引汉济渭工程总体布局

2015-01-26刘斌

中国水利 2015年14期

关键词：调水汉江河口

刘斌

（陕西省水利电力勘测设计研究院，710001，西安）

一、引汉济渭工程概况

引汉济渭工程是为解决陕西省关中地区水资源短缺，优化全省水资源配置，统筹陕西经济发展和生态环境建设而兴建的具有全局性、战略性的重大水利基础建设项目；是统筹陕西省三大区域，连通汉江、渭河南北两大水系，构建关中地区大水网的关键性调水工程。

①项目的建设任务：向渭河沿岸重要城市、县城、工业园区供水，逐步退还挤占的农业与生态用水，促进区域经济社会可持续发展和生态环境改善。

②工程的开发方式：在汉江干流黄金峡河段及支流子午河分别修建调蓄水库、修建一条联通两个蓄水库并穿越秦岭至渭河流域的输调水隧洞，构成一个横跨长江、黄河两大流域，穿越秦岭屏障的人工输水通道，从陕南的汉江流域调水到关中地区的渭河流域。

③工程的调水规模：设计水平年调水量——近期10.0亿m3、远期15.0亿m3。

引汉济渭工程由调水工程系统、受水区输配水工程系统两大部分组成。工程实施后，通过外调与当地水源联合调节与配置，不仅可以解决关中地区渭河流域的缺水问题，同时还可以为陕北能源化工基地置换黄河用水指标创造条件，充分发挥陕南水资源优势，缓解关中、陕北水资源短缺；对维护渭河健康生命、促进生态环境改善，对推动三大区域协调发展，打造陕西经济升级版，促进全省乃至西部地区经济社会可持续发展，具有极为重要而深远的意义。

引汉济渭调水工程的前期工作始于20世纪90年代初。水源及调水线路的查勘、选点、选线路，以及工程的总体规划、总体布局、规模设计等工作经历了2年多的方案比选与论证，为项目决策提供了科学依据。

二、项目前期规划论证工作回顾

1.陕西省“南水北调”的提出

为解决关中地区日益严重的缺水问题，早在20世纪80年代末、90年代初，陕西省内组织有关单位和专家，开展了从陕南地区向关中调水问题的研究工作，经对陕西省境内嘉陵江干流和汉江及其主要支流进行全面的查勘，提出了引嘉济渭、引褒济石、引湑济黑、引子济黑、引洵济涝、引乾入石、引金济灞、引嘉入汉和引汉济渭等9条调水线路和18个引水站点，形成陕西省内南水北调的基本雏形。

在规划工作基础上，综合考虑经济社会发展，确定了东、中、西三条调水线路，其中东线引乾济石、西线引红济石作为应急供水补充工程；中线引汉济渭，规划调水量15.5亿m3，是省内南水北调骨干调水工程。

2.调水工程线路规划

综合考虑关中地区配水要求、汉江流域调水区水资源条件、自然与社会环境影响等因素，引汉济渭工程调水线路拟定了黄金峡线路方案、串支方案、旬阳线路方案、双线越岭方案等4种线路比选方案。

①黄金峡线路方案：以汉江干流黄金峡梯级为主要水源，抽水后，以隧洞形式输水至子午河三河口水库，经联合调节，再以63 km秦岭隧洞自流进入已建成的金盆水库。

②串支方案：串引子午河以西汉江左岸共8条支流以及嘉陵江干流水量汇入子午河上的三河口水库，最后以63 km秦岭隧洞自流进入已建成的金盆水库。

③旬阳线路方案：以汉江干流旬阳梯级为主要水源，抽水后，以隧洞形式输水至洵河柴坪水库，经柴坪联合调节，再以75 km秦岭隧洞自流进入渭河支流沣河。

④双线越岭方案：减小黄金峡线路方案的抽水规模，增加柴坪水库自流引水，采用双线秦岭隧洞输水分别进入黑河和沣河的组合方案。

经对4个调水线路方案进行综合比较，推荐黄金峡线路为引汉济渭调水工程的调水规划线路。黄金峡线路具有线路短、投资小、实施难度小、运行费用较低等优点，同时，黄金峡水库也符合汉江干流梯级开发规划要求。

3.调水方式比选

为了进一步确定引汉济渭调水工程调水方式，在选定的黄金峡线路方案基础上，又进行了全抽水、全自流和混合等3种不同输水方式的比选。

①抽水方案：自黄金峡水库和三河口水库抽水，分别经隧洞输水至椒溪河右岸钟家院村源汇合，再以39.0 km的长隧洞跨越秦岭主峰，进入渭河支流黑河。

②自流方案：在三河口水库坝后电站尾水取水，自流至汉江支流金水沟河口二级电站，发电后与汉江水源汇合，从黄金峡水库死水位高程取水，经100 km长隧洞跨越秦岭，进入黑河支流田峪河。

③混合方案：在黄金峡水库库区设抽水站抽水，再以隧洞汇入三河口水库联合调节后，以63.0km长的秦岭隧洞自流进入渭河的支流金盆水库，通过金盆水库放水进入关中配水系统。

在综合考虑节能、工程布置相对集中、便于管理、进入受水区位置较高、投资较小、经济指标较优等因素后，推荐黄金峡线路的混合输水方式为引汉济渭工程总体布局规划方案，该方案的主要工程组成有：汉江干流上的黄金峡水库、黄金峡泵站、黄三隧洞、汉江支流子午河上的三河口水库、秦岭隧洞、金盆水库增建工程等6个部分。

三、调水工程总体布局

基于规划阶段推荐的黄金峡线路混合输水方式方案，项目立项阶段，结合受水区、调水区经济社会的变化，对调水工程总体布局做了进一步的优化研究工作。重点是对构成和影响调水工程总体布局的点、线、面等关联要素的逻辑关系进行逐一梳理，逐层分析，逐项研究，在此基础上组合成多种可供比选的总体布局方案。

1.总体布局的控制节点

（1）水源点

引汉济渭工程前期规划选定两个调水水源点，一是汉江干流的黄金峡水库，二是汉江支流子午河上的三河口水库。

①黄金峡水库：位于汉江干流石泉水电站库区良心沟下游，多年平均天然径流量为78.8亿m3，扣除上游用水后的径流量为68.5亿m3，控制水量大；该段河谷较平直，河床高程400m左右，为开阔的V形谷，两岸基岩裸露，山体雄厚，地形较完整，坝基岩体透水性较弱，有修坝建库的地形地质、资源条件。

②三河口水库：位于子午河三河口至大河坝乡，坝址以上河长106 km，控制流域面积2 186 km2，占全流域的72.6%，可基本控制流域的来水量，多年平均天然径流量为8.7亿m3，河谷呈V形发育，两岸地形较为对称，山体雄厚，河道顺直，地形完整，基岩裸露，具有较好的修建高坝大库的条件。

（2）关中受水节点

关中地区受水区主要集中在以大西安为中心的渭河两岸、渭河支流的黑河以东地区，地形高程大部分在500 m以下。受水区受水节点按高程510 m进行控制，能够覆盖受水区大部分供水对象，可以实现受水区输配系统重力自流供水。

经对秦岭北麓黑河金盆水库以西的黄池沟、就峪河、田峪口、涝峪口、化羊峪口等各峪口的查勘，并结合线路进行技术经济综合比选后，确定黄池沟作为受水节点。该节点位置具有调水线路短、控制受水区范围大等特点，有利于实现与黑河金盆水库联合调节。

2.输水线路比选

基于两个取水水源点、关中地区受水节点基本确定，调水和输水线路的研究，实质上是研究黄金峡、三河口、黑河金盆三水源采用在线调节与非在线调节问题。按不同的调节方案提出了3种线路方案。

①黄金峡、三河口、黑河金盆三水源在线调节线路方案：该方案输水线路分为3段，一是自黄金峡泵站出水池至三河口水库段输水线路；二是自三河口水库库内至金盆水库库尾段输水线路；三是出金盆水库输水线路。

②黄金峡、三河口在线、黑河金盆非在线三水源调节线路方案：该方案输水线路分为两段，一是自黄金峡泵站出水池至三河口水库段输水线路；二是自三河口水库库内至黄池沟输水线路。

③黄金峡在线、三河口线上、黑河金盆非在线三水源调节线路方案：该方案输水线路自黄金峡泵站出水池至黄池沟。

上述线路全部采用隧洞穿越。

3.工程总体布局方案比较

（1）方案比选基础

总体布局方案比选的基础是：汉江干流黄金峡水库、支流子午河三河口水库两处水源点已经确定，其中黄金峡水库正常蓄水位450 m、三河口水库正常蓄水位643 m；黄三隧洞和越岭隧洞的输水方式为无压明流；各方案调水任务要求相同。

因此，工程总体方案的比选，重点是在上述工作研究基础上，结合不同的输水线路、抽水泵站位置、关中受水节点位置，拟定不同的总体布局组合方案，进行技术经济比较。

（2）总体布局方案比较

①调水进黑河全盆水库方案：该方案总体布局为在汉江干流修建黄金峡水库，调蓄汉江干流水量；在黄金峡水库库区良心河站址修建黄金峡泵站，向黄三隧洞供水；修建黄三隧洞，将黄金峡泵站所抽水量送入三河口水库；在子午河上修建三河口水库，调蓄本流域和干流调入水量；在三河口库区支流蒲河上修建石墩河泵站，向越岭隧洞供水；修建越岭隧洞向关中地区调水至黑河金盆水库；在黑河金盆水库近坝处右岸增建放水洞，向关中地区供水，出口与引汉济渭受水系统衔接，向关中地区供水。该方案工程总体布置格局为“三库、两站、三洞”。

②调水进黄池沟高线方案：该方案黄金峡水库、黄金峡泵站、黄三隧洞、三河口水库的布局与调水进黑河全盆水库方案相同。所不同的是修建的越岭隧洞自流引水直接向关中受水区黄池沟受水节点供水。该方案工程总体布置格局为“两库、一站、两洞”。

③低线一洞穿越调水进黄池沟方案：该方案总体布局为在汉江干流修建黄金峡水库，调蓄汉江干流水量；在黄金峡水库坝后修建黄金峡泵站，向秦岭输水隧洞供水；修建一条直接横贯汉江与关中渭河流域的超长输水隧洞(简称秦岭输水隧洞)，期间隧洞在三河口水库坝下右岸修建控制闸段并设连接洞与三河口水库坝后电站、泵站衔接。秦岭输水隧洞按运行工况，以控制闸为节点分为黄三段、越岭段两段，其中黄三段隧洞输送黄金峡泵站来水量，通过控制闸可以向越岭隧洞和三河口水库供水，越岭段隧洞向关中地区输送黄金峡水库和三河口水库水量；在汉江支流子午河上修建三河口水库，调蓄本流域水量和部分黄金峡水库来水量；在三河口水库大坝下游右岸修建联通坝后电站、泵站与秦岭输水隧洞的连接洞，该连接洞为纵向平底，与主洞衔接处节点高程642.65 m相同，具有双向输水功能。该方案工程总体布置格局为“两库、四站、一洞两段、一联通”。

4.工程总体布局方案选定

对上述各方案从地质地形条件、工程施工条件、运行调度管理、工程投资与运行成本、节能效果、工程总体布置格局与适应性等方面综合分析评价，推荐“低线一洞穿越调水进黄池沟方案”为引汉济渭调水工程总体布局实施方案。

推荐方案调水工程由黄金峡水利枢纽、三河口水利枢纽和秦岭输水隧洞三大部分组成。调水系统的工程总体布置格局为“两库、四站、一洞两段、一联通”，两库为黄金峡水库和三河口水库，四站为黄金峡电站、泵站和三河口电站、泵站，一洞两段为秦岭输水隧洞由黄三段和越岭段组成，一联通指三河口水库大坝下游右岸连接洞。

四、工程规模与布置

1.调水系统工程规模

引汉济渭调水系统为大型I等跨流域调水工程，横跨汉江、渭河两大水系。按照工程总体布局，在汉江干流黄金峡和支流子午河分别修建水源工程黄金峡水利枢纽和三河口水利枢纽蓄水，经秦岭隧洞输水至关中。

黄金峡水库正常蓄水位450 m，死水位440 m，总库容约2.21亿m3。三河口水库正常蓄水位643 m，总库容约7.1亿m3。秦岭输水隧洞进口底板高程549.23 m，出口底板高程510.0 m，隧洞总长度98.3 km，设计流量70 m3/s，综合纵坡为 1∶2500。

两个水源工程与受水区当地水源联合调节，多年平均调水量15.19亿m3，扣除输水损失，调入受水区黄池沟节点水量为13.95亿m3。

2.各部分工程规模与布置

（1）黄金峡水利枢纽

枢纽位于陕南汉中盆地以东的洋县境内汉江干流黄金峡峡谷段，坝址在石泉水电站库尾良心沟下游0.5 km处，是引汉济渭工程主要调水水源地，多年平均调水量9.69亿m3；主要任务是拦蓄河水，壅高水位，以供水为主，兼顾发电，改善水运条件。枢纽由水库工程、泵站工程、水电站工程等组成。

①黄金峡水库：水库拦河坝为混凝土重力坝，最大坝高63 m，正常蓄水位450 m，汛限水位448 m，死水位440 m，总库容2.21亿m3，调节库容0.71 亿 m3。

②黄金峡泵站：站址位于水库坝后，与电站联合布置。其主要任务是将抽取的黄金峡水库的水量，提升至秦岭输水隧洞黄三段进水口处，多年平均抽水量9.69亿m3，泵站设计流量70m3/s，设计扬程106.45m，装机规模126MW。

③黄金峡电站：利用水库水位与下泄水量进行发电，装机容量135MW。

（2）三河口水利枢纽

枢纽地处佛坪县与宁陕县交界的子午河中游峡谷段，坝址位于佛坪县大河坝乡三河口村下游2 km处，是引汉济渭工程两个水源地之一，多年平均调水量5.5亿m3；是调水工程中主要调蓄功能的枢纽，位于整个调水线路上的中间位置，具有“承上启下”作用，其规模和布置与其他调水工程规模和布置紧密联系，相互影响；其主要任务是调蓄子午河来水与汉江干流不能直供受水区的水量，同时要结合发电。枢纽由水库工程、泵站工程、连接洞、水电站工程等组成。

①三河口水库：水库拦河坝坝型为碾压混凝土拱坝，最大坝高145m，正常蓄水位643m，汛限水位642m，正常运行死水位558m，特枯年运行死水位544m，总库容7.1亿m3，调节库容6.5亿m3。

②三河口泵站：将汉江干流黄金峡水库不能直供的进入越岭段隧洞的水量，从黄三段的控制闸处提升至三河口水库。多年平均抽取黄金峡水库水量1.08亿m3，泵站设计流量为18 m3/s，设计扬程 93.56 m，可逆式机组泵站装机容量24 MW。

③三河口电站：电站利用水库供水、下泄流量以及水库与电站尾水之间的落差进行发电，安装2台常规机组，2台可逆式机组，装机总容量60 MW，其中常规机组装机容量为40 MW，可逆式机组装机容量为20 MW。

④连接洞：由秦岭输水隧洞控制闸三河口控制闸末端开始，至三河口泵站下池（电站尾水池）结束，总长244.435 m。纵比降设计为0，洞底高程与秦岭输水隧洞控制闸底板高程相同，具有抽水、供水双向作用。抽水时，设计流量为18 m3/s；输水时，设计流量为70 m3/s。洞子断面尺寸为6.94 m×6.94 m马蹄形断面，顶拱半径为3.47 m，侧墙及底板半径为6.94 m。

（3）秦岭输水隧洞

秦岭输水隧洞起点为汉江干流黄金峡水利枢纽的泵站出水池，出口位于秦岭北麓渭河支流的黑河金盆水库下游黄池沟；隧洞按运行工况，以控制闸为节点分为黄三段、越岭段两段。其主要任务是将汉江干流的调水量与支流子午河的调水量输送至渭河的黄池沟，输水方式采用明流无压方案，隧洞全长为98.3 km。多年平均输水量15亿m3，设计流量为70 m3/s。钻爆法施工段采用圆拱直墙马蹄形断面，净宽、高均为6.76 m；TBM法施工采用圆形断面，洞内径6.92 m。进口底板高程549.23 m，出口底板高程510.0 m，全洞底坡比降 1∶2500。

①黄三段：起点接黄金峡泵站出水池，终点位于三河口水利枢纽坝后约300 m处右岸的控制闸。其主要任务是将汉江干流黄金峡水库泵站提升的调水量输送至隧洞的控制闸处。该段洞线长16.48 km，多年平均输水量9.69亿m3，起点底板高程549.23 m，终点底板高程542.65 m。

②越岭段：起点接输水隧洞控制闸，终点位于渭河支流的黑河金盆水库下游黄池沟。主要任务是将汉江干流直供水量、经三河口水库调蓄后的汉江水以及三河口水库调节本流域的水量自流输送至关中地区黄池沟的配水工程。该段洞线长81.78km，起点底板高程542.65m，终点底板高程510.0m。

3.工程水量调度运行方式

黄金峡水库多年平均调水量9.69亿m3，三河口水库多年平均调水量5.5亿m3，两个水源工程与受水区当地水源联合调节，满足受水区供水需要。当黄金峡泵站抽水流量小于受水区需水要求时，由三河口水库通过连接洞补充供水至秦岭隧洞，黄金峡不抽水时，全部需水由三河口水库供水至秦岭隧洞；当黄金峡泵站抽水流量大于受水区需水要求时，多余的水量通过连接洞由三河口泵站抽水入三河口水库存蓄；当黄金峡泵站抽水流量小于等于受水区需水要求时，泵站抽水直接到秦岭隧洞至黄池沟。