孫軍平

（陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院陜西西安710001）

延安黃河引水工程延水關(guān)樞紐取水口設(shè)計(jì)方案探討

孫軍平

（陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院陜西西安710001）

陜西省延安市黃河引水工程屬延安市“十二五”重點(diǎn)水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目，工程取水樞紐直接從黃河干流取水，黃河干流河水洪、枯流量相差懸殊，洪汛期水中泥砂含量大、水面多漂浮物，冬季河面多浮冰流凌，極易導(dǎo)致取水口及流道堵塞，危機(jī)運(yùn)行安全、影響取水流量，是臨河取水建筑物型式設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，為解決以上問題，經(jīng)綜合比較論證，本工程在陜西省范圍內(nèi)首次選用雙向斗槽取水方式，研究可為類似案例提供借鑒。

引水工程；取水口；雙向斗槽式取水；方案探討

1　工程概況

延安黃河引水工程位于延安市東北部，是以黃河為主要取水水源的長距離引水工程。工程建設(shè)目的是解決延安市及周邊縣區(qū)的長期缺水問題，屬延安市“十二五”重點(diǎn)水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目，工程年供水總量為8977萬m3/a，設(shè)計(jì)引水流量為4.2m3/s，梯級(jí)泵站總裝機(jī)功率48.1MW，該工程為Ⅲ等中型供水工程。工程取水樞紐位于延安市延川縣延水關(guān)鎮(zhèn)東南約4.5km處的王家渠村東南、黃河右岸，一級(jí)泵站抽取黃河水經(jīng)凈水廠預(yù)處理后，通過5級(jí)泵站加壓、約84km管線輸水至延安市東川水廠及沿途各受水點(diǎn)。工程主要建筑包括取水樞紐、提水泵站、輸水管（洞）線、泥沙處理、調(diào)蓄及應(yīng)急水庫、凈水廠等六部分。該工程建成投運(yùn)后可解決沿線及延安市約70.56萬人城鎮(zhèn)居民生活用水、并為該地區(qū)工業(yè)生產(chǎn)用水提供可靠保障。

2　取水樞紐設(shè)計(jì)思路

2.1取水口特點(diǎn)

工程從黃河干流延水關(guān)取水（詳見圖1），該處為峽谷型河道，水面寬280m～360m，河道經(jīng)多年的河勢演變后水流上提下挫，河道主槽靠近右岸，形成彎道凹岸，左岸形成灘面，右岸基巖裸露，岸坡穩(wěn)定。取水位置定在彎道凹岸頂點(diǎn)上部，其上游對岸送流條件良好，彎道迎流條件優(yōu)越；取水口一級(jí)臺(tái)地高程550m～551m，臺(tái)地開闊，巖層暴露，臺(tái)地下游側(cè)有采沙簡易公路通過，進(jìn)出交通條件便利，綜合工程建設(shè)條件良好。

根據(jù)上游吳堡、下游龍門兩個(gè)水文統(tǒng)計(jì)資料內(nèi)插計(jì)算分析，延水關(guān)擬建取水口斷面多年平均流量為787.1m3/s，多年平均徑流量248.4億m3，相對于本工程設(shè)計(jì)引水量而言，取水水源水量充沛，完全能滿足本工程設(shè)計(jì)引水流量和供水保證率。

黃河屬于多泥沙河流，延水關(guān)河段位于黃河中游，具有水沙關(guān)系不協(xié)調(diào)、年際變化大、年內(nèi)分配不均的特點(diǎn)。統(tǒng)計(jì)資料顯示，上游吳堡站多年平均懸移質(zhì)輸沙量4.05億t，下游龍門站多年平均懸移質(zhì)輸沙量約7.04億t，內(nèi)插分析計(jì)算延水關(guān)取水河段多年平均懸移質(zhì)輸沙量約5.82億t，多年平均含沙量為23.5kg/m3，根據(jù)設(shè)計(jì)保證率要求，工程設(shè)計(jì)取水沙限值為60kg/m3。

延水關(guān)樞紐所在河段冬季氣候寒冷，從11月下旬至2月下旬的旬平均氣溫均在零度以下，日平均氣溫在零度以下的持續(xù)時(shí)間約90天，極端最低氣溫-22.5℃。多年統(tǒng)計(jì)資料顯示冰層厚度約為0.5m～1.0m、且以靠岸流凌為主。

綜合以上特點(diǎn)來看，延水關(guān)取水口水質(zhì)富含泥沙、冬季多冰凌等水面漂浮物，因此樞紐取水建筑物型式選擇至關(guān)重要，合理有效的取水方式將決定投運(yùn)期取水的可靠性與運(yùn)行管理的便利性。

2.2取水建筑物型式方案

地表水取水工程［1］中提到：地表取水臨河而建的取水構(gòu)筑物，按構(gòu)造型式大致可以分為二類：固定式取水構(gòu)筑物、移動(dòng)式取水構(gòu)筑物。根據(jù)延水關(guān)地形、河勢、冰凍等特點(diǎn)，移動(dòng)式取水構(gòu)筑物如浮船式、斜拉纜車式取水均受制于冰凍影響、冬季運(yùn)行可靠性較低、維護(hù)困難。固定式取水方式按位置分岸邊式、河床式、和斗槽式三種型式，河床式主要適用于河道主流遠(yuǎn)離取水口的情況，而延水關(guān)取水口處河岸主流頂沖靠岸，不存在脫流問題。經(jīng)對已成臨河取水案例多方比較，本工程主要選定岸邊式和斗槽式兩種取水型式進(jìn)行方案比較。

圖1　黃河延水關(guān)平面圖

岸邊閘式取水布置的典型案例是在距本工程黃河下游約200km處的陜西省合陽縣東雷灌區(qū)二期抽黃太里灣取水樞紐，工程興建于上世紀(jì)90年代，運(yùn)行至今已20余年，設(shè)計(jì)取水流量40m3/s。太里灣抽黃取水樞紐布置型式如圖2。

斗槽式取水典型案例是位于黃河上游段，蘭州市二水廠在西固區(qū)修建的臨河取水工程，采用閘門控制進(jìn)水的雙流式斗槽取水方式，設(shè)計(jì)最大引水流量6.0m3/s，該取水斗槽由原蘇聯(lián)專家20世紀(jì)60年代設(shè)計(jì)援建，運(yùn)行至今已經(jīng)50余年，取水口布置型式如圖3。

岸邊閘式取水垂直于河道主流布置，進(jìn)水閘后單機(jī)單流道引水至泵站吸水池。流道取水口至吸水池段沿進(jìn)水流向，分別設(shè)有疊梁閘、垂直攔污柵、工作閘，吸水池。雙向斗槽式取水渠槽按平行于河道岸邊布置引流，采用閘門控制上下游雙向進(jìn)流。分上下游進(jìn)水口、中間泵站進(jìn)水段。上下進(jìn)水口依次設(shè)有攔污（冰）粗柵及清污門機(jī)、垂直攔污柵、進(jìn)水閘等。

岸邊閘式取水口垂直于河道主流直接進(jìn)水，分沙比大于分流比，更容易引進(jìn)河道富含底沙水流，且進(jìn)水流道較長，流道、吸水池內(nèi)容易形成泥沙淤積無法清理；流道進(jìn)水口較寬、運(yùn)行存在浮冰、漂浮物堵塞進(jìn)水口等問題。據(jù)筆者現(xiàn)場調(diào)研，東雷抽黃工程太里灣取水口夏季柴草、冬季冰凌、進(jìn)水口前及流道內(nèi)泥沙淤積等，多年來一直是困擾工程運(yùn)行維護(hù)的難題。泥沙淤積致使進(jìn)水閘前河床抬高，閘后泵站進(jìn)水流道、吸水池、站后幾十公里輸水干渠嚴(yán)重淤積，多年淤積下來，干渠斷面過流能力衰減，清淤工程量大。而冬季冰凌堵塞閘前又嚴(yán)重影響取水量，專設(shè)的破冰船等措施導(dǎo)排不及；夏季取水口攔污柵前浮草等漂浮物清理不及致使回轉(zhuǎn)式清污機(jī)過載鏈條拉斷。

相比之下，地表水取水工程［1］中提到：雙向閘控制引水斗槽取水布置型式更適用于主流靠岸、河道泥沙含量大、冬季冰凍情況嚴(yán)重的黃河河道。根據(jù)蘭州一水廠的斗槽取水運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，雙向式斗槽可以采用工程措施和設(shè)備措施相結(jié)合的方式導(dǎo)排，即夏季汛期泥沙含量大時(shí)關(guān)閉下游取水斗口，采用上游斗口順流取表層清水，冬季冰情嚴(yán)重時(shí)關(guān)閉上游斗口，采用下游斗口取水，起到防沙導(dǎo)冰靈活運(yùn)行的功效，基本能解決上述問題，工程運(yùn)行半個(gè)世紀(jì)以來基本無以上問題影響管理維護(hù)。除以上優(yōu)點(diǎn)外，相比進(jìn)水閘式取水方式，斗槽還可以通過槽身明渠對天然河道紊亂水流進(jìn)行整流，確保泵站吸水流態(tài)平穩(wěn)。斗槽布置還可以結(jié)合地形條件，將取水斗槽布置在河岸以內(nèi)，這樣斗槽深入河道段較岸邊閘式短，施工時(shí)僅需在進(jìn)出口局部設(shè)置圍堰，相比岸邊式取水口，斗槽式施工圍堰短、對河道泄洪影響小。

2.3斗槽式具體保障措施

2.3.1泥沙導(dǎo)排措施

采用雙向式斗槽取水，在汛期泥沙含量大時(shí)，首先可關(guān)閉下游斗口閘門，由上游斗口疊梁閘阻攔底層泥沙含量高的水、順流取表層清水。其次斗槽式引流流道和泵站吸水池分開布置，可利用河道高水位期對槽底淤沙實(shí)現(xiàn)定期沖洗。河道低水位期針對斗槽底板淤積泥沙層影響引流量的情況，可通過布設(shè)在斗槽槽身邊壁及底板的沖砂泵沿槽身分段進(jìn)行沖砂擾動(dòng)，使含泥沙水流入泵站吸水池內(nèi)，在吸水池內(nèi)形成抽水動(dòng)態(tài)平衡，通過水泵抽排至泥沙處理站沉淀處理后有序排泄。

2.3.2浮冰、漂流物防治措施

圖2　太里灣抽黃取水樞紐布置圖

圖3　蘭州市二水廠抽黃取水樞紐布置圖

上下游斗槽口面對黃河干流，針對冬季冰凌、夏季浮草等漂浮物影響取水效果等情況，采取的工程保障措施為：首先將斗槽進(jìn)口段按平行于河道主流布置，確保大的雜物浮冰等無法在取水口前形成有效堆積；其次是在斗口前設(shè)置攔污導(dǎo)冰鋼排，導(dǎo)冰排兩端固定設(shè)施設(shè)導(dǎo)軌，可使導(dǎo)冰排隨河道水位上下移動(dòng)，將冰凌、浮草等提前攔阻在取水口之前，隨河道主流帶離取水口。對于進(jìn)入斗口的細(xì)小冰凌、雜物等在斗口進(jìn)水閘前設(shè)置兩道攔污柵，一道攔污粗柵，一道攔污細(xì)柵。柵前堆積污物通過斗槽頂平臺(tái)上設(shè)置的門機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓抓斗，將斗口攔污柵前雜物提升至清污平臺(tái)處理。

2.4取水方式確定

通過對上述兩種取水方式工程案例在實(shí)際運(yùn)行中運(yùn)行效果的對比，結(jié)合黃河延水關(guān)處取水口特點(diǎn)，筆者認(rèn)為斗槽取水方式的整體方案、具體的防砂導(dǎo)冰保障措施更加完善，更適用于本工程的特點(diǎn)，因此延水關(guān)樞紐取水形式確定采用閘門控制、雙向進(jìn)流的斗槽式取水口方案。

3　結(jié)語

多泥沙河流上地表取水構(gòu)筑物方案受自然條件和環(huán)境影響較大，其中河流泥沙、冰凌、水面漂浮物等都給取水和凈水帶來一定的影響，本工程結(jié)合現(xiàn)狀條件，通過對建筑物型式的方案對比，并對影響斗槽取水能力的水面漂浮物、水下淤積泥沙的導(dǎo)排措施進(jìn)行充分論證、確定采用雙向斗槽式取水方案，目前該工程已進(jìn)入了建設(shè)實(shí)施階段，在工程運(yùn)行階段、筆者將密切關(guān)注雙向斗槽取水型式在黃河干流中下游河段取水的運(yùn)行效果，為后續(xù)同類型取水工程設(shè)計(jì)提供參考。陜西水利

［1］周金全.地表水取水工程北京.化學(xué)工業(yè)出版社.2005

（責(zé)任編輯：暢妮）

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