三門(mén)峽槐扒黃河提水工程泵站取水及泥沙處理技術(shù)

□段金瑾 □高 峰 □杜克勤（河南省三門(mén)峽市水資源管理處）

三門(mén)峽市槐扒黃河提水工程位于三門(mén)峽市澠池縣與義馬市境內(nèi)，是解決該地區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水及城鄉(xiāng)人畜吃水的綜合性供水工程，屬河南省利用亞行貸款豫西農(nóng)業(yè)綜合開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的龍頭工程。

1.工程概況

1.1 工程位置

本工程的取水口位于澠池縣陳村鄉(xiāng)槐扒西坡村黃河干流的魚(yú)嘴處，上距三門(mén)峽水庫(kù)大壩23km，下距小浪底水庫(kù)大壩108km，處于小浪底水庫(kù)的回水末端。工程經(jīng)四級(jí)提水將水輸送到澠池縣和義馬市各供水點(diǎn)。該工程大部分在澠池縣境內(nèi)，少部分在義馬市，均屬三門(mén)峽市管轄，工程沿線均屬丘陵和淺山區(qū)。

1.2 工程規(guī)模

槐扒工程總規(guī)模從黃河取水7m3/s，分四級(jí)提水，提水總揚(yáng)程359m，輸水干線總長(zhǎng)3.0km。中型水庫(kù)一座，渠系建筑物39座，其中泵站4座，沉沙池3座，隧洞3條，渡槽7座，倒虹9座，架空管7座及分水閘、增壓站、分水口等。輸水干線明渠8段共長(zhǎng)2180m，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土壓力管道長(zhǎng)16.2km。另在西段村建中型水庫(kù)一座，以調(diào)節(jié)提水工程的供水量。

整個(gè)工程分兩期實(shí)施，一期設(shè)計(jì)規(guī)模提水3m3/s,渠線和建筑物按總規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)建成，泵站、沉沙池、壓力管道按一期規(guī)模布置，年提水8087萬(wàn)t，年凈供水7512萬(wàn)t。提水工程以工業(yè)和城市生活用水為主，兼顧山區(qū)人畜吃水和農(nóng)業(yè)灌溉用水。工程運(yùn)用原則是一般在非汛期(10月至第二年6月)黃河含沙量較小時(shí)，一級(jí)泵站正常運(yùn)行取水，經(jīng)沉沙池處理后，可直接輸送到用戶。在汛期 (7-9月)是黃河洪峰排沙期,在此期間當(dāng)含沙量大于50kg/m3時(shí)一級(jí)泵站即停止運(yùn)行，則由西段村水庫(kù)供水。

1.3 工程效益

一期工程已建成投運(yùn)，可解決澠池縣、義馬市29萬(wàn)人、2萬(wàn)頭大牲畜的飲水問(wèn)題，發(fā)展農(nóng)業(yè)灌溉0.13萬(wàn)hm2，并為該地區(qū)工業(yè)生產(chǎn)用水提供可靠保證。

2.工程特點(diǎn)

2.1 取水條件復(fù)雜

工程取水口位于小浪底水庫(kù)回水末端，受小浪底水庫(kù)水位變幅和泥沙含量變化影響大。取水口河底高程241m，最低取水位246m，取高取水位275m，水位變幅達(dá)29m。同時(shí)受黃河調(diào)水調(diào)沙的影響，泥沙含量由非汛期清水最小1 kg/m3到汛期最大911 kg/m3（1977年）。進(jìn)水口淤積高程最高達(dá)271.4m，最大淤積厚度達(dá)30m。水位和泥沙含量變化很大，極不穩(wěn)定，這對(duì)取水方式、運(yùn)用條件、建筑物設(shè)計(jì)均具有一定的難度。

2.2 線路穿越沿黃階地山區(qū)、丘陵平原區(qū)，地形起伏大。橫垮滑坡群、煤礦采空區(qū)，地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度大。

2.3 輸水渠線長(zhǎng)，地形變化大，地面高差400～600m，建筑物類別多，基本囊括了所有水工建筑物。4級(jí)泵站提水總揚(yáng)程359m，黃李隧洞全長(zhǎng)8Km，均居河南省之首。高揚(yáng)程、大跨度、高排架、長(zhǎng)隧洞，是本工程泵站、渡槽、隧洞的特點(diǎn)。

3.工程取水設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

由于受三門(mén)峽和小浪底水庫(kù)聯(lián)合運(yùn)行的影響，一級(jí)泵站的設(shè)計(jì)參數(shù)按照三門(mén)峽和小浪底水庫(kù)設(shè)計(jì)的聯(lián)合運(yùn)用方式進(jìn)行確定。

設(shè)計(jì)水位：由于前期取水口缺少實(shí)測(cè)斷面和水位觀測(cè)資料，設(shè)計(jì)依照小浪底水庫(kù)設(shè)計(jì)指標(biāo)，取水口最高運(yùn)行水位275.6m，設(shè)計(jì)洪水位282.9m，最高洪水位284.0m，最低枯水位242.3m，汛期河底泥沙淤積高程249.0～271.3m，非汛期河底泥沙淤積高程261.4～270.1m。綜合考慮三門(mén)峽水庫(kù)發(fā)電泄流量（1—2臺(tái)機(jī)組運(yùn)行，屬偏枯階段）和小浪底水庫(kù)蓄水后淤積情況，確定一級(jí)站取水口設(shè)計(jì)最低水位246m，最高取水位275.6m。

泥沙含量：一級(jí)站取水口前沒(méi)有修建沉沙工程的條件，只能在一級(jí)站后進(jìn)行沉沙處理。所以根據(jù)城市工業(yè)用水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的泥沙處理辦法，考慮到泥沙對(duì)水泵的磨損，確定一級(jí)泵站取水含沙量控制在50 kg/m3以下。后經(jīng)沉沙處理，泥沙含量控制在1 kg/m3以下，輸送到2～4級(jí)泵站再至用戶分水口。

3.2 一級(jí)泵站設(shè)計(jì)

由于受黃河峽谷這一特殊地形限制，臨河一級(jí)泵站選用半地面半地下式圓筒式廠房。一級(jí)泵站工程由引水渠、進(jìn)水口、廠房、進(jìn)廠交通橋、出水管線等組成，全長(zhǎng)198.6m。泵站廠房分進(jìn)水閘、流道、閘閥間、主廠房、電氣副廠房幾部分。廠房總高60m，主廠房在廠房282.8m高程下部，內(nèi)徑24m，高50m。電氣副廠房及安裝間在282.8m高程以上，高9.4m,為懸挑結(jié)構(gòu)。廠房屋面為球型，輕型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，造型美觀大方，通風(fēng)采光良好。

3.2.1 進(jìn)水口設(shè)計(jì)：采用疊梁門(mén)—垂直流道—分層水平管進(jìn)水三道工序相結(jié)合的取水形式。設(shè)計(jì)采用兩機(jī)一孔，六機(jī)共設(shè)閘孔三孔。為控制門(mén)槽后流道流速，取水孔口寬1m，孔口中心距5.2m。每孔設(shè)門(mén)槽3個(gè)，沿引水方向先后順序?yàn)閿r沙疊梁門(mén)槽、流量調(diào)節(jié)門(mén)槽和水平進(jìn)水管檢修門(mén)槽。緊貼進(jìn)水管檢修門(mén)槽、流量調(diào)節(jié)門(mén)槽和水平進(jìn)水管檢修門(mén)槽。緊貼進(jìn)水管檢修門(mén)槽后垂直閘墩方向設(shè)有混凝土導(dǎo)流墻，墻厚0.8m，墻上分設(shè)3層水平進(jìn)水管（c1m）與立管（c1m）相連，每層水平進(jìn)水管設(shè)閥門(mén)控制取水，高水高進(jìn)，低水低進(jìn)。其管口中心線高程分別為243.0m，254.0m，265.2m，滿足黃河不同水位時(shí)的進(jìn)水要求。閘門(mén)底檻高程242.3m，擋沙閘門(mén)門(mén)高2m，調(diào)節(jié)閘門(mén)門(mén)高4m。攔污柵安放在調(diào)節(jié)閘門(mén)之上，與擋沙閘門(mén)配合使用，調(diào)整取水高度，保證取到表層1m的黃河水，以減少泥沙對(duì)工程和設(shè)備的影響。當(dāng)黃河水位超過(guò)設(shè)計(jì)取水位275.6m時(shí)，關(guān)閉所有擋沙閘門(mén)，并用密封鋼板封閉277m高程門(mén)槽及流道上口，以防洪水泥沙進(jìn)入流道和廠房。

3.2.2 水機(jī)設(shè)計(jì)：水泵選用蘭州黃河水泵廠生產(chǎn)的600S75水泵6臺(tái)，兩機(jī)一管。設(shè)計(jì)運(yùn)行4臺(tái)，備用2臺(tái)。單機(jī)流量0.8/～1.1m3/s。水泵安裝中心高程245.2m，水泵蝸殼頂部高程245.8m，底部進(jìn)水口中心線高程243.0m，進(jìn)水管中心線高程244.7m，出水管中心線高程244.5m。為了防止水泵磨損或汽蝕現(xiàn)象發(fā)生，延長(zhǎng)水泵工作壽命，降低運(yùn)行成本，水泵葉輪選用球墨鑄鐵耐磨材料，以保證水泵壽命在7000h以上。同時(shí)建立專門(mén)的技術(shù)供水系統(tǒng)，一是在清水期，直接從出水主管道上引出供水母管；二是渾水期，把沉淀過(guò)的清水引入蓄水池，接通供水母管，互為備用。在河道清水期，可直接打開(kāi)水泵引水管供機(jī)組潤(rùn)滑冷卻用水。當(dāng)河道水出現(xiàn)泥沙大于0.5 kg/m3時(shí)，則關(guān)閉水泵引水管，由蓄水池供給清水。

3.3 沉沙池設(shè)計(jì)

3.3.1 運(yùn)用方式

考慮本工程取水口清水期較長(zhǎng)的有利條件，沉沙池的運(yùn)用方式為取水口含沙量＜1 kg/m3時(shí)，一級(jí)泵站提取黃河水可不通過(guò)沉沙池，直接入渠道；當(dāng)含沙量為1～10 kg/m3時(shí)，需通過(guò)沉沙池，但因沉沙量較少，取清水速率可以加快；當(dāng)取水含沙量為10～50 kg/m3時(shí)，則全部通過(guò)沉沙池處理；取水含沙量＞50 kg/m3以上，取水口停抽，沉沙池停止運(yùn)用。

根據(jù)黃河水沙資料分析，槐扒取水口處黃河1978年含沙量＜1 kg/m3，有 100d 左右，＜50 kg/m3約 118d，即沉沙池一年實(shí)際運(yùn)用天數(shù)約為118d。每個(gè)沉沙池設(shè)計(jì)最大處理水量1 m3/s。按照近期提水3 m3/s的規(guī)劃，修建沉沙池3個(gè)。近期一級(jí)泵站向沉沙池最大提水流量3.6 m3/s，其中0.6 m3/s為沉沙池沖沙排泥流量。沉沙采用自然沉淀，效率可達(dá)到90%以上，必要時(shí)再采取加藥混凝沉淀。

3.3.2 工程布置

沉沙池建筑物布置于西坡村312m平臺(tái)，占地7000m2。其建筑物由沉沙池配水樞紐、輻流式沉沙池、清水池以及輸水明渠等組成。工程分遠(yuǎn)近兩期實(shí)施，配水樞紐和輸水明渠一次性建成。

輻流式沉沙為直徑100m的漏斗式圓池，圓周為帶集水槽的擋土墻，墻頂高程313.2m,池深34～7.8m,池底由邊到中心底坡分別為0.015、0.09、0.14，中心部位分別設(shè)進(jìn)水管和集泥坑。

進(jìn)水管水通過(guò)整流格柵、活動(dòng)擋板、配水罩整流后，均勻地沿徑向以逐漸變小的速度流向周邊。在池內(nèi)完成沉淀過(guò)程后，通過(guò)周邊的三角堰流入集水槽，池內(nèi)設(shè)計(jì)水位312.6m，三角堰安裝高程312.5m,集水槽內(nèi)清水有內(nèi)徑1m的砼管輸向清水池，最大設(shè)計(jì)出水流量1m3/s。

沉降在池底部的泥沙，由旋轉(zhuǎn)式機(jī)械刮泥機(jī)刮入集泥坑，通過(guò)設(shè)在排泥廊道內(nèi)的排泥管排入河道。排泥水設(shè)計(jì)含沙量300 kg/m3，最大排泥水流量0.2 m3/s。排泥管為重力自流排泥，設(shè)主副管2根，主管為混凝土管，內(nèi)徑600mm，副管為鑄鐵管，內(nèi)徑300mm。副管在小含沙量時(shí)運(yùn)用，并在主管堵塞時(shí)作為備用。為便于檢修，排泥管設(shè)在廊道內(nèi)，并安裝蝶閥（原設(shè)計(jì)為閘閥）、流量計(jì)（施工時(shí)取消）和盲蓋。沉沙池設(shè)計(jì)滿池排空時(shí)間為7h。

刮泥機(jī)采用半跨式周邊傳動(dòng)刮泥機(jī)（GNb），主要由桁架、刮泥板和牽引小車(chē)等組成。刮泥機(jī)桁架上設(shè)置棧橋，刮泥板距池底8～10cm。刮泥板桁架借牽引小車(chē)沿敷設(shè)在輻流池圓周池壁上的鋼軌按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，同時(shí)在中心部分有小輪在固定于中心支座圓板上的鋼軌上轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)力電源由中心支座滑觸傳動(dòng)沿桁架牽引小車(chē)，牽引小車(chē)上設(shè)電動(dòng)機(jī)，減速機(jī)和控制開(kāi)關(guān)，電動(dòng)機(jī)功率7.5kW。刮泥機(jī)轉(zhuǎn)速可調(diào)整，每小時(shí)旋轉(zhuǎn)1.5～2周，其周邊線速度為 3～2.5m/min。

4.結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)近幾年來(lái)的運(yùn)行觀察，實(shí)踐證明，槐扒黃河提水工程一級(jí)泵站采用圓筒廠房分層取水結(jié)合輻流式沉沙池沉沙，有效地解決了取水口黃河水位變幅大、泥沙含量高的問(wèn)題，節(jié)省工程投資2千余萬(wàn)元，取得了良好的工程、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。其中《一級(jí)泵站新型廠房的設(shè)計(jì)與研究》獲河南省2002年科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，值得推廣應(yīng)用。