胥維纖，苗　磊，方　圓

(陜西水環(huán)境工程勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710018)

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淺談浮船式取水泵站在水源工程中的應(yīng)用

胥維纖，苗磊，方圓

(陜西水環(huán)境工程勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710018)

[摘要]隨著城鎮(zhèn)生活用水及工業(yè)用水需求的不斷增長(zhǎng)，陜西省取水水源工程建設(shè)項(xiàng)目已逐漸實(shí)施，其中水庫(kù)取水成為供水工程主要的取水方式之一。通過比較水庫(kù)中修建取水構(gòu)筑物的形式，分析論證采用浮船式抽水泵站的可行性，并給出浮船式抽水泵站設(shè)計(jì)的建議。

[關(guān)鍵詞]浮船式泵站；取水水源；固定式泵站；錨固

陜西省寶雞市鳳翔縣位于關(guān)中平原西部，是周秦發(fā)祥之地、嬴秦創(chuàng)霸之區(qū)、華夏九州之一。名列全國(guó)四大名酒之一的西鳳酒廠坐落在鳳翔縣柳林鎮(zhèn)，該鎮(zhèn)獨(dú)有的地下水水質(zhì)造就了西鳳酒的獨(dú)特韻味。隨著寶雞市政府“百億西風(fēng)”戰(zhàn)略目標(biāo)的推進(jìn)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要，為了保證西鳳酒廠的規(guī)劃原酒用水(地下水)的需求，需要?jiǎng)澏ㄎ鼬P酒城的地下水保護(hù)區(qū)范圍，該范圍內(nèi)的居民和工業(yè)用水均限制開采地下水。為滿足日益增長(zhǎng)的居民生活用水需求，減少對(duì)地下水的開采，鳳翔縣需要結(jié)合本區(qū)域內(nèi)部的地表水資源情況，新增供水工程，從根本上解決保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)的居民生活、農(nóng)業(yè)灌溉用水、其它工業(yè)用水及西鳳酒廠附屬生產(chǎn)用水。

1工程概況

工程取水水源為馮家山水庫(kù)，水庫(kù)位于千陽、鳳翔和寶雞市陳倉(cāng)區(qū)交界處的大(Ⅱ)型水庫(kù)，總庫(kù)容為4.27億 m3。

通過修建供水工程，將該水庫(kù)的庫(kù)水調(diào)至鳳翔縣城及柳林鎮(zhèn)，一方面可解決鳳翔縣城日益發(fā)展帶來的新增人口生產(chǎn)生活用水問題，另一方面可用馮家山水庫(kù)的地表水，置換西鳳酒廠保護(hù)范圍內(nèi)的地下水，滿足了釀酒業(yè)對(duì)水質(zhì)的特殊要求，又可確保百億西鳳釀酒取用地下水及區(qū)域內(nèi)居民生產(chǎn)生活用水需求，使規(guī)劃區(qū)內(nèi)地下水資源得到合理利用和保護(hù)。

水源工程取水口在馮家山水庫(kù)庫(kù)區(qū)左岸桂家峽口處，庫(kù)區(qū)上部有15～23 m陡立的巖石岸坡，岸坎頂部高程為715.00 m，目前岸坎穩(wěn)定，巖層裸露，不存在塌岸、滑坡等不利的地質(zhì)問題。陡立岸坎以上約35 m為二級(jí)臺(tái)地，地面高程為725.00 m，臺(tái)地地形平坦。取水泵站設(shè)計(jì)流量為0.50 m3/s，日供水量為43 000 m3。

2取水建筑物類型比選

水庫(kù)取水常用的泵站形式有岸邊式固定泵站、浮船式泵站和纜車式泵站三種形式。根據(jù)水庫(kù)取水的常用泵站型式，結(jié)合馮家山水庫(kù)桂家峽的地形地貌、地質(zhì)條件等，對(duì)以上三種型式泵站進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

方案一：桂家峽取水口岸坡較陡，但靠流條件較好，岸坎穩(wěn)定，不存在塌岸、滑坡等不利的地質(zhì)問題。取水點(diǎn)處馮家山水庫(kù)洪、枯水位變幅較大，高差達(dá)到26.03 m，在距離岸坎85m處布置浮動(dòng)式泵站，泵站主廠房安裝在浮船上，浮船與岸邊之間的管道采用兩級(jí)浮塢、球形萬向轉(zhuǎn)動(dòng)接頭和活絡(luò)接頭銜接。上岸后由活絡(luò)接頭接入輸水管道。

方案二：在桂家峽岸坎上游約15 m的平臺(tái)上，利用穩(wěn)固的岸坎和較低平臺(tái)，將岸坡削為1:3的坡道，布置纜車式泵站；水泵機(jī)組安裝在岸坡軌道上的泵車內(nèi)，根據(jù)水位的漲落，泵車依靠絞車沿軌道升降。泵站進(jìn)水管道布置在泵車的后側(cè)，水泵出水側(cè)管道沿斜坡敷設(shè)，斜管上設(shè)置若干叉管，水位變動(dòng)時(shí)泵車上水泵出水管與叉管連接。上岸后斜管接入輸水管道。

方案三：沿桂家峽岸坎以上約35 m有一處平臺(tái)設(shè)置固定式泵站，高程為725 m，岸坎較陡，不存在塌岸、滑坡等不利的地質(zhì)問題，沿岸坎布置沿沙灘地布置引水斗槽，將庫(kù)水引入泵站前池。

以上三個(gè)方案特點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)及投資對(duì)比具體見下馮家山水庫(kù)取水泵站方案比較表。

通過對(duì)取水泵站方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，纜車式、岸邊固定式取水建筑物施工時(shí)，必須將水庫(kù)的水位降至較低水位方可進(jìn)行。根據(jù)馮家山水庫(kù)的水位～面積關(guān)系曲線，水位水位每降低1 m，水庫(kù)庫(kù)容減少1 500 m3，水庫(kù)效益將減少1 050萬元，且水庫(kù)水位降低后將影響其他用水對(duì)象供水?？紤]工程實(shí)施和協(xié)調(diào)的難度，且馮家山水庫(kù)洪、枯水位變幅較大，因此推薦采用浮船式泵站形式，即采用浮船以適應(yīng)水位的變化，在浮船上安裝水泵汲水。由于船體漂浮在庫(kù)區(qū)中，宜在水面擺動(dòng)，因此需要在岸邊設(shè)置錨固系統(tǒng)。

3浮船式泵站的設(shè)計(jì)

3.1進(jìn)水部分

泵站進(jìn)水部分由3根DN800進(jìn)水鋼管組成。為防止進(jìn)水喇叭口容易被水中雜物堵塞，在進(jìn)水管底部設(shè)置攔污格柵，定期對(duì)格柵進(jìn)行清理。

3.2船體部分

浮船甲板平面分為主廠房區(qū)域和兩側(cè)艉尖艙區(qū)，各區(qū)域在一個(gè)平面上。根據(jù)機(jī)組按照單列式布置方式，廠房總長(zhǎng)度為17.7 m，寬度為6.0 m，主要由值班區(qū)域和機(jī)組區(qū)域兩部分組成。值班室位于浮船左側(cè)，平面尺寸為2.75 m×6.0 m，主要為工作人員值班及休息區(qū)域。中間為機(jī)組區(qū)域，主要分為兩部分，分別為水泵倉(cāng)和檢修間，總寬度為14.95 m，其中水泵倉(cāng)寬度為10.95 m，泵艙內(nèi)共安裝3臺(tái)DFSS雙吸泵(兩用一備)，水泵型號(hào)為DFSS350-13N/A，單泵流量為0.25 m3/s，設(shè)計(jì)揚(yáng)程為40 m，配套電機(jī)為Y315L1-4/160kw，整體機(jī)組采用上承式安裝方式，共同安裝在甲板上，保證機(jī)組間互不影響；檢修間寬度4.0 m，主要滿足單臺(tái)機(jī)組檢修需要的空間。

浮船總長(zhǎng)度23.2 m，水線長(zhǎng)23.0 m；型寬8.0 m，總寬9.5 m；浮船型深1.5 m，結(jié)構(gòu)吃水深度0.8 m，設(shè)計(jì)吃水深度0.7 m，保證水泵抽水的需要。浮船采用CCSA船用鋼板。

表1　馮家山水庫(kù)取水泵站方案比較表

3.3出水部分

為保證泵站在水庫(kù)庫(kù)區(qū)水位達(dá)到枯水位時(shí)浮船運(yùn)行安全，結(jié)合水庫(kù)庫(kù)底實(shí)測(cè)地形，將浮船設(shè)置在距離岸邊,80 m處。浮船式泵站三根壓力管道在水泵倉(cāng)內(nèi)并為一根管道，管道管徑為DN700。出倉(cāng)后經(jīng)過球形萬向轉(zhuǎn)動(dòng)接頭、兩個(gè)托管浮塢、岸邊支墩將三級(jí)管道輸送到岸邊，管道長(zhǎng)度分別為22.5 m、22.5 m、40 m，浮塢的尺寸分別為7.0×5.0×2.2 m、9.0×60×1.8 m。管道上岸后直接送入二級(jí)站進(jìn)水池。

3.4浮船的錨固

根據(jù)地形及水流條件，浮船的錨固形式采用錨泊和系泊兩種方式。

(1)錨泊：浮船配備短桿霍爾錨4只(2 t)，AM2-40電焊錨鏈4節(jié)。在甲板上配備30 KN電動(dòng)錨絞盤2只。

(2)系泊：在浮船首尾各設(shè)2只電動(dòng)絞盤底座、4只簡(jiǎn)易導(dǎo)纜器，同時(shí)為滿足水流流速較大時(shí)對(duì)浮船的推力和船擱淺時(shí)能牽引的要求，在庫(kù)區(qū)一級(jí)臺(tái)地上設(shè)置2個(gè)C25鋼筋混凝土系纜樁，尺寸為樁頂寬度為4 m，底寬為8 mm，高5.2 m。導(dǎo)纜樁與浮船之間采用Φ24 mm的鋼絲繩連接，繩長(zhǎng)255 m。

4結(jié)論與建議

結(jié)合馮家山水庫(kù)向鳳翔縣供水工程一級(jí)站工程取水方式的比選，提出以下建議和結(jié)論：

1)浮船抽水站與固定式泵站相比，解決水庫(kù)岸邊取水施工困難的問題，節(jié)約了土地資源與工程投資，便于管理，適用于等水位變幅較大的水庫(kù)及河道高岸坎處取水的一種方式。

2)浮船式取水泵站是無壩引水與泵站合一的取水構(gòu)筑物，站址的選擇也是抽水站設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題，除了考慮庫(kù)區(qū)水文特性，站址選擇時(shí)適宜河床穩(wěn)定，水流經(jīng)?？堪肚也划a(chǎn)生回流的河段處，水庫(kù)已選擇庫(kù)區(qū)內(nèi)洪、枯水位均著流的凹岸處。

3)為保證浮船運(yùn)行安全，需要保證船體具有一定的吃水深度要求，如果水深不足，稍有淤積，船體容易擱淺。因此在決定浮船取水水深時(shí)，需要充分考慮庫(kù)區(qū)的淤積情況或河道的沖淤變化，設(shè)計(jì)水深需要留有余地。

4)浮船船體尺寸的大小應(yīng)在保證船體穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，結(jié)合供水規(guī)模、機(jī)組布置，檢修要求等因素綜合考慮確定，在不滿足穩(wěn)定時(shí)需要采用壓艙等措施解決。

5)出水部分與岸邊之間的距離根據(jù)水下地形及取水水位確定，在滿足取水要求的基礎(chǔ)上，需要保證浮船底部與庫(kù)底之間有超過1.0 m的安全距離。浮船與岸邊之間采用聯(lián)絡(luò)管來連接取水浮船與岸邊輸水管道，為了使聯(lián)絡(luò)管能適應(yīng)船體豎向移動(dòng)，水位移動(dòng)、水平擺動(dòng)等情況，需要在聯(lián)絡(luò)管兩端設(shè)置套筒式接頭、球形萬向接頭等方式銜接，但在運(yùn)行過程中需要隨時(shí)監(jiān)控接頭處是否有漏水現(xiàn)象，一單發(fā)現(xiàn)，及時(shí)進(jìn)行檢修，保證工程運(yùn)行安全。

6)浮船在岸邊的錨固需要結(jié)合岸邊的地形、地質(zhì)特點(diǎn)及水流特性等綜合考慮確定。馮家山向鳳翔縣供水工程根據(jù)浮船受力采用系纜樁與纜繩結(jié)合的方式，主要依靠系纜樁與地面的摩擦力承受浮船對(duì)纜繩的拉力；目前我省正在更新改造的港口抽黃灌區(qū)零級(jí)站浮船式泵站位于黃河右岸潼河入黃河口處，黃河水流流蘇相對(duì)較大，船體主要依靠岸邊支墩底部設(shè)置的灌注樁承受浮船對(duì)岸邊的拉力。

7)雖然浮船式抽水泵站在水庫(kù)取水工程具有一定的優(yōu)勢(shì)，但在工程的運(yùn)行管理相對(duì)復(fù)雜，因此后期需要嚴(yán)格監(jiān)控船體及設(shè)備的運(yùn)行情況，以保障泵站的供水安全。

[中圖分類號(hào)]S277.9+2

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B

[文章編號(hào)]1004-1184(2016)02-0147-02

[作者簡(jiǎn)介]胥維纖(1983-)，女，山東濟(jì)陽人，工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)。

[收稿日期]2015-12-14