董利明

（大同市水务局，山西 大同 037000）

1 工程概述

天阳盆地位于河北、内蒙古、山西三省交汇地带，涉及阳高、天镇两县，盆地内较大的灌区主要有孤峰山灌区、黄黑水河灌区和兰玉堡扬水站，具有较好的土地、光热等自然条件，以发展种植业为主。近年来，由于干旱少雨，部分河流、水库逐渐干涸，区域内地表水资源不断减少。为了保证农作物不减产，灌区依靠抽取地下水进行灌溉，随着农业规模化发展，灌溉面积不断增大，农业灌溉用水逐年增加。与此同时县域经济飞速发展，生产生活用水需求也在不断加大，导致天阳盆地内地下水位持续下降，地下水超采区域不断扩大，生态问题日益凸显。

大同市天阳盆地地下水置换工程位于阳高县城南部，引水工程首部距阳高县县城约33km。工程规划利用桑干河流域晋冀省境边界的册田水库富余供水能力，在现有大同市册田灌区北干分灌区提水工程的基础上，通过工程措施连通桑干河流域及南洋河流域，从册田水库调引黄河水向天阳盆地供水，以缓解当地因地下水超采出现的水资源供需矛盾，起到涵养地下水源，修复当地生态环境的作用。

工程设计年调水0.3亿m3，以桑干河地表水置换天阳盆地井灌区灌溉面积0.96万hm2，其中：阳高县0.57万hm2，天镇县0.39万hm2，置换当地地下水3000万m3。洋河流域跨流域调入水最大应急规模为0.5亿m3，考虑天阳盆地井灌区面积较大，尚有井灌区面积可进行水源置换，故将西营出水池后设计引水流量为5.0m3/s，确保在南洋河流域发生特大干旱且桑干河流域水量较丰沛时，按照《山西省水资源全域化配置意见》，增大引水规模，置换井灌区总面积1.57万hm2，置换地下水量5000万m3，以缓解当地缺水问题。

2 方案比选

本工程利用册田灌区北干分灌区提水工程自册田水库取水，引水工程取水位置在现有的册田灌区北干分灌区提水工程末端的西营出水池。

2.1 影响线路选择的因素

线路选择及布置主要考虑以下几个因素：线路少占农田或尽量不占农田；线路应力求顺直，管线尽量沿道路定线；尽量避开滑坡、崩塌、沉陷、泥石流等工程地质不良地段、高地下水位地区、洪水淹没和冲刷地区以及人口稠密区；如受条件限制必须通过时，应采取可靠防护措施；隧洞为控制性工程，在条件允许的情况下力求最短。

2.2 方案拟定

引水工程取水位置选在现有的册田灌区北干分灌区提水工程末端的西营出水池；本工程任务是从册田水库调引黄河水3000万m3至地下水超采的天阳盆地，以置换当地地下水，因此将输水线路末端选择在天阳盆地白登河上游附近。引水工程取水位置及线路末端确定后，输水线路的走向基本确定，即自现有西营出水池取水，线路沿东南～西北走向，终止于天阳盆地白登河上游附近。

2.2.1 无压隧洞输水（方案一）

现状西营出水池设计水位1089.363m，白登河上游附近地面高程1095m～1080m，从线路地形高程上看有自流条件。故拟采用引水箱涵将水自西营出水池引至西营村村南的隧洞进口，之后沿西北方向布置隧洞，出口于贾峰村村西北的白登河上游附近，距贾峰村约0.8km，线路总长17.0km。本方案桩号0+000—0+350段为引水涵，长度0.35km；桩号0+350—17+000为无压隧洞段，长度16.65km，其中岩石洞长9.6km，土洞段长7.05m（包括长度0.3km输水箱涵），土洞在桩号10+970—14+900、15+200—17+000段（长度5.73km）位于地下水位以下，洞顶以上最大水头74m。在桩号14+900—15+200段洞线横穿石头沟，沟上游有孙家港水库和贾峰水库，穿沟处地面高程1087m—1090m，洞顶以上覆土深度0～3m，此段成洞困难，并且存在河道冲刷问题。详见表1。

表1 无压隧洞输水方案特性表

2.2.2 泵站加压与无压隧洞输水结合（方案二）

本工程中隧洞为控制性工程，在隧洞进出口地形条件及施工条件相对较好的情况下，尽量减少隧洞长度，以降低施工难度，缩短工期。本工程通过现有册田灌区北干分灌区提水工程自册田水库提水至西营出水池，地形扬程153.4m，考虑在地形、地质条件可行情况下，一期引水工程自西营出水池提水扬程不宜太大，两期总扬程不超过200m。

本方案在西营出水池西北侧布置西营加压泵站，泵站进水池设计水位1089.2m，地形扬程24.3m，设计流量5.0m3/s，泵站装机2240kW，通过西营泵站扬水至西营村西的隧洞进口，设计水位1113.5m，之后沿西北方向布置隧洞，经隧洞将水送入砖井村村西南的白登河上游的一条支沟（后沟），水顺后沟进入白登河上游，线路总长约13.63km。本方案加压泵站1座，桩号0-032.0—1+280.2为压力管线，长1.312km；桩号1+288—13+594为无压隧洞，长度12.31km，其中岩石洞长8.58km，土洞段长3.73km，土洞在桩号10+170—13+150（长度2.98km）位于地下水位以下，洞顶以上最大水头50m。详见表2。

2.3 比选要点

2.3.1 工程布置

方案一为全自流输水，方案二为泵站加压和隧洞输水结合方式，两方案输水方式不同，线路平面走向基本相同，线路纵方向（即高程）方案二比方案一高程抬高约24.3m。根据工程布置，方案一包括输水隧洞和涵洞，线路长17.0km，其中隧洞长16.65km；方案二包括加压泵站、输水隧洞，线路长13.63km，其中隧洞长12.31km。方案二比方案一隧洞长度缩短了4.34km，并且施工支洞的数量和长度也较方案一减少，因此方案二与方案一相比施工难度低，工期短。从工程布置方案来看，方案二优于方案一。

表2 泵站加压与无压隧洞输水结合方案特性表

表3 两方案工程投资对比表 单位：万元

2.3.2 地形地质条件

两方案岩石洞段地质情况基本相近。方案一地下水位以下土洞段长度7.03km，且洞顶以上最大水头74m；方案二地下水位以下土洞段长度2.98km，且洞顶以上最大水头约50m。两方案相比，方案二比方案一水下土洞长度短了两倍多，且外水水头比方案一也低，因此从地形、地质条件分析，方案二优于方案一。

2.3.3 运行管理

方案一为输水隧洞和涵洞自流输水，运行管理相对简单；方案二设加压泵站，相对系统调节较方案一复杂。从运行管理方面分析，方案一优于方案二。

2.3.4 工程投资

本工程等别Ⅲ等，依据《水利水电工程合理使用年限及耐久性设计规范》（SL654-2014），工程使用寿命50年，折算年限按50年，折现率采用4%。两方案工程直接费见表3，工程运行费现值见表4。

工程总费用现值为工程投资和工程运行费用现值之和。经计算，方案一为53727万元，方案二为44006万元，方案二比方案一节省9721万元。

3 结语

综上所述，经过从工程布置、地形、地质条件、运行管理、工程投资等方面综合进行比较，方案二优于方案一，故推荐泵站加压与无压隧洞输水结合方案。