賈振波，王肖肖，陳慶忠

（1.山東省調(diào)水工程運(yùn)行維護(hù)中心濱州分中心，山東濱州 256600；2.山東省調(diào)水工程運(yùn)行維護(hù)中心博興管理站，山東博興 256500；3.水發(fā)卓恒工程管理有限公司，山東濟(jì)南 250100）

山東省膠東調(diào)水工程自1989 年10 月建成通水，至今運(yùn)行30 余年，發(fā)揮了巨大的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益，也為我國(guó)長(zhǎng)距離跨流域調(diào)水工程的建設(shè)和管理提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。由于近年來(lái)黃河河床下切，造成小浪底以下河道引黃困難，因此普遍在引黃口規(guī)劃建設(shè)了提水泵站。

打漁張泵站位于山東省膠東調(diào)水工程渠首，主要包括：泵站進(jìn)口閘、攔污柵、泵站主副廠房及泵站出口閘等。打漁張泵站設(shè)計(jì)流量36.0 m3/s，校核流量39.6 m3/s，站前設(shè)計(jì)水位10.55 m，站后設(shè)計(jì)水位13.57 m，沉沙池蓋淤設(shè)計(jì)水位16.97 m，泵站揚(yáng)程為3.02~6.42 m，共安裝5 臺(tái)1700ZLQ-6型軸流泵，其中4 用1 備，水泵按全調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)，電動(dòng)機(jī)功率900 kW，泵站總裝機(jī)容量4 500 kW。5 臺(tái)機(jī)組作一字型排列，安裝間布置在主廠房左（東）端，機(jī)組間距為5.75 m。主泵出水管中心高程11.56 m，直徑2.6 m。水泵安裝高程（葉輪中心線）為7.55 m，水泵進(jìn)水采用吸水室型式。

1 泵站運(yùn)行存在的問(wèn)題

打漁張泵站建設(shè)完成后自2020 年4 月10 日開(kāi)始運(yùn)行，至2020 年7 月22 日累計(jì)運(yùn)行103 d，累計(jì)運(yùn)行4 916 臺(tái)時(shí)，累計(jì)引水量1.63 億m3。

打漁張泵站第一個(gè)運(yùn)行季結(jié)束后，對(duì)泵站工程進(jìn)行全面檢查，發(fā)現(xiàn)泵站前池及進(jìn)水流道淤積嚴(yán)重。其中進(jìn)水池淤積高程為10.9 m，前池進(jìn)口閘底板高程8.05 m，流道底板設(shè)計(jì)高程5.23 m，淤積最大處高度達(dá)2.50 m，平均淤積高度為2.00 m。1#、5#進(jìn)水流道淤積高程為6.03 m，流道底板設(shè)計(jì)高程5.23 m，淤積高度0.80 m；2#進(jìn)水流道淤積量較少，淤積高程為6.13 m，淤積高度0.90 m；3#進(jìn)水流道現(xiàn)淤積高程為6.70 m，淤積高度1.47 m；4#進(jìn)水流道淤積高程為8.71 m，淤積高度3.48 m，進(jìn)水流道全部淤滿。

經(jīng)過(guò)第一個(gè)運(yùn)行季，泵站前池及進(jìn)水流道的泥沙淤積比較嚴(yán)重。淤積最嚴(yán)重的4#機(jī)組進(jìn)水流道，甚至將整個(gè)水泵喇叭口全部淹沒(méi)，給機(jī)組運(yùn)行帶來(lái)困難，給泵站安全運(yùn)行帶來(lái)隱患。

2 泥沙淤積原因分析

2.1 黃河含沙量大

打漁張泵站自黃河取水，黃河是世界上含沙量最大的河流，年均含沙量達(dá)35 kg/m3。膠東調(diào)水工程選取黃河水含沙量相對(duì)較低的季節(jié)引水，以減少引沙量。但在泵站進(jìn)水閘后對(duì)黃河水取樣，含沙量仍在2~10 kg/m3之間。黃河水含沙量高是造成泵站前池及進(jìn)水流道泥沙淤積的最根本原因。

2.2 小流量引水運(yùn)行

打漁張泵站5 臺(tái)機(jī)組，4 用1 備。打漁張泵站自建成運(yùn)行以來(lái)，長(zhǎng)期小流量運(yùn)行，通常是3 臺(tái)或2 臺(tái)機(jī)組運(yùn)行，甚至是1 臺(tái)機(jī)組運(yùn)行。由于引水流量較設(shè)計(jì)工況小，達(dá)不到設(shè)計(jì)運(yùn)行工況，水流在進(jìn)水池?cái)U(kuò)散，導(dǎo)致水流流速降低。當(dāng)水流流速低于泥沙不淤積流速時(shí)，造成泥沙在前池淤積。通過(guò)泥沙沉降試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)泥沙的起動(dòng)現(xiàn)象是具有隨機(jī)性的動(dòng)態(tài)過(guò)程，起動(dòng)初期底板產(chǎn)生小附底渦卷起泥沙，隨著流速增加，水流開(kāi)始間歇性沖刷并帶走泥沙；當(dāng)流速較大時(shí)，底部產(chǎn)生回流，將泥沙朝反方向沖起，此時(shí)水流開(kāi)始變渾濁，泥沙幾乎全被裹挾沖走。不同工況和開(kāi)機(jī)組合的泥沙起動(dòng)試驗(yàn)表明，打漁張泵站泥沙起動(dòng)的水流平均流速約為15 cm/s。泵站前池的水流流速高于15 cm/s 時(shí)，基本上不會(huì)產(chǎn)生泥沙淤積。

2.3 前池設(shè)計(jì)存在缺陷

通過(guò)對(duì)2020 年的運(yùn)行觀察，發(fā)現(xiàn)最關(guān)鍵的問(wèn)題是打漁張泵站前池沒(méi)有分隔進(jìn)水流道。作為引黃泵站，泵站前池不分隔流道，缺陷較大。當(dāng)泵站機(jī)組不能全部運(yùn)行或小流量運(yùn)行時(shí)，不能關(guān)閉不運(yùn)行的機(jī)組進(jìn)水流道，導(dǎo)致不運(yùn)行的進(jìn)水流道淤積加劇。此時(shí)泥沙淤積最高可達(dá)4 m，水泵喇叭口整個(gè)或部分被泥沙淹沒(méi)，機(jī)組啟動(dòng)困難或無(wú)法啟動(dòng)，此情況對(duì)泵站安全運(yùn)行非常不利。

2.4 不具備建設(shè)沉沙池的條件

引黃灌溉或城市供水，在泵站前設(shè)置沉沙池是沉積水中泥沙的常規(guī)做法，是解決泥沙淤積問(wèn)題的最經(jīng)濟(jì)有效的方式。但打漁張泵站距離上游引黃閘只有不到1 000 m，達(dá)不到沉沙的條件，不具備設(shè)置沉沙池的可能性。

3 防泥沙工程改造方案

打漁張泵站前池泥沙淤積問(wèn)題，影響泵站的高效、安全運(yùn)行，制約了工程效益的發(fā)揮，成為泵站安全運(yùn)行的一大隱患，人為調(diào)控措施是治理泵站前池泥沙淤積最直接的手段。

在不具備建設(shè)沉沙池條件的情況下，對(duì)打漁張泵站前池進(jìn)行改造，通過(guò)增大前池水流流速的方式，是改善泵站前池泥沙淤積的有效途徑。打漁張泵站有5 臺(tái)機(jī)組，將泵站前池分隔為5 個(gè)流道，是最為徹底的解決方式，對(duì)機(jī)組運(yùn)行來(lái)說(shuō)最為安全可靠。但在打漁張泵站原工程設(shè)計(jì)建設(shè)中，泵站進(jìn)口閘由3 孔閘門組成，進(jìn)口閘后設(shè)3臺(tái)攔污柵。如果將泵站前池分為5 個(gè)流道，需要對(duì)泵站進(jìn)口閘、閘門啟閉機(jī)及攔污柵全部拆除重建，工程投資大，施工周期長(zhǎng)，施工工期超出調(diào)水運(yùn)行的停水允許期限。

因受原工程設(shè)計(jì)建設(shè)及改造施工工期的限制，將泵站前池分隔為3 個(gè)流道，是目前最為實(shí)際可行的方案。在泵站前池新增2 道隔墩，將泵站前池分為3 條進(jìn)水流道，邊側(cè)機(jī)組2 臺(tái)泵共用一條進(jìn)水流道，中間機(jī)組1 臺(tái)泵單獨(dú)用一條進(jìn)水流道。進(jìn)水道型式采用U 型槽，U 型槽頂部設(shè)聯(lián)系梁，隔墩首端與泵站進(jìn)口閘中墩銜接，末端與泵站工作橋中墩銜接，見(jiàn)圖1。

圖1 三條進(jìn)水流道改造工程布置

4 工程改造前后過(guò)流能力復(fù)核

現(xiàn)狀打漁張泵站進(jìn)水池設(shè)計(jì)水位10.35 m，校核水位10.60 m。根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2016）附錄A，對(duì)平底閘而言，當(dāng)堰流處于高淹沒(méi)度（hs/H0≥0.9）時(shí)，過(guò)閘流量按相應(yīng)公式進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。

在接近設(shè)計(jì)及校核流量的工況下，泵站進(jìn)口閘設(shè)計(jì)指標(biāo)（改造前）當(dāng)設(shè)計(jì)流量36.0 m3/s，校核流量39.6 m3/s，當(dāng)設(shè)計(jì)流量為10.55 m3/s，校核流量10.80 m3/s，閘底板頂高程8.05 m，閘室孔數(shù)3孔，每孔凈寬6 m。泵站進(jìn)口閘現(xiàn)狀過(guò)流能力復(fù)核見(jiàn)表1。對(duì)前池改造前泵站進(jìn)口閘現(xiàn)狀過(guò)流能力復(fù)核，設(shè)計(jì)及校核工況上下游水頭差均為0.035 m。

表1 泵站進(jìn)口閘現(xiàn)狀過(guò)流能力復(fù)核（改造前）

泵站進(jìn)口閘在前池分隔為3 條進(jìn)水道進(jìn)行工程改造后，對(duì)進(jìn)口閘邊孔過(guò)流能力進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果：1）邊孔兩臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，設(shè)計(jì)流量為18.00 m3/s，校核流量為19.80 m3/s，上下游水頭差均為0.082 m，大于改造前的水頭損失。2）邊孔單臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，設(shè)計(jì)流量為9.00 m3/s，校核流量為9.90 m3/s，上下游水頭差均為0.019 m，小于改造前的水頭損失，詳見(jiàn)表2。

表2 泵站進(jìn)口閘邊孔過(guò)流能力計(jì)算成果（改造后2 臺(tái)機(jī)組運(yùn)行）

泵站進(jìn)口閘在前池分隔為3 條進(jìn)水道工程改造后，中孔計(jì)算結(jié)果：中孔過(guò)流要求為單臺(tái)泵的流量，設(shè)計(jì)流量為9.00 m3/s，校核流量為9.90 m3/s，通過(guò)過(guò)流能力計(jì)算，上下游水頭差均為0.019 m，小于改造前的水頭損失，詳見(jiàn)表2。

進(jìn)口閘邊孔過(guò)流要求為2 臺(tái)泵運(yùn)行時(shí)，現(xiàn)狀水頭損失不滿足過(guò)流要求，比改造前增加0.047 m損失才能滿足過(guò)流要求。經(jīng)水機(jī)專業(yè)復(fù)核，進(jìn)水池水位降低0.047 m，不會(huì)對(duì)泵站運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。進(jìn)口閘邊孔過(guò)流要求為1 臺(tái)泵運(yùn)行及中孔運(yùn)行時(shí)，水頭損失均為0.019 m，均低于改造前過(guò)閘水頭損失，不會(huì)對(duì)泵站運(yùn)行產(chǎn)生影響。

5 工程改造后淤積測(cè)量及效果分析

打漁張泵站前池分隔流道改造完成后，2021年11 月30 日至2022 年6 月30 日第一次運(yùn)行。在運(yùn)行期間及運(yùn)行結(jié)束后，檢查測(cè)量泵站的泥沙淤積情況，詳見(jiàn)表3。

表3 不同運(yùn)行工況下的泵站各流道淤積測(cè)量結(jié)果

從統(tǒng)計(jì)資料可看出，泵站前池分隔流道后，當(dāng)雙機(jī)組運(yùn)行時(shí)，東流道、西流道基本沒(méi)有泥沙淤積。東流道、西流道單機(jī)組運(yùn)行時(shí)，會(huì)有少量泥沙淤積，這是因?yàn)殡p機(jī)組流道在單泵運(yùn)行時(shí)，通過(guò)泵站引水閘控制進(jìn)水水位基本不變的情況下，出水量減少50%，相應(yīng)水流流速也降低了50%，流速降低引起泥沙淤積。同時(shí)，進(jìn)水流道邊角區(qū)域存在水流死區(qū)，也造成泥沙迅速沉積。中流道屬單機(jī)組運(yùn)行，只有少量淤積。通過(guò)測(cè)算，泵站前池分隔流道后，前池各流道淤積量減少60%~70%，防泥沙淤積的效果非常明顯。

引黃泵站的泥沙淤積問(wèn)題是不可避免的，可以通過(guò)人為調(diào)控措施盡量減少泥沙淤積。除了將泵站前池進(jìn)行流道分隔外，還可以通過(guò)引黃進(jìn)水閘、泵站進(jìn)口閘控制進(jìn)水流道水位，使機(jī)組工作在最佳性能區(qū)，提高機(jī)組的工作性能；泵站長(zhǎng)期在小流量運(yùn)行工況下，還可以通過(guò)機(jī)組工況比較，調(diào)整機(jī)組的葉片角度，降低機(jī)組的振動(dòng)、擺度等參數(shù)，選出最佳的機(jī)組工況組合，減輕泵站的泥沙淤積。泵站后期運(yùn)行，結(jié)合其它的工程管理措施、技術(shù)措施，防泥沙淤積效果更好。

6 結(jié) 語(yǔ)

打漁張泵站是膠東調(diào)水工程的源頭，作為引黃泵站，其運(yùn)行與工程沿線其它清水泵站具有本質(zhì)區(qū)別。實(shí)際運(yùn)行中，由于泥沙淤積對(duì)機(jī)組的影響，要根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)對(duì)工程進(jìn)行改造，及時(shí)對(duì)機(jī)組運(yùn)行工況組合進(jìn)行調(diào)整，采取綜合措施盡量減少泥沙在流道內(nèi)的淤積，減輕泥沙對(duì)泵站機(jī)組運(yùn)行的影響，保證機(jī)組高效、安全運(yùn)行，使泵站發(fā)揮出最大的工程效益。