引哈濟黨工程輸水線路比選

李鵬科

(甘肅省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，甘肅 蘭州 730000)

1 工程概況

引哈濟黨工程是從大哈爾騰河向黨河調水的水利工程，是國家172項重大水利工程之一，是《敦煌水資源合理利用與生態保護綜合規劃》的核心工程。《綜合規劃》主要針對敦煌水資源開發利用和生態環境保護中存在的突出問題，研究提出了“內節外調統籌、西護北通并舉，水源綠洲穩定、經濟生態均衡”的總體規劃布局。即在灌區實施全面節水的基礎上，通過從大哈爾騰河跨流域適度調水到黨河流域(即“引哈濟黨工程”)，緩解敦煌生活、生產和生態用水之間的矛盾，重點解決月牙泉和敦煌西湖國家級自然保護區的生態問題。

引哈濟黨是實現規劃目標的控制性工程，是解決敦煌盆地地下水位下降的關鍵工程，是確保敦煌西湖國家級自然保護區不再繼續惡化的重要工程之一，同時對敦煌市、阿克塞和肅北兩個少數民族縣的經濟發展有極大的促進作用，特別是對黨河流域的水資源可持續利用起著至關重要的作用。

引哈濟黨工程年調水規模為1.0億m3，最大引水流量12.0m3/s。通過對三條輸水線路(長線路、短線路和中線路)的設計方案比較，推薦選擇了施工難度小、工期短、投資少，可向小蘇干湖補水的長線路方案。工程主要包括取水樞紐和輸水線路兩部分，輸水線路長196km，其中管道長101km，隧洞長31km，輸水暗涵長38km，梯形明渠長26km，自然水頭落差達2094m。

本工程為跨流域調水工程，具有輸水線路長、地形地質條件復雜、自然條件惡劣、水頭落差大等特點。工程建成后，將有效緩解敦煌盆地水資源嚴重缺乏的局面，對于敦煌生態綜合治理具有重要意義。本工程為Ⅲ等工程，工程規模為中型。

2 輸水線路選擇

2.1 選線原則

首先確定輸水線路的起點(取水樞紐)、終點(受水點)和線路中間的分水點，然后選擇兩條以上經濟可行的輸水線路進行比選，確定最優線路。選線原則：

(1)根據工程特點，線路選擇應考慮到技術先進可行、運行安全可靠、造價經濟合理。

(2)輸水線路應力求順直，線路短、減少工程建設用地、保證輸水順暢。

(3)輸水線路盡量結合現有或規劃道路布設，方便工程施工及運行管理。

2.2 取水點、受水點確定

本工程調水區為大哈爾騰河，大哈爾騰河發源于甘、青交界的野牛脊山及奧果吐烏蘭山，該河流屬于冰川融水補給型，河水沿程逐漸增加，河川徑流以地表徑流形式為主。河流出山后進入開闊的戈壁灘，地表徑流全部滲入地下形成潛流，最終匯集至大小蘇干湖。根據大哈爾騰河徑流和地形地質條件，取水樞紐只能選在大哈爾騰河駱駝脖子(出山口)以上。根據地形地質條件及線路最短原則，取水樞紐均選在大哈爾騰河駱駝脖子上游約3.2km處。

本工程主要解決敦煌月牙泉及西湖國家自然保護區的生態用水和阿克塞縣城生活生產用水，根據受水區用水需求、水利工程現狀及規劃，確定敦煌月牙泉及西湖國家自然保護區的生態用水的受水點為黨河水庫，阿克塞縣城生活生產用水的受水點為阿克塞縣調蓄水池。

2.3 輸水線路初擬

黨河南山位于黨河與大哈爾騰河之間，是黨河流域和大哈勒騰河流域的分水嶺，工程區橫跨黨河南山。黨河南山西以當金山口與阿爾金山脈分界，東到哈拉湖西南，長250km，寬一般20～30km。山脊多在4000m以上，少數地段在5000m以上，最高峰位于古爾班保，海拔5620m，4800m以上的山峰一般發育有現代冰川。黨河南山以南為山前洪積扇，黨河南山以北為山前洪積扇、風積沙和緩傾戈壁平原，其中穿越黨河南山段輸水線路的選擇決定著本工程的施工難度、工程投資和工期等，是整個工程的成功與否的關鍵。

根據選線原則及黨河南山的地形條件，初擬三條線路，具體線路如圖1所示。

2.3.1 方案一

從取水樞紐引水后，輸水線路沿大哈爾騰河右岸Ⅰ、Ⅱ級階地及河漫灘(黨河南山南麓)布設，從黨河南山山峰較低區穿越黨河南山，沿黨河南山北麓山前洪積扇及緩傾戈壁平原區引水到黨河水庫，線路總長196.237km，主要建筑物有輸水管道、隧洞、明渠、暗涵等。其中：輸水管總長101.2Km，隧洞26條，總長31.181km，輸水暗涵總長37.76km，明渠26.096km。

線路起點進水口地面高程3524m，線路終點黨河水庫庫尾地面高程1428m，落差2096m。黨河南山以南段長約73.9km，地面高程3524～3446m，落差78m；黨河南山以北段長約58.9km，地面高程2850～1428m，落差1422m。輸水線路縱斷面圖如圖2所示。

優點：黨河南山以南和以北地勢開闊，地質條件簡單，有利于輸水管線的布設和施工；黨河南山段，可通過輸水隧洞群穿越，單條輸水洞較短，最大洞長7km，最大埋深343m，可用常規鉆爆法施工，施工簡單；地質巖性多為志留系下統各巖性，地質斷層少，地質條件較好，隧洞距G215公路較近，施工條件好，施工難度小；輸水管距小蘇干湖的最短距離約20km，湖面水面高程2808m，較輸水管段地面高程低500m左右，在特別干旱年份或其它緊急情況下，可利用輸水管向小蘇干湖直接輸水，有助小蘇干湖的生態保護；輸水管距阿克塞縣調蓄水池近，輸水支管短；輸水管直接輸水到黨河水庫，總的輸水損失約588萬m3，輸水損失小。

缺點：輸水線路長，建筑物型式多；線路局部段行洪溝道發育，山洪對管線存在一定威脅，運行管理費用高。

2.3.2 方案二

從取水樞紐引水后，輸水線路沿大哈爾騰河漫灘、右岸Ⅰ～Ⅱ階地、黨河南山以南山前斷陷盆地布設，穿過黨河南山主峰，再沿大紅溝調水至黨河干流，利用大紅溝輸水12.86km，然后利用黨河自然河道輸水至黨河水庫，利用河道輸水185km；在黨河上修建取水口，再通過專用輸水線路輸水至阿克塞調蓄水池。

圖1 引哈濟黨工程輸水線路布置示意圖

圖2 方案一輸水線路縱斷面圖

線路自南向北穿越穿越黨河南山祁連山復雜褶皺帶，起點進水口地面高程3524m，終點黨河河岸地面高程3160m，落差364m。輸水線路總長46.3km，其中山前無壓暗涵段長0.87km；山后無壓暗涵段長12.8km；輸水隧洞總長32.6km，其中土質隧洞長6.1km；巖質隧洞長26.5km。

進口暗涵段主要為洪積碎石砂礫；輸水隧洞段地層巖性繁多，巖質軟硬不一，從硬質巖～軟質巖均有分布，地層時代從N1～O1共9個地層單位；隧洞段地質巖性有：鈣質砂巖、石英砂巖、礫巖夾泥巖、砂巖夾礫巖等；出口暗涵段主要為沖洪積含孤漂石砂卵礫石，次為沼澤鹽堿沉積的亞砂土、亞粘土及淤泥。輸水線路縱斷面圖如圖3所示。

圖3 方案二輸水線路縱斷面圖

優點：輸水線路短，僅為方案一線路的23.6%；建筑物形式少，只有輸水隧洞和暗涵；工程后期運行管理方便，運行管理費用低。

缺點：在黨河南山與大哈爾騰河之間存在一個第四系山前斷陷儲水構造帶，土質隧洞穿越黨河南山山前斷陷儲水構造帶，地下水穩定水位埋深在33.5～47.48m，土質隧洞埋深21～207m，長6.1km，成洞難度大，洞室土體極不穩定，極易塌方，甚至冒頂，需采用盾構法施工，施工豎井深達200，施工困難；巖質隧洞穿過構造擠壓強烈隆起的黨河南山主峰，地質構造線密集，地層巖性繁多，巖石軟硬不一，從硬質巖～軟質巖均有分布，且穿越18條區域斷層，其中4條為區域性活斷層，對TBM施工影響較大；洞長達26.5km，無設置施工支洞的條件，施工難度大，需2臺TBM同時掘進施工；隧洞進出口均無道路，海撥高，施工條件差；需修阿克塞縣輸水支管線和取水渠首，輸水支管長60.2km；大紅溝至黨河段利用溝道和河道輸水，總的輸水損失約2179萬m3，輸水損失量太大。

2.3.3 方案三

從取水樞紐引水后，輸水線路沿大哈爾騰河右岸Ⅰ、Ⅱ級階地及河漫灘(黨河南山南麓)布設，走向自東南向西北穿行于黨河南山戈壁前緣，至55.97km處(與方案一線路交匯處)轉至由南向北穿越黨河南山分水嶺至清水溝，利用清水溝輸水20km，然后利用黨河自然河道輸水至黨河水庫，利用河道輸100km；在黨河上修建取水口，再通過專用輸水線路輸水至阿克塞調蓄水池。

圖4 方案三輸水線路縱斷面圖

該方案輸水線路總長104.438km，總落差984m，主要建筑物有管道、隧洞和暗涵。其中：埋管長56.341Km，隧洞長26.21km，暗涵長21.887km。

輸水線路黨河南山以南段地層巖性與方案一相同，地形地質條件好；穿越黨河南山的輸水隧洞段以變質巖類為主，巖質堅硬，屬硬質巖類，巖性較單一。輸水線路縱斷面圖如圖4所示。

優點：輸水線路較短，僅為方案一線路長度的63%；黨河南山以南地勢開闊平坦，地質條件簡單，有利于輸水管線的布設和施工；穿越黨河南山段，隧洞段變質巖類為主，巖質堅硬，巖性較單一。

缺點：局部段線路行洪溝道發育，山洪對管線存在一定威脅，運行管理費用高；隧洞段地質構造復雜，斷裂發育，洞線穿越4條區域斷層，地質條件差；輸水隧洞長，無布設施工支洞條件，施工難度大，需兩臺TBM同進掘進施工；隧洞進出口均無道路，海撥高，施工條件差；需修阿克塞縣輸水支管線和取水渠首，輸水支管長60.2km；清水溝至黨河段利用溝道或河道輸水，總輸水損失約1950萬m3，輸水損失量大。

3 輸水線路方案比選

從工程地質條件、工程布置、施工條件、工程占地、水力及輸水安全、運行管理及建設協調、阿克塞專用輸水線路問題、技術難度、水量損失及其他條件、投資估算等方面進行綜合性比較，三條輸水方案均是可行的，工程建成后均能滿足工程安全運行的目標。

方案一：輸水線路長，單體引水隧洞短，隧洞埋深小，工程地質條件較好，施工方法簡單，施工條件好、不存在制約工程建設的工程地質問題和施工技術難點，工期相對短，投資比方案二、三少；本工程輸水管線在可向小蘇干湖應急補水，減輕了調水對大、小蘇干湖生態的影響，同時輸水過程損失水量最少。其此，黨金山至黨河水庫間輸水線路71.65km，水頭差1982.9m，初估裝機容量為12.12萬kV，蘊藏電能4.97億kV·h，可通過水電開發等來增加工程運行管理費，有利于工程后期運行管理等。

方案二：輸水線路短，建筑物型式單一，運行管理方便，但引水隧洞單體長度達32.6km，無布設施工支洞的條件；地質構造復雜，隧洞穿越17條區域性斷層，地質條件復雜，技術難點多，施工條件差，施工中不可預見的因素較多，施工工期相對長，利用天然河道輸水水量損失大。

方案三介于方案一和方案二之間，存在著地質條件復雜，技術難點較多、施工條件差等問題，調水進入黨河后均通過天然河道輸水，水量損失大。

三種方案輸水線路比較詳見表1。

表1 三種方案輸水線路比較

注：☆表示推薦。

4 結語

綜上分析，引哈濟黨工程輸水線路長，地形地質條件復雜，調水區和受水區生態均較脆弱，施工難度大，工程投資大，但可通過選擇合理的線路和輸水方式來保證調水區和受水區的生態用水需求，同時，開發輸水過程蘊藏著可開發利用的電能，為工程的后期長期運行提供資金保障，降低工程運行成本。由此可見：對于長距離跨流域調水工程線路選擇首要做到技術上經濟可行、施工過程可控；輸水線路距各受水點近，減小輸水損失，降低對調水區的影響；其此，線路工程要投資小，工程施工和運行管理條件好。目前，本工程項目建議書已通過水利部審查，線路選擇已得到肯定，對類似工程有借鑒作用。