禹门口一级站改扩建工程设计综述

晋文明

（山西水利职业技术学院，山西 运城 044004）

1 工程概况

禹门口一级站改扩建工程位于河津市境内，紧靠原禹门口一级站上游侧，距黄河禹门口峡谷出口80 m，距河津市区15 km。禹门口一级站改扩建工程的主要任务是解决运城市北赵灌区、西范灌区和西范东扩灌区的水源问题，同时和禹门口一级站统一调配水量兼顾向禹门口东扩和汾南灌区补水。该工程设计取水流量40 m3/s，装机容量8 000 kW，为中型泵站，工程等别为Ⅲ等，主要建筑物进水闸、厂房、出水压力洞和出水池为3级，次要建筑物为4级，临时建筑物为5级，出水池至北赵渠首输水渠根据《灌溉与排水工程设计规范》，渠道及建筑物级别为3级。

2 工程建设必要性分析

该工程供水区包括北赵灌区、西范灌区和西范东扩灌区，涉及万荣、临猗、闻喜、稷山和新绛5县，供水区主要以农业为主，包括52个乡镇、人口206万人、耕地24万hm2，是山西省重要的粮食生产基地。水资源贫乏导致了当地农作物产量低，农民收入受到很大影响，严重制约着当地经济的发展，因此，解决当地灌区的水源问题对增加当地农民收入、促进经济稳步发展、加强农田水利基础设施建设，具有十分重要的意义。供水区北为汾河、南为涑水河、西为黄河，汾河和涑水河常年断流，难以满足灌区的灌溉需水，而黄河水资源丰沛，成为解决灌区干旱缺水的可靠水源，因此有必要从黄河建站引水解决当地水源缺乏问题。

目前，供水区北边的汾河在灌区段已成为间歇性河流，灌溉期多有断流现象出现，水质较差，不能满足灌溉的需要，涑水河在1960年后下游已长年干枯，无水可取。万荣县西范灌区建站时，黄河顶托汾河，站前黄河水靠岸，但随着黄河、汾河护岸堵串工程的实施，只好从汾河提水，而汾河又常常断流，现主要依靠河滩深井供水，因水源不足，实灌面积只有0.29万hm2。

北赵引水工程20世纪90年代可研选择的庙前和大石嘴两个水源位置，现在均已脱流；2008年北赵灌区初步设计时将水源站再次向上移，选在黄河大堤2号丁坝处，该处距离禹门口仅720 m，但在枯水季节还是脱流，其原因是黄河出禹门口峡谷后，河道骤然加宽，主流摆动不定，要选择可靠的取水位置是很困难的，要想选择更为可靠的着流点，只有将站址位置上移至禹门口峡谷口以上，因此对禹门口一级站进行改扩建来增加供水能力是很有必要的。

3 工程规模

禹门口一级站改扩建工程主要是供北赵灌区15.06 m3/s、西范灌区和西范东扩灌区13.8 m3/s，输水损失流量5 m3/s，总计33.86 m3/s；年提水量2.90亿m3，其中北赵灌区1.38亿m3，西范灌区1.52亿m3。

考虑兼顾向禹门口灌区和汾南灌区补充水源及远期工农业发展，初步确定泵站设计流量40.0 m3/s。

泵站厂房30年一遇设计洪水位为387.52 m，校核洪水位389.38 m；泵站运行设计水位378.08 m，最低运行水位376.68 m。出水池水位满足向北赵供水，确定出水池设计水位387.00 m，设计扬程11.0 m，泵站装机8 000 kW。

4 工程布置

禹门口一级站改扩建工程与现禹门口一级站共用一个厂区，拆除现有的110 kV变电站，改建为110 kVGIS开关站。推荐方案站址位于现在一级站上游的北冲沟上游侧，黄河主河槽左岸；比较方案位于现在一级站上游北冲沟内，紧临现禹门口一级站。推荐方案与比较方案站址相距仅80 m，除压力隧洞长度和施工围堰布置不同外，其余布置均相同。

改扩建工程的主要建筑物包括进水闸、主厂房、副厂房、出水压力隧洞、出水池、向北赵渠首输水明渠和龙虎公路改线隧道。进水闸、主厂房和副厂房东西向整体布置在一起，顺河向长27.5 m，东西向总宽度27.2 m，高16.8 m。水泵出水管直接与压力出水隧洞连接，压力隧洞走向东南，穿铁路洞后拐向南，出洞后自108国道和禹门口一干渠下通过接出水池，推荐方案洞长351 m，比较方案洞长285 m，洞径均为4.5 m。出水池位于沉沙池附近的黄河滩地上，连接压力隧洞和矩形输水明渠；出水池出口接矩形明渠，明渠基本平行黄河大堤和禹门口沉沙池布置，长400 m；龙虎公路改线隧道北起煤检站，南至禹门口一级站围墙外，全长270 m。改扩建工程包括一级站扩建枢纽泵站1座、出水压力隧洞及压力钢管1条、出水池1座、出水池至北赵渠首连接渠道1条、龙虎公路改线公路1条和110 kVGIS开关站1座。

5 主要建筑物设计

5.1 进水闸

进水闸位于黄河岸边，紧临黄河主槽，轴线与主厂房轴线平行，闸室长8.0 m，总宽27.0 m，共设2孔进水闸，每孔宽6.5 m，边墩厚2.0 m，中墩宽2.0 m，闸底高程均为369.5 m，检修平台高程为384.0 m，工作平台为390.5 m。进水闸共设4道闸门槽，第一道为导冰排，悬挂在工作平台上拦挡流冰；第二道为拦沙叠梁门和主拦污栅槽，孔内设潜水式拦沙叠梁门和拦污栅，起到取表层水和防止柴草进入的目的，孔口宽6.5 m，高15.0 m；第三道为拦沙叠梁门和副拦污栅槽，孔口宽6.5 m，高14.0 m；第四道为进水池及流道检修门，闸孔宽6.5 m，高5.0 m。导冰排、拦污栅、叠梁门和流道检修门的启闭操作均由设置在390.5 m高程的工作平台的门式启重机完成。

5.2 主厂房

主厂房布置在进水闸后，其轴线与进水闸轴线平行，主厂房地坪高程390.5 m，最低取水位376.68 m，为地下式厂房，采用湿室型钢筋混凝土筏片式基础，主厂房长27.5 m，宽12.0 m，高40.8 m，共布置5跨，每跨长5.5 m。厂房共分5层：第1层为进水池和集水廊道层，第2层是水泵层，第3层为电机层，第4层为过渡层，第5层为安装间层。

5.3 副厂房

副厂房布置在主厂房下游测，其轴线与主厂房轴线平行，为减少开挖工程量，布置时将副厂房分3层布置。第1层底板高程385.50 m，布置有站用变压器室、软启动室及电容器室；第2层底板高程390.50 m，布置有中控室、低压配电室及高压开关室；第3层布置值班室，平面尺寸均为27.5 m×6.12 m；副厂房下方高程374.54 m高程布置2台电动蝶阀。

5.4 出水压力隧洞和压力钢管

出水压力隧洞基本平行于108国道布置，沿线穿过龙虎公路和铁路隧道，在沉沙池进水闸处向南转弯从108国道和禹门口一干渠下通过，至黄河滩地上新建出水池，压力隧洞长288 m，压力钢管长63 m，总长351 m，直径4.5 m。进出口地质条件较差的围岩，隧洞开挖后首先在顶拱120°范围内挂钢筋网和打锚杆，然后喷C20混凝土150 mm作一次支护，之后全断面采用50 cmC30钢筋混凝土衬砌，并全断面固结灌浆；基本稳定的Ⅲ类围岩，开挖后直接衬砌50 cmC30钢筋混凝土作永久支护，进行回填、全断面固结灌浆。

5.5 出水池

出水池位于禹门口沉沙池进口南侧，平行沉沙池引渠布置，出水池长20.1 m，宽12.0 m，底板高程380.53 m，顶高程388.13 m，设计水位387.0 m；池壁顶宽0.8 m，底宽1.2 m，出口收缩角41°，出水池采用C20现浇钢筋混凝土结构。

5.6 矩形明渠

矩形明渠连接出水池和北赵输水渠，渠道平行禹门口沉沙池和黄河大堤布置，终止于沉沙池冲沙渠，经渐变段与北赵渠首相连，全长400m。渠道底宽6.0m，渠深4.90 m，出口设渐变段与北赵输水渠相接，渠道设计纵坡1/3 000，采用C25钢筋混凝土结构，壁厚0.3～0.5 m。起始水位386.90 m，末端水位386.667 m。

6 结语

扩建工程建成后，可年增提水量2.9亿m3，新增北赵灌区灌溉面积3.4万hm2，西范东扩新增灌溉面积1.55万hm2，向北赵灌区年供水1.38亿m3，向西范及西范东扩灌区年供水1.52亿m3，与禹门口一级站统一调配水量后，可向禹门口东扩工程和汾南灌区补水，有效改善当地农业生产条件，增加当地农民收入，促进当地经济发展。本工程在技术上是可行的，项目投资财务内部收益率所得税后为7.358%，财务净现值所得税后为326.78万元，具有一定的财务生存能力和盈利能力，是一项利国利民的工程。