张国兰(设计三处)

〔摘要〕通过向灌区和城市供水，可使52.91万亩土地稳产高产和促进工业发展。小清河引水口的运用条件完全受小浪底水库运用的制约，进水塔引水布置要适应小浪底水库运用的条件，考虑小浪底水库水位变幅大和泥沙淤积的影响。引水口工程的运用方式要与小浪底水库的运用条件相结合。

〔关键词〕灌区 城市供水 小浪底  运用条件  体型布置  泥沙淤积  闸门启闭

1  概述

    小浪底水利枢纽南岸引水口工程，位于小浪底水库南岸，是向小浪底南岸灌区和洛阳市城市供水提供水源工程。小浪底南岸灌区位居邙岭，北靠黄河、南临洛河，该区域岭高水低、十年九旱，作物产量低而不稳，群众收入少生活水平低，其中有5万人吃水相当困难。  

    该区曾考虑从故县水库引水灌溉，由于该水库坝址地质条件复杂，高地灌溉工程艰巨，行之不易，故县《坝高复核报告》提出“考虑径流特点和综合利用将原规划灌溉面积由210万亩减为102万亩，供洛阳地区用水5m³/s”。1979年9月小浪底水利枢纽工程指挥部在洛阳召开会议，部署了小浪底水库两岸灌区规划和移民安置规划的工作，其中明确了南岸灌区规划，范围包括孟津县、偃师县、洛阳市及城市工业供水。规划阶段确定了设计引水流量28.6 m³/s，年总引水量4.23亿m³，明确用水指标在河南省引黄分水限额内统筹调配。

2 小浪底南岸引水口工程的作用及社会经济影响

兴建小浪底南岸引水口工程，可以使洛阳市邙岭地区十年九旱的历史从此结束，由此而产生的社会经济影响深远。由于生产条件的改变，将有力地推动该地区生产力的发展。通过向灌区供水，可使52.91万亩土地稳产高产，估算每年可增产粮食15.7万吨、棉花7700吨、净收入1.7亿元。向城市供水，可标志着洛阳市远期供水问题得到妥善解决，对改善投资环境、提高人民生活水平，加快经济建设步伐，奠定了可靠的基础。

3 工程的自然条件

    小浪底水库南岸引水口工程是小浪底水利枢纽的重要组成部分，由于小浪底水利枢纽的泄洪、发电、灌溉建筑物全部集中布置在黄河北岸，关于向南岸灌区引水问题曾考虑了多种方案，但由于跨黄河的问题、引水进口高程问题，在小浪底的设计中未形成定论。鉴于南岸引水口供水范围内需水的迫切要求，通过近年来的工作，提出南岸引水口的不同选点方案。由于小浪底水库建成以后，库区的淤积如何发展，将直接影响到南岸引水口的正常引水，为此，先后选择了青石嘴、木底沟、小清河三处引水口方案。

木底沟引水口方案，引水口前河床狭窄，在240m高程河床宽732m ,在254m高程河床宽816m，对于控制引水口前河势有利，不利因素是该方案引水口位于小浪底水库坝前回流区，根据地形、地质条件布置引水口引渠需倒流引水，易造成引渠的淤积；从引水口地质条件分析，木底沟方案进水口位于单薄梁状山体，由较厚第四系土层覆盖，存在软弱泥化夹层可能引起深层滑动问题。

青石嘴方案河床较宽，水位在240m高程河床宽1140m，在254m高程河床宽1180m，小浪底库区形成高滩深槽后，由于上游河床突然扩宽，主槽属游荡性河床，加上青石嘴向上游伸出，有可能使主流挑离右岸，使引水口前滩地的宽度有增加的趋势。从地质条件分析，青石嘴山体单薄、高程低、第四系土覆盖较厚，进水口前和右侧有三处滑坡，其中Ⅱ号滑坡体对引水渠可能造成影响，塔基虽在基岩上，但岩体破碎，工程地质条件较差。

    小清河方案进水口位于支流小清河右岸，距主槽约800m，水位在240m和254m高程，进水口前滩地宽度分别为1584m和1744m，高滩深槽形成后，进水口前滩地的宽度分别为1080m和975m。小清河方案进水塔基础位于二迭系钙质粉砂岩层上，基础承载力相对较高，且岩层倾向与塔后坡反向，场地稳定。

综上所述，三个方案引水口前均存在有滩地淤积，对取水不利的影响因素，从地质条件和布置考虑，小清河方案工程地质条件相对简单，引水隧洞线路短、投资省，优于其它方案。因此，选定小清河方案，并对引水口设计主要研究和满足取水及运用条件。

4 设计特点

4.1 引水口取水条件

南岸引水口工程进水口的位置，在小清河右岸坡根村东150m处的弯道凹岸。引水方式为直接从小浪底库区内自流引水，其引水水源条件取决于小浪底水库不同运用期的运用方式，取水的可行性和取水口设计参数拟定的基本依据都取决于小浪底水库的有关规划成果。小清河紧靠小浪底水库坝前，运用初期引水口至坝前均为水库的回流淤积区，该段的淤积将随着坝区淤积面的抬高而抬高，河床和滩面淤积处于上升过程，直至形成坝区高滩深槽，坝前河底高程226.3m ,有254m高程的宽阔滩地。引水口的运用条件完全受小浪底水库运用的制约，因此，进水塔体型的布置要服从于小浪底水库运用的条件，考虑小浪底水库水位变幅大和泥沙淤积的影响，其设计思想“保证非汛期引水，主汛期相机引水”的原则。主汛期“相机”引水其含义，城市用水不从小浪底水库引水，由洛河供水；灌溉用水根据作物需要在水位满足的条件下，视含沙量的大小进行“相机”引水。

小浪底水库运用第12～14年，这时期正是南岸灌区配套以后的运用期。在库区形成高滩高槽后，主汛期利用大水流量逐步降低水位至230m，冲刷下切形成高滩深槽，第28年后转入后期正常运用。根据坝区泥沙模型试验的有关成果，坝区水流流态和河势演变过程，由分汊游荡到形成单一河槽。主汛期，主河槽中含沙量大的浑水进入进水塔前的引水渠，由于引水渠中流速很小，泥沙多淤积在引水渠口门段。推测进水塔口门冲刷渠底淤积面高程243m～246m，按一定的纵坡比例与主河槽漏斗交汇点底高程为246m～253m，此时，交汇点底高程高于主河槽主汛期水库的平均运用水位245m～246m。为增加“相机”引水的机率，引渠冲刷形成的进口渠底与坝区冲刷漏斗河槽交汇处的河底高程必须采用挖泥船清淤。由挖泥船搅动泥沙，通过进水塔泄流排沙，水流通过引水隧洞、退水闸、退水渠经西河清沟退入黄河。

根据其引水原则，为适应小浪底水库的运用方式，以保证在非汛期正常取水和主汛期“相机”取水的需要，引水口的取水方式采用三级取水。其进水塔的设计特点为： 进水塔检修门分三级台阶式取水，汛期检修闸门还承担挡水、挡沙、排沙的任务，其进口底坎高程分别为240m、246m、252m。

又根据小浪底水库主汛期拦沙和调水调沙，控制运用水位不超过防洪限制水位254m，水库正常运用期主汛期在槽库容内调水调沙，运用水位在230～254m之间变化，多数时间主汛期平均运用水位在245～246m。此时期引水可结合小浪底水库的运用水位升降的变化（低于245m和高于246m），在引水渠内进行挖泥清淤，适时开启最下一级检修闸门进行泄流排沙，并使进水塔前的朔源冲刷充分发展。

4.2 取水运用条件

     小浪底水库运用初期，水库运用前9～10年，南岸引水口灌区配套工程还没有完成，引水口闸门不经常开启。初期水库的淤积将随着坝区淤积面的抬高而抬高，当运用第12年后，正是灌区配套工程的运用期，淤积面将达240～246m高程以上。且主汛期库水位在242～252m，此水位的概率大约为80%左右，水位在246m以下也有一定的概率。一般情况下，开启最下一级检修闸门引水。特殊情况下，考虑“相机”引水的条件，开启最下一级检修闸门引水，并适时先清淤后引水。

     小浪底水库正常运用期的非汛期，根据灌溉和供水要求正常引水，库水位抬高时，适时由下向上逐级关闭检修闸门，由相应上一级闸门引水，以满足非汛期引取表层清水的要求。水库汛前降低水位时，检修闸门由高向低逐级开启，由最下一级闸门引水。主汛期， 当朔源冲刷河槽形成后，启用最下一级闸门拉沙，由挖泥船配合开槽，以满足主汛期“相机”引水的条件。引水前，将通过进水塔泄流排沙，先将排沙水流退入下游黄河，然后再进行引水。其要求为：

（1）    当库水位抬高时，坝前浑水进入冲刷河槽，此时应立即停止分水闸引水，及时开启冲沙闸门排沙，以防止冲刷河槽的回淤。

（2）    主汛期不引水时，也适时启用最下一级闸门拉沙、开槽，将门前泥沙淤积高程控制在243m～246m以下。

（3）     遇有大洪水，检修闸门按以上程序紧急关闭，以防止洪水对进水塔产生有害影响。

4.3  闸门及启闭机的运用条件

4.3.1　检修闸门

 进水塔前设三级检修闸门，底坎高程分别为：240、246、252m。闸门的主要任务是非汛期引取表层清水，汛期承担挡水挡沙及“相机”引水和排沙的任务。闸门的运用方式为静水启闭，平压方式为旁通管充水平压。为了增加工程运用的灵活性、减少清淤工作量、节约水量，保证底孔检修门在246.0水位以下能够有启门的条件。根据闸门的运用条件，考虑底孔检修闸门，在6m泥沙淤高和6m水头以下可以直接开启闸门，该门由700KN门机通过抓梁进行操作。

4.3.2 事故闸门

     事故闸门的设置是为了当进水塔后隧洞及出口工作弧门发生事故时，能够及时关闭洞口以防事态发展。闸门平时由锁定梁锁定在265.0高程的检修平台，正常引水时闸门悬挂在孔口上方，当隧洞及出口弧门发生事故时，能够及时关闭孔口。闸门的运行方式为动水闭门，静水启门。库水位在240～246m之间时，事故闸门可直接开启而无需充水平压；库水位超过246m时，事故门开启前利用242m高程处的平压管进行充水平压。考虑在5m泥沙淤高和5m水位差以下直接开启闸门，由1x1250KN的固定卷扬机启闭。

5.结语

    小浪底南岸引水口工程的运用条件完全受小浪底水库运用的制约，黄河多泥沙给进水口建筑物设计带来了复杂的取水条件及运用条件。尽管如此，进水塔引水布置应适应小浪底水库的运用条件及黄河多泥沙的特点。设计中经多次研究、论证及优化，克服了地质条件复杂（二迭系粘土岩）、基本解决了取水口在小浪底水库水位变幅大和孔口泥沙淤堵的取水条件。

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