沁陽市引丹入城引水工程規(guī)劃設(shè)計探討

郭乙霏 郭二旺

1.東北農(nóng)業(yè)大學水利與土木工程學院 黑龍江 哈爾濱 150030 2.焦作市水利勘測設(shè)計院 河南 焦作 454003

正文：

1 工程概況

沁陽市引丹入城引水工程從廟嶺坡電站退水渠友愛河五支渠分水口處引丹河水，向沁陽市區(qū)護城河及天鵝湖供水。輸水管線采用有壓重力流輸水方式，管線起點為友愛河，終點為沁陽市中心天鵝湖，設(shè)計引水流量0.7m3/s，年引水量1051萬m3。線路總長13km。管線先后穿越省道S306、S238、景明石河、逍遙石河、沁河等道路和河道。

2 水文氣象

項目區(qū)屬于暖溫帶大陸性季風氣候，多年平均降水量532mm，多年平均蒸發(fā)量982mm。降水量年內(nèi)分配不均，多集中于6-9月，占年降水量的67%。多年平均氣溫14.3℃，無霜期180d,多年平均年最大風速15m/s。

沁河發(fā)源于山西省沁源縣太岳山南麓的二朗神溝，是黃河三門峽至花園口區(qū)間兩大支流之一，流經(jīng)山西省境內(nèi)沁源、安澤、沁水、陽城、澤州縣，穿太行山于河南省濟源市五龍口山谷進入下游平原，經(jīng)沁陽、博愛、溫縣、武陟四縣市，于武陟縣方陵村匯入黃河，河道全長485km，平均比降3.8‰，流域面積為13532km2。引丹入城引水工程于S308沁河橋上游約900m處穿越沁河。由于該斷面位于沁北自然滯洪區(qū)范圍內(nèi)，河道右岸現(xiàn)狀建有堤防，左岸為無堤河段，河道斷面寬約1km左右，下游約2km、5km處分別有逍遙石河和丹河匯入。

丹河為沁河最大的支流，發(fā)源于山西省晉城市高平縣北部丹株嶺的玻璃山，流經(jīng)澤州縣，至河南省沁陽市的北金村匯入沁河，河長169km，流域面積3152km2，根據(jù)山路平水文站多年水文觀測資料統(tǒng)計，1954～2016年多年平均年徑流量2.0億m3，徑流較豐富，枯水期多年平均流量4.5m3/s。廟嶺坡電站位于沁陽市東北部山王莊鎮(zhèn)張坡村北，緊鄰焦枝鐵路，利用丹西灌區(qū)豐收渠引丹河水，利用友愛河泄水。

景明石河又名龍門河，全長30km，流域面積為120km2，河道比降4.5‰，于沁陽市北官莊屯匯入丹河。引丹入城引水工程于入丹河口上游約1km處穿越景明石河。

逍遙石河發(fā)源于山西澤州，全長35km，流域面積90km2，于沁陽市陽華缺口匯入沁河，引丹入城引水工程于入沁河口上游約1.2km處穿越逍遙石河。

北截排發(fā)源于沁陽市西北東向村，全長7.3km，流域面積為25.8km2，河道比降為0.5‰，于沁陽市北陽華匯入逍遙石河。引丹入城引水工程于入逍遙石河口上游約500m處穿越北截排。

3 水源論證分析

（1）沁河

沁陽城區(qū)現(xiàn)狀通過水南關(guān)泵站引沁河水補充天鵝湖生態(tài)環(huán)境用水，年引水量120萬m3，引水量不能滿足沁陽市中心城區(qū)天鵝湖和護城河生態(tài)需水要求。

（2）丹河

對于2017年及2018年前三季度已經(jīng)虧損的公司而言，賣資產(chǎn)扭虧顯得更加迫切，九安醫(yī)療深諳其中的重要性。2017年、2018年1-9月九安醫(yī)療分別虧損1.66億元和6097.92萬元，四季度決定了公司明年是否會被披星戴帽。12月4日晚間公司發(fā)布更新公告稱，擬將所持有的天津華來科技有限公司17%的股權(quán)全部轉(zhuǎn)讓給深圳市有孚創(chuàng)業(yè)投資企業(yè)(有限合伙)，轉(zhuǎn)讓價格為人民幣1.07億元。得益于此，公司預(yù)計2018年扭虧為盈，凈利潤為0-2000萬元。

丹河是黃河一級支流沁河的支流，其流域面積80%在山西省，60年代以后上游山西省在丹河干支流上陸續(xù)興建了3座中型水庫、23座小Ⅰ型水庫和56座小Ⅱ型水庫，其中中型水庫任莊水庫控制流域面積1299km2。河南省境內(nèi)已建青天河水庫，青天河以上流域面積2513km2。青天河水庫下游11km處擬規(guī)劃建設(shè)九渡水庫，九渡水庫位于沁陽市與博愛市交界處，壩址位于沁陽市市區(qū)北約18km處，青天河水庫至九渡水庫壩址間流域面積510km2。九渡水庫是以農(nóng)業(yè)灌溉和城市供水為主，兼顧發(fā)電和生態(tài)功能，水庫建成后，大部分的徑流用于沁陽市工農(nóng)業(yè)供水，只在汛期有部分下泄量，因下游受污染影響，水質(zhì)較差。因此，無法從距離沁陽城區(qū)較近的丹河直接取水作為城區(qū)生態(tài)環(huán)境用水。

（3）中水

現(xiàn)狀沁陽市有三座污水處理廠，總處理規(guī)模17萬m3/d，污水處理后的中水主要回用于沁南工業(yè)園區(qū)用水。

（4）廟嶺坡水電站退水

廟嶺坡水電站利用丹西灌區(qū)豐收渠引水，汛期引水量3.0m3/s，引水時間60d，非汛期引水量1.0m3/s，引水時間305d。電站尾水直接排入友愛河，排水量與引水量相當，除了滿足丹西灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水外還有大部分剩余水量。根據(jù)沁陽市環(huán)境監(jiān)測站，友愛河水體水質(zhì)達到地表水Ⅲ類標準，符合生態(tài)環(huán)境用水的要求。因此選用廟嶺坡水電站退水作為沁陽市中心城區(qū)天鵝湖和護城河生態(tài)水源。

4 工程地質(zhì)條件

該引水路線段屬沁河沖積平原。地形整體呈北高南低，出露地層主要為填土第四系全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)沖洪積形成的黏性土、砂類土及碎石等。

（1）根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，本工程區(qū)存在4條活動性斷層，分別為盤古寺斷層、盤古寺斷層、常平斷層束（地塹）、西小底斷層及隱伏斷裂F1，盤古寺斷裂距離工程最近約500m，隱伏斷裂F1從工程區(qū)穿過，可忽略發(fā)震錯動對工程的影響。

（3）區(qū)內(nèi)地下水類型主要為孔隙潛水。地下水主要接受河水、側(cè)向徑流和大氣降水補給。孔隙潛水含水層主要為第四系全新統(tǒng)地層中，地下水位111.98～155.23m，排泄方式以人工抽取和蒸發(fā)為主。

（4）區(qū)內(nèi)地下水對混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有微腐蝕性，場地土對混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有微腐蝕性，土對鋼結(jié)構(gòu)具中等腐蝕性。建議對管道采取相應(yīng)的防腐處理措施。

（5）沁河穿越段入、出土點曲線段穿越層主要為粉土、粉質(zhì)黏土、輕粉質(zhì)黏土、重粉質(zhì)黏土、粉砂、中砂、礫砂適宜穿越，但應(yīng)充分考慮所夾的圓礫等透鏡體對穿越施工的不利影響。

（6）管道進入城區(qū)后沿舊渠道鋪設(shè)管道，該渠道內(nèi)多為生活污水，水渠基礎(chǔ)由水泥或砌石硬化處理，現(xiàn)渠底有0.5m淤泥類土，渠內(nèi)多為生活污水。

5 工程規(guī)劃設(shè)計

5.1 工程等級和標準

根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2000）、《防洪標準》（GB50201-2014）等的規(guī)定，結(jié)合該工程設(shè)計引水流量，確定本工程等別為Ⅴ等，主要建筑物的級別為5級。穿越沁河堤防段防洪標準與沁河堤防50年一遇防洪標準一致。

5.2 工程總布置

工程管線范圍內(nèi)地勢北高南低，高差約43m，北部地勢較陡，高差大，南部地勢平緩，高差小，輸水方式選用有壓重力流方式。

結(jié)合工程地形及地質(zhì)情況，本工程由引水口、輸水管線和穿越工程三部分組成。引水口位于友愛河五支渠節(jié)制閘上游附近，由引水渠和引水前池組成；輸水管線從友愛河五支渠節(jié)制閘附近引水，沿五支渠西側(cè)向南，穿越省道S306，在萬南村東側(cè)斜向西南方，在石莊村北側(cè)穿越省道S238后向南，進入城區(qū)后沿老渠道輸水至護城河，然后分為二部分，一部分流入護城河，一部分沿護城河向東鋪設(shè)至天鵝湖西北角，線路總長13km。

5.4 引水口工程

引水口工程主要由引水渠、引水前池組成。引水口位于友愛河五支渠節(jié)制閘附近。引水渠采用矩形斷面，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式，渠長5.0m，渠寬1.2m，渠底高程159.73～159.71m，渠道設(shè)鋼筋混凝土預(yù)制蓋板。為便于檢修，在引水渠上布置檢修閘，閘門凈寬1.2m，閘底板高程159.72m，檢修閘采用鋼閘門，孔口尺寸1.2*1.8m，采用手動螺桿啟閉機；引水渠前端設(shè)置攔污柵。引水前池布置于引水渠末端，采用鋼筋混凝土矩形水池，調(diào)蓄量300m3，底板高程158.03m，池長13.9m，寬6.9m，高3.93m，池頂覆土厚0.5m。

5.5 輸水管線工程

設(shè)計輸水管道采用單管輸水，采用鋼管，其中樁號0+000～12+132管徑DN800，引水流量0.7m3/s，在樁號12+132設(shè)置分水口，向天鵝湖及護城河供水，其中天鵝湖分支管長703m，管徑DN500，設(shè)計引水流量0.37 m3/s，設(shè)計引水量259萬m3；護城河分支管長10m，管徑DN400，設(shè)計引水流量0.33m3/s，設(shè)計引水量792萬m3。經(jīng)關(guān)閥水錘計算，兩支管均采用PN1.0MPa鋼管。

管道附屬設(shè)施及構(gòu)筑物包括檢修閥、放空閥、進排氣閥、泄壓閥、流量計等，結(jié)合地形地勢，檢修閥和進排氣閥可結(jié)合布置。

5.6 穿越工程

輸水管線先后穿越景明石河、北截排、逍遙石河、沁河，省道S306，S238及一些城鎮(zhèn)道路和溝渠。管線穿越沁河采用水平定向鉆方案，逍遙石河、北截排距離沁河較近，綜合考慮，本次設(shè)計將沁河、逍遙石河、北截排一起采用水平向鉆方案一次性穿過，穿越段起點樁號9+871，終點樁號11+451，穿越總長1580m。穿越景明石河時，非汛期流量較小，導(dǎo)流后直接下挖施工，施工完畢后按原河道斷面形式恢復(fù)，其他溝渠直接開挖施工。穿越省道S306、S238時，為了不影響公路正常使用，采用頂管法施工；穿越團結(jié)路及城北路時，直接利用路下現(xiàn)狀舊渠道；穿越城鎮(zhèn)或鄉(xiāng)村公路時，采用大開挖破路施工，待管道施工完畢后，按原路面結(jié)構(gòu)進行恢復(fù)。

6 生態(tài)效益分析

引丹入城引水工程是沁陽市中心城區(qū)水系水生態(tài)文明建設(shè)的重要組成部分，工程建成后，一方面滿足河湖等生態(tài)用水需求，另一方面形成良好的水景觀效果，將更好的發(fā)揮中心城區(qū)水系生態(tài)環(huán)境價值，同時將會大大推動沁陽市城市發(fā)展、改善人居環(huán)境、促進生態(tài)健康、提升城市品位，實現(xiàn)水資源高效利用和有效保護，為沁陽市水生態(tài)文明的建設(shè)做出示范。