北滩灌区项目泵站改造工程设计

李 影

（兰考县水利局，河南 兰考 475300）

1 概况

北滩灌区位于黄河下游滩区，灌区建于1996年，位于东坝头至陶城埠重点治理河段的最上端，总面积80 km2。北滩灌区降水量年内分配特点表现为汛期集中，季节分配不均匀，最大、最小月相差悬殊。汛期6-9 月降水量为425 mm，约占全年的67%。夏季6-8月降水最多，降水量为351 mm，约占全年降水量的56%。全县多年平均降雨量636.10 mm，降水量年际和年内分配不均，最大年份2003 年，降水量1 024 mm，最小年份1966年，降水量300 mm。

2 泵站改造工程设计

2.1 泵站规模

2.1.1 设计引水流量

渠系水利用系数取0.65，设计净灌水率为0.02 m3/（s·万hm2），灌区设计灌溉面积为0.52 万hm2，由此计算出灌区灌溉流量为：0.37×7.80/0.65=4.44 m3/s，设计流量取4.50 m3/s。

2.1.2 特征水位

最低运行水位：根据《泵站设计规范》，取夹河滩95%保证率来水对应泵站断面水位作为本次泵站最低引水位，最低引水位为50.48 m（大地高程）。

最高运行水位：取校核防洪水位作为泵站最高运行水位，取57.26 m（大地高程）。

设计引水位：选取夹河滩水文断面大河流量500 m3/s 时对应水位推算至站首断面水位作为运行水位。考虑黄河下切影响因素的泵站正常运行水位为51 m（大地高程）。

2.2 方案比选

拟定的泵站建设地址处河工复杂，为不绕动河工，尽可能利用原灌溉设施，减少投资。根据规划，北滩灌区设计灌溉面积0.52万hm2，设计流量为4.50 m3/s，设计取水规模为1 833万m3/年。提水泵站设计提水最低水位为50.48 m，设计提水正常水位51 m，灌溉渠道渠首处设计水位58.50 m。

根据对泵站的功能要求，结合工程所处特殊位置，地质资料、水文气象资料、地形、地貌条件、交通状况、电源情况及管理部门的要求，设计时考虑了多种方案，以达到安全可靠、节约投资，施工迅速、管理方便的目的。根据现场察看，经研究分析，现针对此工程的具体情况及特点，拟定了采用固定式和移动式（活动浮船式）二个方案进行比较。

方案一：泵站布置采用活动浮船式，泵房布置在河面非主航道上，取水口设在黄河主河道内，通过摇臂式联络软管连接位于黄河岸边的汇流管，汇流管连接泵站原有管道。

方案二：泵站布置采用堤内固定式，泵房布置在黄河大堤背水侧，取水口设在黄河大堤内侧，出水管道直接引水到原有渠道，在渠道首部设置防冲槽。

方案比选：采用方案二布置形式，①黄河水位年内变化较大，水位低时造成固定式泵站无法正常取水，水位高时，会增加泵站的防汛成本；②由于取水口位置在大堤内，若建固定式泵站，不满足防汛要求；③黄河多泥沙的特征，造成主河槽淤积严重，可能发生主流摆动或迁移改道，若建固定式泵站，可能形成泵站脱流。

由于浮船式泵站布置在黄河河面上，输水管道不需埋入地下，采用桁架结构与岸边墩台连接，方便施工与维护管理；此外，此工程取水口黄河水位变化大，水位涨落速度慢，取水口处河岸较陡，水流平顺，停泊条件良好，正适宜于采用浮船泵站的布置形式。

投资方面，方案一可比方案二大大节省投资，结合昆工程的具体情况及特点，综合考虑，选择浮船式泵站方案，以减小施工难度，缩短施工周期。

方案拟定：在原有管线基础上改建取水管线首端，与新建取水泵船连接，主体工程由输水管道及附属设施、浮船式取水泵站、穿堤交叉建筑物（利用原有渠系的涵洞）、连接建筑物及取水口防护等组成。结合现场现有建筑物及设施，综合考虑施工及后期维护方便的原因，出水管采用一机一管配置，在原有墩台上布置长宽高分别为10 m×2 m×1.50 m的钢制汇集箱，汇集箱连接两根直径为1.20 m的原有分流水管。

2.3 泵站设计

2.3.1 工程设计

2.3.1.1 浮船段

该段是整个工程的核心，机电设备均布置于此。浮船为泵站的浮体，是水泵、电机的载体和操作、维修平台。船上设置水泵、配套电机以及配套配电设备。

初拟船体尺寸为长18 m，宽7.50 m，吃水深度由生产船的厂家根据计算决定，初拟为1 m。浮坞主体结构为框架分体式，采用CCSB 船用钢板并做防腐喷砂处理。

每台水泵设置独立的供水池，供水池前设拦污栅，水泵的出口端装有伸缩节。每台水泵的出水管道采用两根直径0.63 m输水管道至承台上部放置的汇水箱，输水管道分为两节，长度分别为12、3.50 m，材质分别为钢管、橡胶管。汇水箱处采用橡胶管软连接，以适应管道与汇水箱连接处的应力变化。

水泵出水管道从合并后到岸边采用摇臂连接。摇臂一端与浮船连接，另一端与岸上的承台连接，摇臂长度根据水位变幅和现状实测河道断面，船体处最小水深不小于2 m 要求，初拟为16 m。为满足摇臂的正常维修、检修要求，摇臂上设置连接到岸边的人行栈桥。

为维修方便，船上设置电动单梁启闭机负责水泵和电机的启吊。其运出浮船方式采用手动单梁门吊和租借运输船的方式。

浮船的锚固，通过设置在浮船的首、尾两端的根钢丝绳与岸边支墩连接，以能抵抗水流及风浪的冲击力。当黄河水位升降时，确保浮船正常浮在水面上。

浮船上尚需设置必要的安全设施：消防系统、救生系统、防雷系统、照明系统和必要的交通系统。

2.3.1.2 摇臂承台段

该段是为了浮船在河道水位变化时能连续工作而设置的，承受着浮船上下浮动、左右摇摆而产生的荷载。

摇臂承台利用站址处原有的承台，另外为了满足安放汇水箱在两端新建两座墩墙承台。原有摇臂承台上部为排架结构，下部为灌注桩。上部的排架结构为C25 钢筋混凝土结构，顺泵站水流方向宽2.90 m，垂直泵站水流方向长6 m。承台下设4 根灌注桩，直径1 m，灌注桩中心距分别为顺水流向3.60 m，垂直水流向2.50 m，灌注桩桩长20 m。

新建墩墙承台为倒“T”形C25 钢筋混凝土结构，墙厚90 cm，地下埋深1.80 m，地上部分3 m，顶部高程与原有承台一致。

承台上面放置长宽高分别为10 m×2 m×1.50 m 的钢制汇集箱，汇集浮船泵站上引出的6根出水管，箱后连接原有的2根直径1.20 m的螺旋钢管。

2.3.1.3 出水钢管段

利用原有的2 根直径1.20 m 的螺旋钢管，壁厚10 mm，经校核可满足过流要求。

2.3.1.4 出水池段

利用原有的出水池，出水池后为原盖板涵，经校核可满足过流要求。

2.3.2 水泵选型

2.3.2.1 泵站技术参数

提水泵站设计提水最低水位为50.48 m，设计提水正常水位51 m，灌溉渠道渠首处设计水位58.50 m，因此最大净扬程8.02 m。泵站出水管线管路损失按净扬程的20%计，则水泵最大扬程为9.62 m，以此选择水泵型号。

2.3.2.2 水泵选型

泵站最大扬程9.62 m，水泵应选择大流量中低扬程的泵型。泵站主要用于灌溉，机组运行时间短，水泵选型应立足于国内产品，以降低投资。根据国内厂家现有产品，以选择低扬程大流量高比转速的轴流泵和混流泵为宜。轴流泵与混流泵相比，根据泵站设计扬程，泵站选用混流泵作为水泵形式更为合适。因此，水泵形式采用混流泵。

泵站装机台数：在泵站提水总流量确定后，根据泵站方案比选，采用浮船式泵站，通过桁架支撑将输水管道引至岸边，考虑到单根桁架承重不宜过大，因此单机流量不宜过大。另外初拟泵船结构为框架分体式，机组台数宜为偶数。

综合上述情况，结合工程特点，泵站装机采用5台650HW-10混流泵，外加一台同型号备用泵。

3 结语

灌区泵站改造工程其特点是工期紧，施工强度、难度大，设备安装调试技术含量高。因此，在进行北滩灌区泵站改造时必须根据北滩灌区实际情况对泵站进行科学设计，工程建成后将给北滩灌区带来明显的经济效益、社会效益和环境效益。