浮船式泵站在徐家河水库引水工程中的应用

2021-05-13李海涛向志波

地下水 2021年2期

袁帅，李海涛，向志波

(湖北省水利水电规划勘测设计院，湖北武汉 430064)

随着我国经济及社会快速发展和人口增长，城镇生活用水及工业用水需求不断增加，引调水工程在解决水资源供需矛盾中发挥积极作用。江河湖泊及水库作为引调水工程重要的水源地，其中水库取水逐步成为供水工程中最重要的取水方式之一。水库作为水源地，水质优良、水量有保障，但易受地形地质，枯水期施工、水位变幅大等因素影响；移动式取水泵站适合在江河湖泊及水库边取水，制造简单方便，施工周期短，造价低[1]；相比于传统的取水泵站，取水效率更高，取水水质好，安全可靠；不受水位变化，涨落频率变化等因素影响[2]。文献[3]阐述了移动式取水泵站的特点及其具有较强的灵活性和适应性，在供水工程、农田灌溉工程及特大型工程的供水中有着较好的应用与推广优势。本文将浮船式取水泵站应用于某饮水工程徐家河水库取水工程中，通过与岸边竖井式取水泵站优缺点进行对比分析，研究库区取水工程中不同型式取水泵站选取应考虑的因素，其适用性及相关设计内容。

1 工程概况

湖北省安陆市引徐济安饮水工程以徐家河水库为水源地，通过输水管网由北向南经过广水市长岭镇和安陆市洑水镇输水至干线末端调节水池，干线长度约30.92 km；再利用已完建、通水运行的安陆市三水厂徐家河应急引水工程的输水管网输水至三水厂，三水厂再敷设管网穿府河至二水厂。本工程的主要功能以解决安陆市城市供水安全为主，兼顾徐家河灌区、解放山西干渠灌区内的乡镇供水，取水规模为21.5 t/d，取水泵站设计流量2.46 m3/s，根据供水对象的重要性和引水流量指标[4]，确定本工程规模为Ⅲ等中型工程。

徐家河水库为大型水库，兴利库容2.98亿 m3，为多年调节水库，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库大坝东边直线距离约3.65 km的倒灌冲处的库汊处。此倒灌冲库汊取水条件较好，无其它建筑物干扰。取水口处为低山丘陵地形，地形坡度25°左右，地表基岩裸露。进水口位于长岭倒转背斜核部，地层岩性为震旦—青白口系随县群古井组((Qn-Z1)g)绢云石英钠长片岩，地基整体基本稳定，片理产状54°～62°∠14°～23°，岩体节理裂隙发育。

2 取水建筑物型式的比选

水库取水泵站通常采用型式有移动取水泵站(浮船式和缆车式)和固定式取水泵站。本工程取水泵站设计流量为2.46 m3/s，徐家河库区水位涨落变幅为11.45 m，水位变化速度不大于2 m/h，枯水期水深大于1.5 m；倒灌冲取水口库岸稳定，坡度为25°左右，取水口漂浮物少；根据水库取水常用泵站型式，结合徐家河水库取水口的水位变幅、地形地貌、地质条件、施工进度要求等对浮船式和固定式取水泵站进行方案比选。

2.1 浮船式取水泵站

浮船式取水泵站采用由浮船、摇臂输水管及出水管组成，泵站水泵机组设备、电气控制设备、拦污设施、起吊设施均安装在浮船上，将浮船至于水库深水区；桁架式摇臂输水管采用球形万向接头一端固定在浮船上，另一端固定在库岸摇臂支墩上，输水管顶端设置走道板兼做上、下船交通设施。摇臂输水管采用2根DN1000x50 m，其中1根摇臂输水管设人行栈桥，保证取水浮船与岸边联络。浮船式取水泵站平面布置图及纵剖面图见图1和图2。

图1 浮船式取水泵站平面布置图(单位：cm)

图2 浮船式取水泵站纵剖面图(单位：cm)

2.1.1 泵站进水口及拦污设施

泵站进水口由4根DN800进水钢管组成，为防止水中鱼类及杂物等堵塞进水管喇叭口，在喇叭口设置开孔面积较大的鱼鳞罩，并在取水管外侧设置圆形拦污格栅罩，可以定期对格栅及鱼鳞罩进行清洗。

2.1.2 船体结构及平面布置

主泵房与副厂房成一字型布置在浮船甲板上，泵船平面尺寸为50.20 m×17.50 m；主泵房安装4台S型双吸中开离心泵，3用1备，机组间距为6 m；副厂房分三层布置，一层布置低压室和主变室，第二层布置高压室和中控室，第三层布置通讯室和会议室，平面尺寸为11.0 m×15.7 m，浮船采用厂家一体化的设备，水泵采用变频控制，单台水泵设计流量为3 000 m3/h，水泵扬程：31 m，功率：400 KW，电压：10 KV。

浮船船体为艏艉线对称的方箱形浮仓，并设置有数量足够的水密舱室；船体浮仓通过辅助耳板将相邻两只船体固定靠在一起，用配套的船体连接机构将浮仓连接固定在一起，拧紧机构上的螺母并点焊固定，防止船体振动松脱；并依次将所有浮仓连接在一起，成为一只整体的船体平台。浮仓采用工厂化制作，现场分段现场组装，组装完成后再吊装下水；浮船船体为梯型，型深为2.2 m，结构吃水深度为1.2 m；浮船水下地锚系统有4套，并通过浮船首尾两侧各用一根Φ24 mm的缆绳将船体固定在岸边系固墩上；4个万向摇臂接头，2根输水管，一根自带便桥与岸端平台衔接。水泵间内设有1台自吸型同步排吸泵作为舱底泵来抽吸舱底各舱舱底水，每个空舱各设有一个舱底水吸口和一路支管，通过支管汇集道舱底泵进水管，再由舱底泵泵抽吸排至舷外。

2.1.3 摇臂出水管及交通设施

浮船与岸上摇臂支墩通过摇臂式输水管进行连接，输水管采用万向摇臂式接头；两根摇臂式输水管直径1.0 m，其中一根输水管顶部安装人行走道，走道宽1.2 m。两根摇臂式输水管臂长50 m，通过设置在岸坡上摇臂式支墩的万向摇臂式接头与两根直径1.0 m输水钢管相衔接。两根直径1.0 m输水钢管通过DN1 000～DN1 600 mm异径管及三通并为一根DN1 600 mm钢管与输水管路球墨铸铁管连接后接至泵站高位水池。

2.1.4 摇臂支墩及排架结构

输水管摇臂支墩布置在库岸边基岩上，支墩顶面接触面积为5 m×14 m，采用C25混凝土结构。支墩顶面设6根0.6 m×0.6 m排架柱，排架柱总高度为7.8 m。柱中部设置2.0 m宽简支梁板式结构的交通桥与摇臂人行道及岸坡道路相连接。排架柱顶部设一根0.4 m×0.7 m混凝土梁，以备摇臂万向接头安装及检修使用。

2.2 固定式取水泵站

固定式取水泵站采用竖井式结构，由进口隧洞段、闸室段、泵房段及出水管组成。

进口隧洞后接8.6 m长闸室段，闸室段设检修和工作闸门各1扇，检修门槽与拦污栅共槽，运行时放置拦污栅，检修时将拦污栅取出换检修闸门。闸室段后接7.0 m长泵房段，泵房段底板高程57.5 m，泵房竖井净长7.0 m，净宽13.0 m，竖井周围采用锚杆挂网支护，C25混凝土初期支护和二次衬砌。泵房竖井高程80.0 m出水管侧设置6.0 m宽阀室，在高程85.0 m泵阀室两侧分别布置副厂房和安装间，其中副厂房布置在左侧，平面尺寸15.0×9.5 m，安装间布置在右侧，平面尺寸15.0×9.5 m。泵房段后85.0 m高程设配电室，平面尺寸15.0×10.0 m。泵站出水钢管沿80.40 m高程侧向布置后转弯至泵房后汇合，通过4根DN800 mm钢管通过三通并为一根DN1 600 mm钢管与输水管路连接后接至高位水池。固定式取水泵站平面及纵剖面图详见图3和图4。

图3 固定式取水泵站平面布置图(单位：cm)

图4 浮船式取水泵站纵剖面图(单位：cm)

2.3 方案对比

综合考虑取水水质影响，适用性，施工难度及周期，经济性，环境影响等多方面因素，移动式取水泵站(浮船式)及固定式取水泵站(竖井式)方案比选详见表1。

表1 取水泵站型式比较表

本工程取水口布置在徐家河水路左岸库汊倒灌冲，该处距主坝3.7 km，实测库底高程48～50 m，水深13～15 m，该处布置取水口满足死水位63 m下，压力取水要求，取水口位置地形、地质条件优越，基岩出露，远离环库游乐设施、湿地公园，无移民，施工干扰小。若建设竖井式取水泵站，一般情况只能取水库底层水，水质较差；受机组布置及地形影响，竖井泵房直径和深度较大；水深较深，岩塞爆破及隧洞施工难度大；竖井开挖弃渣及噪声对周边环境影响较大，工程投资费用较大。浮船式取水泵站无竖井式泵站复杂的水工结构，可随库水面涨落而自动上、下移动取表层水，取水水质好；机电、拦污、起吊、消防通风设施等一体化布置在浮船上，结构简单，不需要围堰，工程周期短，施工安装方便安全；浮船施工无水下开挖及爆破工程，对原有库岸环境破坏小；工程投资小，见效快，灵活机动，适用性强，优势明显。倒灌冲库汊处有较开阔的库岸滩地，便于泵船的拼装施工，通过浮船上主要设施周密的布置设计，后期严格的运行管理制度，可保障其供水的长期安全性。经技术适用性，经济性等方面比较，综合推荐选用浮船式取水泵站。