高山峡谷区水利工程泵站取水方案浅析

樊文林，黄再坚

（贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550001）

0 引言

因为具体的水利工程的特殊性和差异性，使得输水工程取水方案由于各种因素也有着巨大的差异，根据其具体特点剖析取水具体方案。由于地形因素、环境因素甚至资金等问题，泵站取水方案不同，文章主要以某中型水利工程中输水工程为例，对不同的取水方案进行不同方面的探究，以期能为后续相关工程的建设提供借鉴。

1 工程概况

某水利工程位于中国云贵高原地区，水库总库容3.50×107m3，年供水量1.30×107m3，年总供水量为4.50×107m3，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》的规定，按总库容划分，水库工程等别为Ⅲ等，工程规模属中型，分为水源工程、输水工程两个部分，工程主要任务是给甲县城供水，县城位于枢纽区坝址处右侧约15 km 处，提水扬程超500 m，属于高扬程、长距离输水工程。坝址和输水工程取水泵站位置处河段地形狭窄，基本呈对称“V”型河谷，河床高程为1 240～1 220 m，此河段两岸无农田分布，无居民居住。两岸地形陡峻，地形坡度38°～42°，两岸坡基岩大多裸露，出露地层多为T1yn1，发育有F2 断层穿过河流，断层带岩体较为破碎，受断层影响T1yn2泥岩、泥灰岩地层在左岸岸坡出露，岩体强风化6～10 m。该河段的左右岸均有暗河补给系统，地质条件较为复杂，但河床相对狭窄，淹没相对较少。

2 分级取水方案比较分析

工程受水区域及水厂位于河流右岸，为甲县城区域输水，结合最新城规、水厂位置及城区竖向高程，并与县水利局对接，输水工程末端高位水池位于靠近甲县县城的县道左侧雷打坡处。水库常年运行水位为1 330 m，水库死水位为1 291.50 m，输水末端水池的设计水位为1 780 m，考虑水损后，需要提水高度为510 m左右。在现有水机设备情况下，选用一级泵站直接从库内将水提至末端高位水池，结合1/10 000 地形图，提水管线总长约15 km，管线越靠近末端水池地形越陡，大约在9 km 范围附近地形高程为1 545 m，这样会造成约9 km长的管线承受300～510 m 水头，水头过大，对管壁厚度要求高，同时对防水锤的措施要求更高，由此带来的投资费用更大；如此长的提水管线，后期检修、维护、运行管理等很不方便，特别是针对本工程高达95%的供水保证率，检修维护时停水的时间过长将严重影响居民用水；另外，后期如果需要在管线某一位置增加分水口，那么采用一级提水方式不可行。所以此阶段不建议采用一级提水的方式。如采用多级提水方案，则采取至少两级提水，考虑到采用超过两级提水后，会导致泵站厂房土建开挖工程量、征地费用增加和水机、电气设备的投资增加，所以以二级提水作为推荐方案，单级提水扬程控制在250 m左右。

3 库内和坝后取水方案的比较分析

输水工程的取水方案，结合受水区和实际地形条件，总体来讲，有库内取水和坝后取水两种可选方案，即下图中方案1和方案2，方案1为坝后取水方案，方案2为库内取水方案。坝后主要以从重力坝坝身取水的方式为主，库内取水方案主要有浮船式泵站、长轴深井泵站及岸边井筒式泵房（机组置于井筒内）。

鉴于水库水位变幅大，约50 m，结合水机布置，长轴深井泵的水下轴长为54 m，国内少有，设计难度较大，相比卧式泵而言，长轴泵效率较低，从节能的角度分析，卧式泵优于长轴泵；输水总流量为1.80 m3/h，经市场调研，结合已投运工程实际情况，长轴深井泵方案装机台数将达到7台（5用2备），投资很大、后期检修也很麻烦，此阶段不建议采用长轴泵型取水。结合水机设备选型，井筒式泵房方案中采用2用1备的布置方案，拟定井筒直径为15 m、深度为50 m、机组采用“品”字形布置，考虑到消防、暖通、交通、安全运行、排水防渗等因素，也不建议采用井筒式泵房。而浮船式泵站在现有的浮船单台电机功率不超过1 600 kW的技术水平情况下，至少需要采取5用2备的方案，通过技术方案比较及市场询价，浮船的投资约2 850 万元。通过经济比选，得到浮船投资比坝后取水方式的投资增加了约1 894 万元，见表1，其中坝后取水方案土建投资包括：一级泵站进水管、一级泵站主副厂房及一级泵站提水管，库内浮船取水方案土建投资包括：布置浮船所需的土石方开挖及支墩等、一级泵站副厂房、一级泵站提水管。考虑坝后方案需要布置交通桥增加费用约200万元，同时需要将下河床的临时道路改成永久道路，需要增加费用约150 万元；库内取水方案可以结合现有的交通道路布置即可，因上游围堰对外交通需要对既有道路进行扩宽和改造，这里不再考虑交通道路费用问题。所以浮船投资比坝后取水方式的总投资增加了约1 500万元。另外，鉴于水库这类水位变幅大的实际，国内并没有工程案例可以借鉴，相关指标参数可能需要进一步的论证，所以不建议采用库内浮船方式取水。

表1 不同取水方案投资比较表（单位：万元）

综上所述，现阶段通过初步技术、经济比选，将坝后取水方案作为推荐方案。

4 坝后取水方案的线路比选

坝后取水方案中坝后泵站所处河段地形狭窄，两岸地形陡峻，坝址处下游约450 m 处地形才相对平坦，该位置经过比选适合修建坝后一级泵站厂房，坝后取水方案只能通过从坝身取水后利用管道取水至一级泵站。根据枢纽总体布置和结合现场地形条件，其取水线路有两种布置形式（见图1），方案一为直接从坝身取水后，沿着大坝下游右岸岸边敷设管道取水至坝后泵站厂房；方案二为从坝身取水后，考虑灌浆平硐的施工需要增加施工支洞，将施工支洞的轴线合理优化后，把管道与施工支洞结合，采用洞穿管方案取水至坝后泵站处。两个方案均为大坝右岸取水，因大坝溢洪道布置在大坝左岸侧，不适宜从左岸布置取水口取水。根据布置，前述两个方案管线长度均为450 m 左右，技术方案均可行，方案比选只需对比各自增加的费用。方案一中管线从岸边敷设，管槽采用防冲混凝土全包管型式，考虑管槽土石方开挖、包管混凝土、边坡支护、施工措施等费用，累计约为140万元。方案二采用将管道敷设于施工支洞中，目前右岸灌浆平硐的施工支洞是从下游围堰处开始进洞至大坝上游灌浆平硐，支洞长度为180 m，如果采用洞穿管方案，需要将施工支洞洞口挪到靠近一级泵站厂房处，根据布置，支洞轴线长度为450 m，支洞长度增加导致费用增加约210 万元。方案二比方案一增加了70万元的费用，所以，选择方案一更为合适。

图1 取水方案线路布置示意图

5 结论

因取水扬程较大、距离较长，受到高山峡谷地形的影响，选择取水泵站时，先应根据扬程和泵站装机确定分级指标，然后根据坝址上下游情况及受水区范围，考虑泵站类型和机组相关参数的技术可行性，结合在工程中有类似的成功案例，罗列可行的技术方案，最后通过财务指标的比选，得到技术可行、安全可靠、费用最省的取水方案。