武志蘭

（壺關縣水利局，山西 壺關047300）

1 工程概況

壺關縣八泉峽供水工程的水源工程為八泉峽水庫，位于壺關縣橋上鄉(xiāng)橋上村上游約4 km的八道水河上，流域控制面積75.7 km2，流域平均坡度50‰，流域平均寬度5.3 km，流域主河道長度11.9 km，流域特征值1.1。

水庫通過修建攔河壩、提水泵站及相關輸水設施，將水提引至壺關縣城，以滿足城鄉(xiāng)生活和工業(yè)供水需求。供水工程設計的需水指標，主要包括農村飲水安全工程需水約70萬m3左右、發(fā)展鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)年預期需水1 200萬m3、節(jié)水灌溉工程預期年需水量約230萬m3，總計需水量為1 500萬m3。

由于八泉峽水庫調洪庫容僅為62.29萬m3，防洪（汛期）限制水位為882.50 m；校核洪水標準為200年一遇（P=0.5%），校核洪水位為891.50 m，最大泄流量為1 450.55 m3/s，總庫容為205.99萬m3，調洪庫容為62.29萬m3；設計洪水標準為30年一遇（P=3.33%），設計洪水位為889.4 m，最大泄流量為1 009.25 m3/s，攔洪庫容為47.24萬m3。

2 水文分析

2.1 流域降雨情況

工程區(qū)地處晉東南地區(qū)，該區(qū)受東南亞季風影響顯著，形成了較為明顯的大陸性氣候。夏季東南亞季風盛行，暖濕氣團北移，直接影響該區(qū)，使降雨量集中在6～8月，占全年降水量的60%～70%；冬季受西北氣流控制，氣候干冷，雨水較少。該區(qū)年平均氣溫6℃～8℃，無霜期150～180 d，年平均蒸發(fā)量（20 cm口徑蒸發(fā)器）約1 700 mm。

根據距工程區(qū)最近的橋上雨量站1954—2005年52年實測逐月降雨量資料統(tǒng)計，工程所在區(qū)域多年平均降雨量為655.7 mm，其中汛期（7～9月）多年平均降雨量430.0 mm，約占年降雨量的65.58%。最大年降雨量1 422.7 mm（1975年），最小年降雨量250.9 mm（1986年），最大值與最小值分別為平均值的2.17倍和0.38倍，極值比達到5.67。

2.2 徑流

八泉峽供水工程項目區(qū)攔河壩址以上河道來流主要包括兩部分，其中主要為上游八道泉水來流，河道一年四季清水不斷，流量穩(wěn)定、均勻，年際變化不大，年內分配均勻，此外還有一部分由汛期（6～9月）降水產生的洪水入流，但較泉水來流相比，洪水入流的來流量占年水量比例較小，約為17%左右。

八泉峽供水工程項目區(qū)，多年平均入庫徑流量為2 601萬m3，多年平均入庫流量為0.82 m3/s。其中，多年平均清水入庫徑流量為2 171萬m3，多年平均清水入庫流量為0.69 m3/s，占到多年平均總來水量的83%；多年平均洪水入庫徑流量為429萬m3，多年平均洪水入庫流量為0.13 m3/s，占到多年平均總來水量的17%。經徑流頻率計算后，得到八泉峽水庫不同頻率年入庫徑流量，成果見表1。

表1 不同頻率年入庫徑流量成果表

在前述計算的基礎上，從32年徑流系列中選取了頻率P=10%、P=20%、P=50%、P=75%、P=95%的5個典型代表年，分別為1975年、1977年、1985年、1997年、2001年，并進行了徑流年內分配計算。

2.3 洪水

八泉峽供水工程區(qū)，暴雨歷時集中，一日降雨占三日降雨的70%左右。洪水和暴雨一致，主要發(fā)生在7、8月份，且工程壩址位于太行山區(qū)峽谷地段，河道坡度較陡，匯流時間短，因此洪水峰型一般為陡漲陡落、尖瘦型的過程線。

八泉峽供水工程攔河壩控制流域面積62.8 km2，無實測洪水資料，本次計算依據1991年版《山西省暴雨洪水計算實用手冊》進行，其中匯流分析中以推理公式法，配合概化過程線，推求設計洪水流量過程線，并輔以水文比擬法、經驗公式法等，對設計洪峰流量成果作合理性分析。

在經過對《手冊》計算成果的合理性分析之后，選取推理公式法計算成果作為本次設計洪水成果，設計洪水成果參見表2。

表2 不同頻率設計洪水成果表

2.4 泥沙

本次計算采用經驗公式，推求得到八泉峽水庫多年平均入庫懸移質，含沙量為2.58 kg/m3，多年平均入庫懸移質輸沙量為6.71萬t，按照0.20的推懸比，估算出八泉峽水庫多年平均入庫推移質輸沙量為1.34萬t。

3 泵站機電設計

3.1 泵站基本參數

在95%供水設計保證率下，八泉峽提水泵站最大抽水流量（抽水規(guī)模）應為0.5 m3/s，本次泵站設計即參照此值確定規(guī)模。

八泉峽一級泵站特征水位，站下水位變幅范圍844.0～882.5 m，站上出池設計水位1 225.5 m。泵站設計凈揚程343～381.5 m，泵站設計流量0.5 m3/s。

芳岱二級泵站站下設計水位1 209.0 m；站上出池設計水位1 488.0 m。泵站設計凈揚程279.0 m，泵站設計流量0.5 m3/s。

3.2 水泵工作點計算

計算原理根據水泵機組運行臺數，對壓力輸水管道進行管路損失計算。根據所求得管路損失加凈揚程，計算出總揚程，繪制Q-h需管路特性曲線，參考泵型樣本給定的Q-H特性曲線，求取水泵在不同運行工況下的工作點參數。

各級泵站泵后壓力管道為鋼管，內襯為涂塑PE，根據《室外給水設計規(guī)范》（GB 50013-2006)，采用海曾－威廉公式計算管路損失，公式如下：

式中：Q——流量，m3/s；

L——管道總長度，m；

D——道總管道內徑，m；

Cw——海曾－威廉粗糙系數，取值140。

水泵工作點計算結果見表3、表4。

表3 八泉峽一級泵站水泵工作點計算成果表

表4 芳岱二級泵站水泵工作點計算成果表

3.3 水泵臺數選擇

根據工程供水任務以及供水規(guī)模，考慮工程運行的靈活性，投資的經濟性并類比同類型工程，本階段每座提水泵站均選用4臺同型號機組，設計工況為3工1備?？紤]到八泉峽一級泵站站下水位變幅大，為保證水泵在水位變幅內均能安全高效運行，保證用戶供水流量。八泉峽一級泵站4套水泵電動機組，設置4套變頻調速裝置。二級泵站揚程變幅小，但考慮到用戶需水過程的不確定性，以及梯級加壓泵站間流量匹配的需要，為芳岱二級站4套水泵電動機，設置1套變頻調速裝置。

3.4 泵站運行方式

（1）一級站運行既要滿足適應站下水位變幅，又要考慮調節(jié)流量配水。二級站水位變幅小，開機臺數一定時供水流量較為穩(wěn)定，但要適應用戶對不同流量的需求及梯級加壓泵站的級間流量匹配的需要。

適應站下水位變幅運行方式，一級泵站正常運行期站下水位變幅大，為泵站設置4套變頻調速裝置，從而保證一級站無論在設計運行水位變幅內的任一水位下均可抽取用戶所需的流量。

調節(jié)流量配水運行方式根據用戶需水量的大小，當受水點需水量小于設計流量時，兩座泵站可根據需要，通過改變泵站開機臺數及電機頻率，共同實現(xiàn)用戶抽水流量要求。

（2）首次啟動母管充水工況：設計在泵站某一臺固定水泵機組（配變頻調速裝置）工作閥后設旁通管路，旁通管路上設置檢修閥及工作閥，旁通管可配合工作閥，實現(xiàn)站后干管首次啟動空管充水工況。

3.5 輔助設備

3.5.1 起吊設備

根據《泵站設計規(guī)范》（GB 50265-2010），廠房內起吊設備的重量，根據最重品運部件和吊具的總重量最終確定。起重機的提升高度，應滿足機組安裝和檢修的要求。結合本工程水泵及電機的選型重量參數，設計按規(guī)定選電動單梁橋式起重機和單軌吊。

為滿足機組設備安裝檢修起吊要求，一級、二級泵站±0.00層均安裝1臺5 t電動單梁橋式起重機。

3.5.2 檢修設備

泵站機電設備的日常維修和檢修，基本按照在廠區(qū)內完成考慮，泵站設簡易機修設備1套。根據水泵機組的結構形式及其水機設備，初選小型和輕型的車床、簡易立車、立式鉆床、臺鉆、小鉆床、空氣錘、電焊機、砂輪機、風砂輪、手動試壓泵等裝備泵站的機修車間，以滿足泵站的需求。

3.5.3 輔助系統(tǒng)設備輔助系統(tǒng)設備主要包括廠房內排水、消防、水力監(jiān)測等系統(tǒng)，泵站電機初步選用空冷方式。

3.5.4 排水系統(tǒng)

泵站廠房內的水泵機坑內設有集水井，由排水泵排至廠區(qū)外溝道。

3.5.5 水力監(jiān)測系統(tǒng)

泵站水力監(jiān)測根據泵站的實際要求設置，本階段初步確定為：水泵抽水流量、上下游水位、泵出口壓力、水泵電動機組的油位、軸承溫度等，監(jiān)測的信號傳到中控室。

3.5.6 泵站壓力管道檢修排水

泵站要在出水干管上安裝泄空閥，根據地形直接排至溝道，以滿足壓力管道檢修要求。

4 結論

通過對八泉峽供水工程機電設備部分的泵站參數分析、水泵工作點計算、輔助設備運用分析，兩座梯級提水泵站，每座提水泵站均選用4臺同型號機組，設計工況為3臺工作，1臺備用，在各種條件下均滿足規(guī)范要求，滿足工程提水需要。