水池采用矩形池体，分水池左侧设溢流侧堰；池体下游底板处布置放空设施，采用压力管道；排洪设施采用在池体底部设置3 孔6 m×4 m 无压箱涵；池周秦岭隧洞出水闸位于分水池左侧，南北干线进水闸位于分水池右侧，均采用开敞式布置；黑河连接洞从分水池左侧进水，采用压力流输水方式，隧洞断面选用圆形，洞径3.5 m。

图2 分水池平面布置图

4 建筑物设计

黄池沟配水枢纽建筑物布置见图3。

图3 黄池沟配水枢纽工程布置图

4.1 分水池设计

配水枢纽分水池包括池体、溢流设施、放空管3 部分。

4.1.1 池体

分水池的作用是稳流及水力过渡和向南北干线分水，无调蓄要求，依据规范要求并结合黄池沟地形条件，经水力过渡分析，分水池按300 s 控制确定容积，池长105 m，池宽35 m，池顶高程为518.4 m，池深8.46 m～10.56 m，分水池采用钢筋砼结构，布置于泄洪箱涵上，运用期池内设计水位514.88 m；溢流堰过设计流量47 m3/s 时的池水位为516.20 m，池体周边设计地坪高程518 m。分水池壁采用扶壁式挡墙结构，每3.0 m 设0.5 m 厚肋板一道，池周布置环池道路。

4.1.2 溢流设施

在分水池左侧设溢流堰，堰面采用克- 奥Ⅰ型实用堰，堰顶高程515.00 m，两孔溢流，每孔净宽8 m。堰下泄水槽全长76.7 m，由侧槽段、调整段、陡坡泄槽段、消能段组成。调整段、陡坡泄槽段采用4.4 m×4.25 mC30 钢筋砼箱涵；泄槽末端接黄池沟泄洪箱涵消力池。

4.1.3 放空管

放空设施布置于分水池下游侧，全长35.5 m，由放空管、阀井组成，末端接溢流设施陡槽段。放空管采用DN1000 钢管，阀井采用现浇C30 钢筋砼矩形结构。

4.2 黄池沟泄洪设施

黄池沟泄洪设施由上游连接段、池底泄洪箱涵、出口消能段及下游沟道砌护4 部分构成。上游连接段连黄池沟渣坝泄洪洞出口消力池与排洪箱涵，长43 m，目前已建成，进行加盖封闭处理；池底泄洪箱涵总长178.2 m，已建成转弯段和平直段，为满足分水池布置要求需续建40 m 长3 孔4 m×6 m 钢筋砼箱涵延长段；出口消能段长50.0 m；下游沟道砌护长度260 m，至黑河供水工程黄池沟渡槽下游10 m 处。

4.3 池周进、出水闸

池周进出水闸包括秦岭隧洞出水闸、南干线及北干线进水闸。秦岭隧洞出水闸布置在分水池南侧上游处，闸室长6 m，宽6.5 m，底板高程510.0 m；南干线进水闸布置于分水池北侧上游处，连接分水池与南干线1#隧洞，进水闸室长9 m、宽5 m，进口底板高程510 m；北干线进水闸布置于分水池北侧下游处，进水闸连接分水池与北干线1#隧洞，进水闸室长9 m、宽5 m，进口底板高程508.32 m。

4.4 黑河连接洞

连接洞始长1174.3 m，始端接黑河水库引水洞，末端接入分水池，连接洞洞径与黑河引水洞相同，为3.5 m。在连接洞出口处控制阀室，控制阀为DN1800 调流调压阀，阀前后分别设检修蝶阀和偏心半球阀。连接洞的设计放水流量为18.0 m3/s。连接洞压力洞段纵向设计坡比为i=4‰，出口控制阀室管中心线高程511.00 m，出口入池涵洞底板高程为510.00 m。

4.5 边坡设计

工程区主要发育1 个滑坡（0#滑坡），位于黄池沟分水池右岸公路以上，南干线进水口上游，属浅层土石滑坡，现状稳定，极端天气下可能不稳。

1）滑坡处理：滑坡分布范围内表层滑坡堆积体进行清除处理，清坡范围内采用C25 混凝土拱格梁进行坡面支护。后期对削坡范围采用草皮护坡，同时做好坡体排水及坡面隔水措施。

2）开挖边坡：枢纽左岸黑河连接洞出口边坡进行清坡、开挖边坡，及喷锚支护，同时做好坡面排水措施；黄池沟下游沟道段沟道护坡采用浆砌石坡式护岸型式。按照河道自然岸坡砌护。

5 结语

引汉济渭二期工程配水枢纽是承接调水区来水，并向输水干线配水的关键枢纽工程，合理、可靠的设计方案是关系到引汉济渭二期工程正常运行，保证其下游供水安全的技术支撑，根据配水枢纽“两进、两出、一溢流”的使用功能要求，在设计过程中，通过从工程选址、选型、建筑物设计等方面对配水枢纽的设计方案进行了深入研究和比选，最终确定了场址合适、投资合理、设计可靠的技术方案，为二期工程的顺利实施奠定了坚实的基础。