浅谈浮船式取水泵站在水源工程中的应用

胥维纤，苗　磊，方　圆

(陕西水环境工程勘测设计研究院，陕西 西安 710018)



浅谈浮船式取水泵站在水源工程中的应用

胥维纤，苗磊，方圆

(陕西水环境工程勘测设计研究院，陕西 西安 710018)

[摘要]随着城镇生活用水及工业用水需求的不断增长，陕西省取水水源工程建设项目已逐渐实施，其中水库取水成为供水工程主要的取水方式之一。通过比较水库中修建取水构筑物的形式，分析论证采用浮船式抽水泵站的可行性，并给出浮船式抽水泵站设计的建议。

[关键词]浮船式泵站；取水水源；固定式泵站；锚固

陕西省宝鸡市凤翔县位于关中平原西部，是周秦发祥之地、嬴秦创霸之区、华夏九州之一。名列全国四大名酒之一的西凤酒厂坐落在凤翔县柳林镇，该镇独有的地下水水质造就了西凤酒的独特韵味。随着宝鸡市政府“百亿西风”战略目标的推进和产业发展需要，为了保证西凤酒厂的规划原酒用水(地下水)的需求，需要划定西凤酒城的地下水保护区范围，该范围内的居民和工业用水均限制开采地下水。为满足日益增长的居民生活用水需求，减少对地下水的开采，凤翔县需要结合本区域内部的地表水资源情况，新增供水工程，从根本上解决保护区范围内的居民生活、农业灌溉用水、其它工业用水及西凤酒厂附属生产用水。

1工程概况

工程取水水源为冯家山水库，水库位于千阳、凤翔和宝鸡市陈仓区交界处的大(Ⅱ)型水库，总库容为4.27亿 m3。

通过修建供水工程，将该水库的库水调至凤翔县城及柳林镇，一方面可解决凤翔县城日益发展带来的新增人口生产生活用水问题，另一方面可用冯家山水库的地表水，置换西凤酒厂保护范围内的地下水，满足了酿酒业对水质的特殊要求，又可确保百亿西凤酿酒取用地下水及区域内居民生产生活用水需求，使规划区内地下水资源得到合理利用和保护。

水源工程取水口在冯家山水库库区左岸桂家峡口处，库区上部有15～23 m陡立的岩石岸坡，岸坎顶部高程为715.00 m，目前岸坎稳定，岩层裸露，不存在塌岸、滑坡等不利的地质问题。陡立岸坎以上约35 m为二级台地，地面高程为725.00 m，台地地形平坦。取水泵站设计流量为0.50 m3/s，日供水量为43 000 m3。

2取水建筑物类型比选

水库取水常用的泵站形式有岸边式固定泵站、浮船式泵站和缆车式泵站三种形式。根据水库取水的常用泵站型式，结合冯家山水库桂家峡的地形地貌、地质条件等，对以上三种型式泵站进行技术经济比较。

方案一：桂家峡取水口岸坡较陡，但靠流条件较好，岸坎稳定，不存在塌岸、滑坡等不利的地质问题。取水点处冯家山水库洪、枯水位变幅较大，高差达到26.03 m，在距离岸坎85m处布置浮动式泵站，泵站主厂房安装在浮船上，浮船与岸边之间的管道采用两级浮坞、球形万向转动接头和活络接头衔接。上岸后由活络接头接入输水管道。

方案二：在桂家峡岸坎上游约15 m的平台上，利用稳固的岸坎和较低平台，将岸坡削为1:3的坡道，布置缆车式泵站；水泵机组安装在岸坡轨道上的泵车内，根据水位的涨落，泵车依靠绞车沿轨道升降。泵站进水管道布置在泵车的后侧，水泵出水侧管道沿斜坡敷设，斜管上设置若干叉管，水位变动时泵车上水泵出水管与叉管连接。上岸后斜管接入输水管道。

方案三：沿桂家峡岸坎以上约35 m有一处平台设置固定式泵站，高程为725 m，岸坎较陡，不存在塌岸、滑坡等不利的地质问题，沿岸坎布置沿沙滩地布置引水斗槽，将库水引入泵站前池。

以上三个方案特点、优缺点及投资对比具体见下冯家山水库取水泵站方案比较表。

通过对取水泵站方案的技术经济比较，缆车式、岸边固定式取水建筑物施工时，必须将水库的水位降至较低水位方可进行。根据冯家山水库的水位～面积关系曲线，水位水位每降低1 m，水库库容减少1 500 m3，水库效益将减少1 050万元，且水库水位降低后将影响其他用水对象供水。考虑工程实施和协调的难度，且冯家山水库洪、枯水位变幅较大，因此推荐采用浮船式泵站形式，即采用浮船以适应水位的变化，在浮船上安装水泵汲水。由于船体漂浮在库区中，宜在水面摆动，因此需要在岸边设置锚固系统。

3浮船式泵站的设计

3.1进水部分

泵站进水部分由3根DN800进水钢管组成。为防止进水喇叭口容易被水中杂物堵塞，在进水管底部设置拦污格栅，定期对格栅进行清理。

3.2船体部分

浮船甲板平面分为主厂房区域和两侧艉尖舱区，各区域在一个平面上。根据机组按照单列式布置方式，厂房总长度为17.7 m，宽度为6.0 m，主要由值班区域和机组区域两部分组成。值班室位于浮船左侧，平面尺寸为2.75 m×6.0 m，主要为工作人员值班及休息区域。中间为机组区域，主要分为两部分，分别为水泵仓和检修间，总宽度为14.95 m，其中水泵仓宽度为10.95 m，泵舱内共安装3台DFSS双吸泵(两用一备)，水泵型号为DFSS350-13N/A，单泵流量为0.25 m3/s，设计扬程为40 m，配套电机为Y315L1-4/160kw，整体机组采用上承式安装方式，共同安装在甲板上，保证机组间互不影响；检修间宽度4.0 m，主要满足单台机组检修需要的空间。

浮船总长度23.2 m，水线长23.0 m；型宽8.0 m，总宽9.5 m；浮船型深1.5 m，结构吃水深度0.8 m，设计吃水深度0.7 m，保证水泵抽水的需要。浮船采用CCSA船用钢板。

表1　冯家山水库取水泵站方案比较表

3.3出水部分

为保证泵站在水库库区水位达到枯水位时浮船运行安全，结合水库库底实测地形，将浮船设置在距离岸边,80 m处。浮船式泵站三根压力管道在水泵仓内并为一根管道，管道管径为DN700。出仓后经过球形万向转动接头、两个托管浮坞、岸边支墩将三级管道输送到岸边，管道长度分别为22.5 m、22.5 m、40 m，浮坞的尺寸分别为7.0×5.0×2.2 m、9.0×60×1.8 m。管道上岸后直接送入二级站进水池。

3.4浮船的锚固

根据地形及水流条件，浮船的锚固形式采用锚泊和系泊两种方式。

(1)锚泊：浮船配备短杆霍尔锚4只(2 t)，AM2-40电焊锚链4节。在甲板上配备30 KN电动锚绞盘2只。

(2)系泊：在浮船首尾各设2只电动绞盘底座、4只简易导缆器，同时为满足水流流速较大时对浮船的推力和船搁浅时能牵引的要求，在库区一级台地上设置2个C25钢筋混凝土系缆桩，尺寸为桩顶宽度为4 m，底宽为8 mm，高5.2 m。导缆桩与浮船之间采用Φ24 mm的钢丝绳连接，绳长255 m。

4结论与建议

结合冯家山水库向凤翔县供水工程一级站工程取水方式的比选，提出以下建议和结论：

1)浮船抽水站与固定式泵站相比，解决水库岸边取水施工困难的问题，节约了土地资源与工程投资，便于管理，适用于等水位变幅较大的水库及河道高岸坎处取水的一种方式。

2)浮船式取水泵站是无坝引水与泵站合一的取水构筑物，站址的选择也是抽水站设计的关键问题，除了考虑库区水文特性，站址选择时适宜河床稳定，水流经常靠岸且不产生回流的河段处，水库已选择库区内洪、枯水位均着流的凹岸处。

3)为保证浮船运行安全，需要保证船体具有一定的吃水深度要求，如果水深不足，稍有淤积，船体容易搁浅。因此在决定浮船取水水深时，需要充分考虑库区的淤积情况或河道的冲淤变化，设计水深需要留有余地。

4)浮船船体尺寸的大小应在保证船体稳定的基础上，结合供水规模、机组布置，检修要求等因素综合考虑确定，在不满足稳定时需要采用压舱等措施解决。

5)出水部分与岸边之间的距离根据水下地形及取水水位确定，在满足取水要求的基础上，需要保证浮船底部与库底之间有超过1.0 m的安全距离。浮船与岸边之间采用联络管来连接取水浮船与岸边输水管道，为了使联络管能适应船体竖向移动，水位移动、水平摆动等情况，需要在联络管两端设置套筒式接头、球形万向接头等方式衔接，但在运行过程中需要随时监控接头处是否有漏水现象，一单发现，及时进行检修，保证工程运行安全。

6)浮船在岸边的锚固需要结合岸边的地形、地质特点及水流特性等综合考虑确定。冯家山向凤翔县供水工程根据浮船受力采用系缆桩与缆绳结合的方式，主要依靠系缆桩与地面的摩擦力承受浮船对缆绳的拉力；目前我省正在更新改造的港口抽黄灌区零级站浮船式泵站位于黄河右岸潼河入黄河口处，黄河水流流苏相对较大，船体主要依靠岸边支墩底部设置的灌注桩承受浮船对岸边的拉力。

7)虽然浮船式抽水泵站在水库取水工程具有一定的优势，但在工程的运行管理相对复杂，因此后期需要严格监控船体及设备的运行情况，以保障泵站的供水安全。

[中图分类号]S277.9+2

[文献标识码]B

[文章编号]1004-1184(2016)02-0147-02

[作者简介]胥维纤(1983-)，女，山东济阳人，工程师，主要从事水利水电工程设计。

[收稿日期]2015-12-14