袁 帥，李海濤，向志波

(湖北省水利水電規(guī)劃勘測設(shè)計院，湖北 武漢 430064)

隨著我國經(jīng)濟及社會快速發(fā)展和人口增長，城鎮(zhèn)生活用水及工業(yè)用水需求不斷增加，引調(diào)水工程在解決水資源供需矛盾中發(fā)揮積極作用。江河湖泊及水庫作為引調(diào)水工程重要的水源地，其中水庫取水逐步成為供水工程中最重要的取水方式之一。水庫作為水源地，水質(zhì)優(yōu)良、水量有保障，但易受地形地質(zhì)，枯水期施工、水位變幅大等因素影響；移動式取水泵站適合在江河湖泊及水庫邊取水，制造簡單方便，施工周期短，造價低[1]；相比于傳統(tǒng)的取水泵站，取水效率更高，取水水質(zhì)好，安全可靠；不受水位變化，漲落頻率變化等因素影響[2]。文獻[3]闡述了移動式取水泵站的特點及其具有較強的靈活性和適應(yīng)性，在供水工程、農(nóng)田灌溉工程及特大型工程的供水中有著較好的應(yīng)用與推廣優(yōu)勢。本文將浮船式取水泵站應(yīng)用于某飲水工程徐家河水庫取水工程中，通過與岸邊豎井式取水泵站優(yōu)缺點進行對比分析，研究庫區(qū)取水工程中不同型式取水泵站選取應(yīng)考慮的因素，其適用性及相關(guān)設(shè)計內(nèi)容。

1 工程概況

湖北省安陸市引徐濟安飲水工程以徐家河水庫為水源地，通過輸水管網(wǎng)由北向南經(jīng)過廣水市長嶺鎮(zhèn)和安陸市洑水鎮(zhèn)輸水至干線末端調(diào)節(jié)水池，干線長度約30.92 km；再利用已完建、通水運行的安陸市三水廠徐家河應(yīng)急引水工程的輸水管網(wǎng)輸水至三水廠，三水廠再敷設(shè)管網(wǎng)穿府河至二水廠。本工程的主要功能以解決安陸市城市供水安全為主，兼顧徐家河灌區(qū)、解放山西干渠灌區(qū)內(nèi)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水，取水規(guī)模為21.5 t/d，取水泵站設(shè)計流量2.46 m3/s，根據(jù)供水對象的重要性和引水流量指標[4]，確定本工程規(guī)模為Ⅲ等中型工程。

徐家河水庫為大型水庫，興利庫容2.98億 m3，為多年調(diào)節(jié)水庫，校核洪水位74.45 m，正常蓄水位70.20 m，死水位63.00 m。本水源工程取水口位于距徐家河水庫大壩東邊直線距離約3.65 km的倒灌沖處的庫汊處。此倒灌沖庫汊取水條件較好，無其它建筑物干擾。取水口處為低山丘陵地形，地形坡度25°左右，地表基巖裸露。進水口位于長嶺倒轉(zhuǎn)背斜核部，地層巖性為震旦—青白口系隨縣群古井組((Qn-Z1)g)絹云石英鈉長片巖，地基整體基本穩(wěn)定，片理產(chǎn)狀54°～62°∠14°～23°，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育。

2 取水建筑物型式的比選

水庫取水泵站通常采用型式有移動取水泵站(浮船式和纜車式)和固定式取水泵站。本工程取水泵站設(shè)計流量為2.46 m3/s，徐家河庫區(qū)水位漲落變幅為11.45 m，水位變化速度不大于2 m/h，枯水期水深大于1.5 m；倒灌沖取水口庫岸穩(wěn)定，坡度為25°左右，取水口漂浮物少；根據(jù)水庫取水常用泵站型式，結(jié)合徐家河水庫取水口的水位變幅、地形地貌、地質(zhì)條件、施工進度要求等對浮船式和固定式取水泵站進行方案比選。

2.1 浮船式取水泵站

浮船式取水泵站采用由浮船、搖臂輸水管及出水管組成，泵站水泵機組設(shè)備、電氣控制設(shè)備、攔污設(shè)施、起吊設(shè)施均安裝在浮船上，將浮船至于水庫深水區(qū)；桁架式搖臂輸水管采用球形萬向接頭一端固定在浮船上，另一端固定在庫岸搖臂支墩上，輸水管頂端設(shè)置走道板兼做上、下船交通設(shè)施。搖臂輸水管采用2根DN1000x50 m，其中1根搖臂輸水管設(shè)人行棧橋，保證取水浮船與岸邊聯(lián)絡(luò)。浮船式取水泵站平面布置圖及縱剖面圖見圖1和圖2。

圖1 浮船式取水泵站平面布置圖(單位：cm)

圖2 浮船式取水泵站縱剖面圖(單位：cm)

2.1.1 泵站進水口及攔污設(shè)施

泵站進水口由4根DN800進水鋼管組成，為防止水中魚類及雜物等堵塞進水管喇叭口，在喇叭口設(shè)置開孔面積較大的魚鱗罩，并在取水管外側(cè)設(shè)置圓形攔污格柵罩，可以定期對格柵及魚鱗罩進行清洗。

2.1.2 船體結(jié)構(gòu)及平面布置

主泵房與副廠房成一字型布置在浮船甲板上，泵船平面尺寸為50.20 m×17.50 m；主泵房安裝4臺S型雙吸中開離心泵，3用1備，機組間距為6 m；副廠房分三層布置，一層布置低壓室和主變室，第二層布置高壓室和中控室，第三層布置通訊室和會議室，平面尺寸為11.0 m×15.7 m，浮船采用廠家一體化的設(shè)備，水泵采用變頻控制，單臺水泵設(shè)計流量為3 000 m3/h，水泵揚程：31 m，功率：400 KW，電壓：10 KV。

浮船船體為艏艉線對稱的方箱形浮倉，并設(shè)置有數(shù)量足夠的水密艙室；船體浮倉通過輔助耳板將相鄰兩只船體固定靠在一起，用配套的船體連接機構(gòu)將浮倉連接固定在一起，擰緊機構(gòu)上的螺母并點焊固定，防止船體振動松脫；并依次將所有浮倉連接在一起，成為一只整體的船體平臺。浮倉采用工廠化制作，現(xiàn)場分段現(xiàn)場組裝，組裝完成后再吊裝下水；浮船船體為梯型，型深為2.2 m，結(jié)構(gòu)吃水深度為1.2 m；浮船水下地錨系統(tǒng)有4套，并通過浮船首尾兩側(cè)各用一根Φ24 mm的纜繩將船體固定在岸邊系固墩上；4個萬向搖臂接頭，2根輸水管，一根自帶便橋與岸端平臺銜接。水泵間內(nèi)設(shè)有1臺自吸型同步排吸泵作為艙底泵來抽吸艙底各艙艙底水，每個空艙各設(shè)有一個艙底水吸口和一路支管，通過支管匯集道艙底泵進水管，再由艙底泵泵抽吸排至舷外。

2.1.3 搖臂出水管及交通設(shè)施

浮船與岸上搖臂支墩通過搖臂式輸水管進行連接，輸水管采用萬向搖臂式接頭；兩根搖臂式輸水管直徑1.0 m，其中一根輸水管頂部安裝人行走道，走道寬1.2 m。兩根搖臂式輸水管臂長50 m，通過設(shè)置在岸坡上搖臂式支墩的萬向搖臂式接頭與兩根直徑1.0 m輸水鋼管相銜接。兩根直徑1.0 m輸水鋼管通過DN1 000～DN1 600 mm異徑管及三通并為一根DN1 600 mm鋼管與輸水管路球墨鑄鐵管連接后接至泵站高位水池。

2.1.4 搖臂支墩及排架結(jié)構(gòu)

輸水管搖臂支墩布置在庫岸邊基巖上，支墩頂面接觸面積為5 m×14 m，采用C25混凝土結(jié)構(gòu)。支墩頂面設(shè)6根0.6 m×0.6 m排架柱，排架柱總高度為7.8 m。柱中部設(shè)置2.0 m寬簡支梁板式結(jié)構(gòu)的交通橋與搖臂人行道及岸坡道路相連接。排架柱頂部設(shè)一根0.4 m×0.7 m混凝土梁，以備搖臂萬向接頭安裝及檢修使用。

2.2 固定式取水泵站

固定式取水泵站采用豎井式結(jié)構(gòu)，由進口隧洞段、閘室段、泵房段及出水管組成。

進口隧洞后接8.6 m長閘室段，閘室段設(shè)檢修和工作閘門各1扇，檢修門槽與攔污柵共槽，運行時放置攔污柵，檢修時將攔污柵取出換檢修閘門。閘室段后接7.0 m長泵房段，泵房段底板高程57.5 m，泵房豎井凈長7.0 m，凈寬13.0 m，豎井周圍采用錨桿掛網(wǎng)支護，C25混凝土初期支護和二次襯砌。泵房豎井高程80.0 m出水管側(cè)設(shè)置6.0 m寬閥室，在高程85.0 m泵閥室兩側(cè)分別布置副廠房和安裝間，其中副廠房布置在左側(cè)，平面尺寸15.0×9.5 m，安裝間布置在右側(cè)，平面尺寸15.0×9.5 m。泵房段后85.0 m高程設(shè)配電室，平面尺寸15.0×10.0 m。泵站出水鋼管沿80.40 m高程側(cè)向布置后轉(zhuǎn)彎至泵房后匯合，通過4根DN800 mm鋼管通過三通并為一根DN1 600 mm鋼管與輸水管路連接后接至高位水池。固定式取水泵站平面及縱剖面圖詳見圖3和圖4。

圖3 固定式取水泵站平面布置圖(單位：cm)

圖4 浮船式取水泵站縱剖面圖(單位：cm)

2.3 方案對比

綜合考慮取水水質(zhì)影響，適用性，施工難度及周期，經(jīng)濟性，環(huán)境影響等多方面因素，移動式取水泵站(浮船式)及固定式取水泵站(豎井式)方案比選詳見表1。

表1 取水泵站型式比較表

本工程取水口布置在徐家河水路左岸庫汊倒灌沖，該處距主壩3.7 km，實測庫底高程48～50 m，水深13～15 m，該處布置取水口滿足死水位63 m下，壓力取水要求，取水口位置地形、地質(zhì)條件優(yōu)越，基巖出露，遠離環(huán)庫游樂設(shè)施、濕地公園，無移民，施工干擾小。若建設(shè)豎井式取水泵站，一般情況只能取水庫底層水，水質(zhì)較差；受機組布置及地形影響，豎井泵房直徑和深度較大；水深較深，巖塞爆破及隧洞施工難度大；豎井開挖棄渣及噪聲對周邊環(huán)境影響較大，工程投資費用較大。浮船式取水泵站無豎井式泵站復(fù)雜的水工結(jié)構(gòu)，可隨庫水面漲落而自動上、下移動取表層水，取水水質(zhì)好；機電、攔污、起吊、消防通風(fēng)設(shè)施等一體化布置在浮船上，結(jié)構(gòu)簡單，不需要圍堰，工程周期短，施工安裝方便安全；浮船施工無水下開挖及爆破工程，對原有庫岸環(huán)境破壞??；工程投資小，見效快，靈活機動，適用性強，優(yōu)勢明顯。倒灌沖庫汊處有較開闊的庫岸灘地，便于泵船的拼裝施工，通過浮船上主要設(shè)施周密的布置設(shè)計，后期嚴格的運行管理制度，可保障其供水的長期安全性。經(jīng)技術(shù)適用性，經(jīng)濟性等方面比較，綜合推薦選用浮船式取水泵站。

3 結(jié)語

結(jié)合徐家河水庫取水工程中取水泵站型式的比選結(jié)果，提出以下結(jié)論和建議：

(1)使用浮船式取水泵站可以保證取水管隨水庫水面漲落而自動上下移動取水，并滿足取到表層水的需要，取水效率高，取水水質(zhì)不受水庫泥沙沉積的影響。

(2)采用萬向接頭的搖臂式取水浮船可適應(yīng)江河湖泊及水庫水位漲落變幅為10～35 m，水位變化速度不大于2 m/h，枯水期水深大于1.5 m的水力條件及河床較穩(wěn)定，岸邊有適宜傾角的地段。取水浮船布置基本不受庫岸地質(zhì)條件的約束，對庫岸地形、水位變幅等因素適應(yīng)性強，機動靈活。

(3)浮船工廠標準化制造，現(xiàn)場拼接；施工不需要圍堰導(dǎo)流，安裝方便，施工周期短，不受水庫枯水期及汛期施工因素影響；施工期及運行期占地少，不破壞原有環(huán)境風(fēng)貌，對周邊生態(tài)環(huán)境干擾小。

(4)浮船式取水泵站工程用材比較少，永久占地少，投資節(jié)??；沒有復(fù)雜的水下工程，施工簡便，節(jié)約工期和成本。

(5)浮船式取水泵站運行期內(nèi)，隨庫水位漲落需定期對泊錨錨繩長度的放收、輸水管搖臂定期接頭維護等運行管理，維護較麻煩，建議加強對搖臂萬向接頭、泊錨錨繩、船體材質(zhì)及浮倉拼接點等處的前期質(zhì)量控制，后期根據(jù)水庫水文氣象資料及供水需求嚴格操作，采用監(jiān)控船體及設(shè)備的運行情況，保證取水泵站的供水安全。