新中國首個跨流域引水工程——天津引灤入津工程
一、引灤入津工程的歷史背景和意義
天津地處華北平原、渤海之濱，海河流經市區后入渤海。海河是由南運河、子牙河、大清河、永定河、北運河以及大大小小三百多條支流匯集而成，它形成了華北地區最大的水系一海河水系。它西起太行、東臨渤海，南界黃河、北跨燕山與灤河流域接壤，流域面積約26.5萬km2，1.8億畝耕地，是我國主要農產區之一。
但歷史上這片沃土，早澇災害頻仍。根據歷史記載，近600年間，曾發生水災387次，旱災407次，天津市也曾被淹過70多次。海河流域降雨有其顯著的特點：雨量集中，春旱秋澇。該流域多年平均降水量為400〜500mm,其中80%的雨量集中在七、八兩月的幾次大暴雨中，甚至雨天又集中在幾天之內。年際間的雨量分布也極不平衡，少雨年僅200〜300mm,豐雨年可達到1300mm。如1963年特大暴雨中心內邱縣某村，7天的降雨量達2050mm,相當于平均年降雨量的三.四倍；1964年平原地區連續降雨40多天，總降雨量超過1000mm,形成特大洪災。而大雨過后，又往往久不見雨。特別是到了春季農業用水季節，雨量更少，甚至還出現整年不下一次透雨的現象。如1920年、1942年、1972年和1981年，大部分地區僅降水200mm左右，不到正常年景的一半。
解放以后，國家對海河水系進行根治，集中力量治理了為害最大的子牙河、大清河、南運河三大河流，興建了一些大型水庫如官廳水庫、密云水庫、崗南水庫、黃壁水庫、岳城水庫等，起到了相當的調節作用，減輕了海河流域的洪早災害。
天津城市用水歷來就以海河的支流作為主要水源。隨著海河上游各省市工農業及城市的發展，其用水量也大大提高了，當地為了解決其用水，又興建了一大批中小型水庫、水塘、壕壩，使海河的來水量逐年減少。1950年至1957年上游各河道平均來水量約100億m3 1958年至1964年隨著上游一些大型水庫的逐步完工蓄水，除干旱季節高峰用水時，覺得水源緊張外，水的供需基本平衡。1964年上游山區又繼續擴建水庫攔洪蓄水，使來水量下降至18億m3左右。例如，1952年上游來水量90億m3入海水量51億m3；1968年上游來水量仍達9億m‘，而入海水量僅為3.4億m3由于海河枯水期涇流的逐年減小，海水頂托現象逐年加重，水的含鹽量逐年増高。每年旱季天津芥園水廠原水氯離子含量高達1000mg/l以上，最高達1600 mg/lo正如當時有“自來水可以腌咸菜”的夸張說法。
從1965年以來，尤其是1972年大旱以來，天津春季用水均由密云水庫供應。密云水庫除供北京用水外，還要部分供給天津。1980年至1981年連續干旱，密云水庫蓄水量減少，再無法繼續向天津供水。于是1981年冬和1982年冬天津市組織了兩次引取黃河水，動員豫、魯、冀三省人民大力協助引水。由于引水路線長，收水率低，每次引水2億m3,耗資達3億元，真可謂飲水貴如油。
解放后三十年來，天津市的建設和生產取得了很大的發展，人民生活水平也有相應的提高，城市用水量也増加很多。如1950年生活用水量約1200萬m3，生產用水量為181萬m3;而1980年生活用水量增加到9350萬m3；生產用水量增加到12800萬m3（不包括四十多家工廠從海河直接取水）。30年間，在大力開展節約用水的情況下，生活用水量增加了七倍，生產用水增加了七十倍。
黨中央、國務院為了迅速扭轉天津市供水工作面臨的嚴重局面，維護天津市工農業生產的順利進行，保障人民正常生活需要，在決定引黃濟津的同時，又批準引灤人津工程。
深河發源于河北省張家口地區的巴彥吐骨爾，流經內蒙古治區的多倫地區，再返回張家口地區，經唐山地區在樂亭縣人渤海，全長885km。灤河的上游有閃電河等五條河流匯集，形成了灤河水系。全流域4.46萬km3，多屬華北北部山區，人口較少，工農業建設也少，沿途水量損失少，多年平均徑流量為46億m3，加之沿途植被良好，河水水質好。當時，國家正在興建潘家口水庫和大黑汀水庫。
潘家口水庫建于寬縣和遷西縣連接處的灤河上，燕山山脈的峽谷之間，水庫總容量29.3億m，3可分配水量19.5億m3，其中供給天津市10億m3，大黑汀水庫的調節容量為2億因此，引灤人津水源可靠，水質良好。工程的完成可以滿足近期天津市工農業和城市生活用水需要。
二、引灤入津工程概況
引灤入津工程是當時我國最大、最完善的城市給水工程。它包括水源工程、輸水工程、蓄水工程、凈水工程和配水工程。它連接灤河和海河兩個水系，引灤河水穿越燕山山脈進入海河水系，總長234km,是我國最長的跨水域城市引水工程。引灤入津工程使潘家口水庫的水流經30km的灤河迸入大黑汀水庫，在大黑汀水庫的壩下，開鑿一條穿越灤河水系與海河水系之間分水嶺的引水隧洞，把水引至黎河，流入薊縣的于橋水庫，循洲河、薊運河流至九王莊閘，進入專用輸水明渠，向南穿越鮑丘河，流至潮白新河北岸，潮白新河泵站將引水提升，經倒虹穿過潮白新河，進入下一段專用輸水明渠，流至爾王莊泵站，經爾王莊泵站后，引水分成兩股：一股走明渠，經大張莊泵站再提升后，入永定新河，北運河人津；一股走暗渠，經宜興埠泵站用鋼管分別送水新開河水廠和西河水廠。
全線共計215個工程項目，其中主要的工程項目有開鑿一條長約12km,流量為60m3/s的引水隧洞，整治118km的河道，開挖一條64km長的專用輸水明渠，修建12座倒虹，4座大型泵站，一座總庫容4500萬m3的平泵水庫，一條26km長的雙孔鋼筋混凝土暗渠，兩條共計14.4km的大口徑輸水鋼管，興建75座橋梁，三座變電站，新建一座日供水能力50萬m3的新開河水廠。
三、引灤入津工程進度
1981年5月國務院決定密云水庫保北京用水，潘家口水庫保天津和唐山用水。
1981年9月天津市委常委擴大會議審批了引灤入津工程選線方案。
1981年9月國務院批示，引灤人津工程的勘測設計、施工等由天津市負責審定，并組織實施。要求在保證工程質量的前提下加快進度，保證1985年通水，并爭取提前。
1981年11月施工部隊進入隧洞工地。
1982年5月全線開工。
1983年9月正式通水。
1984年8月通過國家驗收。
四、工程內容
1、專用輸水明渠
我院負責：自九王莊放水閘后B點起，至潮白新河倒虹后E點止，全長13km。
根據總體規劃，該段設計輸水量為50m3/s,采用梯形土明渠。為了減少土方量和防止沿線耕地的鹽堿化，按渠道豎向設計，設計地面、原地面和渠頂面基本上是同一標高。
當專用輸水明渠與窩頭河交叉時，將窩頭河載斷。在窩頭河上修建倒虹，穿越專用輸水明渠的下面，其設計流量為10m3/s，經下游胡各莊泵站排除。另外30m3/s的排澇水經閘室接入輸水明渠，由潮白新河泵站排澇道排除。
為了連接輸水明渠兩岸的交通，在此段輸水明渠沿線還設有兩座公路橋，11座生產橋。
引灤入津示意圖
圖1 潮白新河泵站總平面圖布置（單位：米）
2、鮑丘河倒虹
鮑丘河倒虹位于寶世縣高八莊西南、津薊鐵路東側、高九渠和鮑丘河交匯處，距九王莊放水閘5.8km。據地質報告。區內地處燕山山前洪積與河流沖積平原交接區，屬河漫灘與湖沼相混合類型沉積層，土層交錯，透鏡體較多。承載能力低，抗剪強度差，且土質軟硬不均。
鮑丘河倒虹由前池、進口閘室、倒虹渠身、出口閘室和消力池等五部分組成，總長207.5m。
前池和消力池兩岸設一扭曲面連接閘室和明渠，底板下和擋墻背后，均設有反濾層。
進、出口閘室采用相同的布置形式，為了使進、出口水流順暢，同時考慮施工方便，頂板是圓弧形的導流板。進口導流板前設一道欄污柵。欄防柵槽兼作檢修閘槽，緊接導流板設并列三扇3.2 x 3.2m的平面鋼閘板門。閘板門側設有進氣孔（兼作人孔）。閘室上部為操作平臺，并設有閘門啟閉機架。
為了改善渠身的水流條件和受力條件，在各孔渠身的四角設有腋角采用現澆鋼筋混凝土結構，每20m設沉降縫一道。每孔渠身中部設有放水孔，借渠身清淤檢修時放水用，并配有潛水泵，以排除倒虹內積水。
1982年9月開工，1983年元月完工。在施工中，由于地下水位較高，采用大口井降水施工。
3、潮白新河泵站
潮白新河座泵站落在寶詆縣城東南、潮白新河的北岸。此泵站在平面布置上，分為站前區和生產區兩部分。
站前區主要包括辦公樓、鍋爐房、食堂和傳達室等；生產區是由泵房（主機房和輔機房）、控制室與前、后池組合而成的泵站主體構筑物以及變配電室、管井、水塔、機修車間等組成。潮白新河泵站除了提升專用輸水明渠引水外，遇暴雨，還要承擔地區排澇任務C
該泵站于1983年7月建成試車，一次成功。自1983年9月通水至今，經連續運行，情況良好。
（1）機組運行工況
潮白新河泵站的設計水量為50m3/s,泵站機組運行工況分為以下四種：
A、正常運行工況：提升上游專用輸水明渠引水量50m3/s,經潮白新河倒虹進入下游段專用輸水明渠，流至爾王莊泵站入津。
B、檢修蓄水工況：當下游專用輸水明渠檢修時，關閉潮白新河倒虹的進水閘門，將上游專用輸水明渠引水提升到潮白新河，再經臨時供水線入津。此時，潮白新河最高蓄水位為黃海髙程4.5m。該工況的提升水量為30m3/s。
C、校核工況：據給定的設計條件，本泵站的最小提升水量為30m3/s。以此校核前池水位、葉輪淹沒深度和揚程。
D、排澇工況：遇暴雨，寶城縣地區的部分積水須由潮白新河泵站提升，排入潮白新河。排澇水量為8~40m3/s當前池水位降至黃海高程1.5m時，停止排澇，改按前面三種工況之一運行或停機。當潮白新河洪水位超過設計洪水位（黃海高程7.5m）時，必須停機，并關閉排澇道閘門。待洪峰過后，再啟動機組，繼續排澇，以保證機組安全。
（2）主體構筑物
泵站的前池、泵房（主機房和輔機房）和后池都布置在同一軸線上。泵站采用正向引水方式。這可使前池流速分布均勻，減少渦流，從而為機組運行提供有利的水力條件。
A、前池
前池是輸水明渠與進水流道之間的連接段，應具有一定的容積。本設計釆用的前池長65.40m,寬48.25 m,深10.26m。
為攔截水中的漂浮物，在明渠與前池連接處，設置了一道攔污柵。并選用了一套移動式耙草機，用來清除截留在攔污柵上的漂浮物。
前池中設有水位信號裝置。在
控制室操作臺上，可以連續顯示水位信號。
B、泵房
(a)泵房布置：泵房為堤后式泵房。在平面布置上，分主機房和輔機房。主、輔機房之間由兩條廊道相連。主機房一端與控制室毗連，形成一座完整的組合式建筑，便于操作管理。
主機房內安裝七臺18CJ-63型全調節軸流泵機組。其平面尺寸，長64m,寬12.4mo在立面布置上共分四層。自上而下分別是電機層、聯軸層、水泵層和流道層�？偢叨�24.36m,其中電機層以下部分為11.96m。在主機房遠離控制室一端，設有檢修場。這部分在立面布置上，分為三層。檢修層的下面為油壓裝置室，除設油壓裝置外，還設有高壓空壓機。這一層和聯軸層處于同一高程。再下面為油處理室，內設油處理設備和貯油罐。這一層和水泵層處于同一高程。
輔機房平面尺寸，長49.65m,寬5.9m,高13m。其中地坪以下部分8.5m,內設真空泵、低壓空壓機和真空破壞閥。
對于大型軸流泵，當時我國尚無統一系列。根據本工程的特點和各種流量的組合，選擇主機的單機流量為其計算凈揚程為4.55m〜6.15m。為此，天津發電設備廠試制了18CJ-63型全調節軸流泵機組(配TL900—24/2150同步電機)。其特性是：Q=10.1m3/s；H=6.3m；η=86.2%；n=250 r/min。
主機房內安裝的七臺軸流栗機組，其中有兩臺為備用泵(一臺事故備用，一臺檢修備用)。
(b)進出水流道：流道的選型是一個必須重視的問題。它不僅影響水泵揚程的高低、經常費用和基建費用的大小，還影響機組的效率和安全。
根據本工程的具體情況，選用了肘型進水流道和虹吸式岀水流道。中國農機院為18CJ-63型軸流泵作了流道模型試驗。進水流道流速V=0.6m/s-3.75m/S；出水流道流速V2=3.38m/s〜1.04m/s。
為了阻擋可能掉入前池中的物件進入流道，以保障機組安全運行和在機組檢修前切斷水流，在進水流道的進口設有一道格柵和一道閘門。起吊閘門采用Qy項型汽車起重機進行。萬一某一機組的閘槽必須檢修，也可將格柵提出，換成疊梁閘或閘板切斷該機組的進水，即可進行檢修，而不必抽干前池，造成全線停水。
在閘門的前后，設有連通管。在閘門起吊之前，可先打開連通管上的閘門，使流道水位和前池水位達到同一高度，以平衡閘門前后的水壓力，減小起吊力。
C、后池
潮白新河泵站的后池是泵房出水流道和倒虹、排澇道之間的連接段。它可以消除水流經過岀水流道之后仍具有的動能，保證水流平衡地流人潮白新河倒虹或經排澇道流入潮白新河。本設計釆用的后池長67m,寬47.65m,深9.0m。
為了保證出水流道有一定的水封深度，在后池建有溢流堰，堰頂高程4.0m。后池最高水位7.65m。池內裝有水位信號裝置。在控制室操作臺上，可以連續顯示水位信號。
(3)輔助系統
潮白新河泵站的輔助系統主要包括水、油、氣、起吊和采曖通風等幾部分。
據同類型泵站的管理經驗，輔助系統的維修工作比主機繁瑣，岀現故障的機會也多，有時不得不將主機停下，進行輔助系統的檢修。這就要求在設計上和實際運行中，對輔助系統必須引起重視。
A.、給水系統
站內給水主要供主輔機的冷卻水、潤滑水、消防水、生活水及其他用水�？傆盟考s94m7h,采用深層地下水。經水質化驗，地下水符合要求。這就省掉了混凝沉淀、過濾一套完整的水處理工藝。本工程給水系統鉆井三眼，其中一眼備用井。抽升設備釆用200QB50型潛水泵。為調節水量，建有150m‘水塔一座，高28m。
潛水泵根據水塔中水位的高低自動開、停。當工作泵發生事故時，備用泵可以自動投人運行。當水位過低時，則發出聲光報警信號。
為滿足油處理室貯油罐消防水壓，在給水系統中串聯了一臺3BA-6A型離心泵。
B、排水系統
站內生活污水經化糞池處理后，排入泵站下游截滲溝中。
泵房內主、輔機的冷卻水，通過管道流人主機房的排水廊道，再經200BZ17型離心泵排入前池。排水泵共設三臺，其中一臺備用。
排水泵根據排水廊道中的水位變化自動開、停。當工作泵發生事故時，備用泵可以自動投人運行。當水位達到最高水位時，則發出聲光報警信號。
C、壓力油系統
它是供18CJ-63型軸流泵調整葉片角度用的。共安裝兩套HyZ-1.0型油壓裝置，分別供1~3號機組與4~7號機組用。當其中一套油壓裝置發生故障時，可以進行管路切換，由另一套油壓裝置供全部運行機組(最多為五臺)使用。
壓力油罐內油壓、油位不正常時，可以通過油罐上的電接點壓力表發出信號，并自動開、停油泵或高壓空壓機。根據運行經驗，在正常運行情況下，補氣的次數比補油的次數少得多。
D、潤滑油系統
它主要供TL900-24/2150同步電機冷卻用油。其次，水泵轉輪和油壓裝置也要用油。另外，尚須儲備一定數量的備用油。據主機制造廠家要求，統一選用30號透平油。本泵房的總用油量約13m3。
泵房內設有專門管路，為冷卻器供油和排油。
E.、油處理系統
運行中變質的油將排到油處理室廢油桶中，然后通過壓力濾油機和真空濾油機除去油中的雜質和水分，經化驗合格后儲存在清油桶中，以供重復使用。
在控制室底層設有油化驗室，對油質進行取樣、分析。
F、高壓氣系統
向油壓裝置補氣是為了保持油壓裝置里的油壓，以有足夠的能量，調整軸流泵葉片的角度。設計中選用CZ-20/30型空壓機兩臺，其中一臺備用。
G、低壓氣系統
它供給出水流道真空破壞閥動作用氣、攔污柵和流道進出口破冰用氣、吹掃用氣、風動工具用氣以及其他用氣。設計中選用了兩臺11ZA-1.5/8型空壓機，其中一臺備用。
在低壓氣系統中，安裝有貯氣罐。這為安全停車提供了有力的保障，貯氣罐的容積是按五臺機組的真空破壞閥各動作兩次的總需氣量計算的。即使在事故停電的情況下，也能做到使全部運行的機組安全停運。
貯氣罐上裝有電接點壓力表，根據罐內的壓力情況，可以自動開、�？諌簷C。
H、真空系統
為了減少主機啟動揚程，縮短啟動時間，以減輕啟動過程中的汽蝕現象，本泵房選用了兩臺SZ-3型真空泵。在出水流道下降段駝峰底以下0.2m處，安裝有水位信號器。在電氣的真空回路中，裝有時間繼電器。在出水流道駝峰頂部，裝有壓力真空表。
當真空泵啟動后，出水流道中的空氣逐漸減少，其上升段和下降段的水位同時上升。當下降段的水位上升到駝峰底以下0.2m處時，水位信號器接通。主機啟動，電氣真空回路上的時間繼電器延時運作；待上升段水流到達駝峰時，關閉真空管路，停止抽氣，主機接近額定轉速，牽入同步，投入正常運轉。
如在規定的時間內，主機因故不能自動投勵牽入同步時，保護裝置動作，打開真空破壞閥，主機停運待檢。
I、頂車系統
頂車系統設備的要求是：推力軸瓦與鏡板之間應保持一層油膜，以避免機組在啟動過程中損壞軸瓦或增加啟動困難。主機制造廠家提供了一套LSJ-4X100型拉伸機油泵。油泵輸出高壓油，將電機轉子頂起，使推力軸瓦與鏡板脫開，潤滑油進入其間。關閉油泵后，壓力油排出，電機轉子落下，推力軸瓦與鏡板之間就形成了一層油膜。按廠家要求，待運轉的機組每隔24h頂車一次，以保持良好的備用狀況。
J、起吊系統
在主機房電機層，安裝一臺15/3號電動雙鉤橋式起重機，供主、輔機安裝和維修時使用。
主機房檢修場的一端設有吊物孔。起吊物可以自電機層垂直向下通至水泵層。在水泵層設有一臺5t單軌電動吊車，供水泵層作水平運輸用。
K、采暖通風系統
(a)釆暖：室外計算溫度采用—10℃。主、輔機房的室內計算溫度為+8℃。熱煤采用95℃無低溫水。主機房采暖只考慮地上部分。地下部分，可利用電機排風余熱提高空氣溫度。
(b)通風：泵房通風主要是降低主電機的溫升，保證機組正常運行，同時也改善水泵層的工作條件。
L、吹氣防冰系統
冬季，寶氓縣氣溫較低。根據氣象資料統計，累年最冷月(1月份)平均氣溫為-5.9℃。為了防止冰棱影響攔污柵及流道的正常工作以及冰壓力對泵房造成的危害，設計中釆用壓縮空氣吹氣防冰°空氣來自低壓氣系統的貯氣罐，用管道輸送至流道的進出口及攔污柵處，將空氣管的出氣端插人水面以下。當空氣自管中噴岀時，水面便產生波動，從而防止水面結冰。
4、潮白新河倒虹及排澇道
潮白新河倒虹位于專用輸水明渠與潮白新河交匯處。潮白新河倒虹爸括進口閘室、倒虹渠身、出口閘室和消力池等。其進口閘室與潮白新河泵站的后池相銜接，省去了單獨的前池°總長879.9m。
關于排澇道的作用，前面巳經提及，在雨季，潮白新河泵站上游的專用輸水明渠兼顧當地部分排澇任務；另外，在下游明渠出現事故時，潮白新河泵站尚可將上游來水提升，通過排澇道進人潮白新河，再經臨時供水線人津。排澇時，設計流量為40m3/s(其中窩頭河排澇水量為30m払截留溝排澇水量為10m3/s,出口水位控制為7.00m;臨線供水時，設計流量為30m3/s,出口水位為4.5m。排澇道包括進口閘室、排澇箱涵、岀口閘室、消力池和岀口明渠等�？傞L度453.88m。潮白新河倒虹及排澇道的布置形式和構造處理大體與鮑丘河倒虹相似，此處不再贅述。
5、輸水暗渠
爾王莊以下沿線農田多用污水灌溉，為保證輸送水質，由爾王莊至宜興埠段釆用暗渠輸水。經宜興埠泵站加壓后，一條2500mm鋼管送至西河水廠；一條1800mm鋼管送至新開河水廠。
輸水暗渠總長26km,其中自北京排污河至永定新河段長10.8km。設計流量19.1m3/s,采用雙孔鋼筋混凝土方涵。洞線布有排氣閥，泄空閥的檢查孔，在主要倒虹之后設有閘室，負責前一段暗渠及倒虹的檢修。
五、工程效益
(1)引灤入津工程投產后，緩解了當時天津市用水的緊張局面。為天津市民提供了優質生活用水，解決了多年來飲用咸水、苦水的難題，保障了人民身體健康。使因缺水而停產的企業得以開工生產，從而可以充分發揮天津市老工業基地的作用。為近年改革開放、引進外資，提供了良好的基礎設施，為穩定人才、引進人才創造了有利條件。
(2)用引深水取代了一部分地下水，并逐步進行回灌，控制了地面沉降的發展。
(3)引灤人津后，密云水庫有更多的水供北京使用，對北京的發展和建設也是一種支持。
(4)由于引灤人津工程提前到1983年通水，可以避免了第三次引黃，節約了資金，降低了成本。
六、獲獎情況
國家質量獎審定委員會批準榮獲金質獎章
全國優秀設計評選委員會國家優秀設計獎
城鄉建設環境保護部城建系統優秀設計一等獎
七、主要參與人員
吳松華、鄧逢森、王增考、孫海權、黃希堯、李福祥、楊存修、鐘木華等。
