水利工程引黃泵站進水道方案探究

王肖肖，舒立華，劉 鑫

（1.山東省調水工程運行維護中心，山東 濟南 250100；2.山東省調水工程運行維護中心博興管理站，山東 博興 256500）

0 引言

輸水泵站運行是引調水工程運行維護中的重點，引黃泵站運行更是重中之重。本文以打漁張泵站為實例探討了引黃泵站流道施工過程，用一般的運行方案（5 條進水流道）均難見成效或代價太高。本文探討并實施了3 條進水流道組合運行方案，有效地解決了引黃泵站運行中的難點，保證了引黃泵站正常運行。

1 工程概況

引黃濟青工程是自黃河打漁張引黃閘引水，保證青島市社會經濟可持續發展的大型調水工程。該工程自 1986 年開始建設，1989 年 10 月建成通水，至今運行近30 年，發揮了巨大的經濟效益、社會效益和環境效益，為我國長距離跨流域調水工程的建設和管理提供了寶貴經驗。引黃濟青工程擔負著向青島、濰坊、煙臺、威海引江與引黃的任務。引黃濟青運行近30 年來暴露出渠首引水困難、工程老化和輸水能力不足等問題，急需改擴建，恢復原有的輸水能力。

打漁張泵站主要包括:攔污建筑物，進、出水建筑物，泵站主副廠房及生產管理區等。打漁張泵站設計流量36.00 m3/s，校核流量39.6 m3/s，泵站揚程為3.02～6.42 m。共安裝 5 臺 1700ZLQ9-6 型軸流泵，其中1 臺備用，水泵按全調節設計，配電動機功率900 kW,泵站總裝機4 500 kW。

2 存在的問題及原因分析

2.1 運行期間存在的問題

運行期間，小流量運行時間較長，運行期間又正值黃河汛期，是一年中含沙量最高的時期，造成進水池泥沙淤積嚴重；同時運行期間，停泵無法將泵站進口閘前的檢修閘門關閉，導致部分流道也出現淤積。

2.2 原因分析

黃河水含沙量高，水流流速過低，達不到泥沙起動流速是造成泵站進水池泥沙淤積的最根本原因。泵站前池不具備設置沉沙池的條件，泵站引水過程中，尤其在泵站進水池內，過流斷面增大、水流流速減緩、泥沙沉降形成淤積。

3 模型試驗結論

2021 年 6 月，揚州大學電氣與能源動力工程學院對引黃濟青工程打漁張泵站前池泥沙淤積工程處理方案進行了模型試驗，2021 年 7 月，揚州大學電氣與能源動力工程學院完成了《引黃濟青工程打漁張泵站水力物理模型實驗研究報告》。

3.1 特征斷面流速斷面分布測試

（1）1 臺機組運行時配水渠水流平順，無漩渦和強回流區，流態較好；在設計水位和校核水位下，配水渠向中間1 臺機組配水均勻；水面流態平順，無強漩渦和回流區。

（2）2 臺機組運行時，水流在坡降擴散段的外側形成了局部的低速脫流區，2-2 斷面至4-4 斷面流速分布不如1 臺機組運行時均勻；進水流道進口處（斷面1-1）流速分布較均勻，未明顯受漩渦影響。

（3）由于設計水位與校核水位水位差較小，在2個水位下測得流速分布規律與現象基本一致；3 個流量工況（設計流量Q=102.45 m3/h、1.2Q、0.8Q）下開啟1 臺機組的流速分布規律與現象基本一致，2 臺機組大流量運行時，在坡降擴散段的外側形成的低速脫流區比小流量更大。

3.2 泥沙沉降實驗研究

（1）試驗結果表明，泥沙的起動現象是具有隨機性動態過程，起動初期底板產生小附底渦卷起泥沙，隨著流速增加，水流開始間歇性沖刷并帶走泥沙；當流速很大時，底部產生回流，將泥沙朝反方向沖起，此時水流開始變渾濁，泥沙幾乎全被裹挾沖走。

（2）不同工況和開機組合的泥沙起動試驗表明，打漁張泵站泥沙起動的水流平均流速約為0.15 m/s。

依據以上模型試驗結論，打漁張泵站前池及進水池增設隔墩后，水流平順，無明顯不良流態；根據模型試驗結果可知，泥沙起動流速為0.15 m/s,增設隔墩后，流道內水流流速均大于0.15 m/s，有利于減少泥沙淤積。

4 工程方案與比選

在運行期間，由于引水流量較設計工況小，達不到設計運用工況，水流在進水池擴散，導致進水池內水流流速過緩，流速低于泥沙不淤積流速，同時由于黃河水含沙量較大，引起進水池內泥沙淤積。在泵站前設置沉沙池可有效沉積黃河水泥沙，設置沉沙池也是目前解決泥沙淤積問題的最經濟有效的方法。但根據引黃濟青工程總體布置，打漁張泵站上游距離取水口位置太近，無設置沉沙池，因此考慮通過增大進水池水流流速的方式來緩解泥沙在進水池中的淤積。在小流量、單臺泵運行情況下，為提高進水池內水流流速，在泵站進水池增加隔墩，將進水池劃分為單獨的過流通道，結合泵站進口閘的控制運用，實現單孔開啟、單通道過流、單泵運行，增大小流量引水情況下的流速， 緩解泥沙淤泥。另外改造清污閘，配備2 套150QJ20-54-5.5 kW 高壓噴水清淤設備，用于機組開機運行前的沖沙清淤等。現初步擬定以下2 個方案進行比選。

4.1 五條進水道方案（方案一）

泵站進水池新增 4 道隔墩，共分為5 條進水道，對應5 臺水泵。水道前增設控制閘室，5 道控制閘對應5 條進水道，控制閘設啟閉設備，具體布置詳見圖1。隔墻頂部設聯系梁，隔墩首端與控制閘中墩銜接，末端與泵站工作橋中墩銜接。

圖1 5 條進水道平面布置圖

4.2 三條進水道方案（方案二）

泵站進水池新增 2 道隔墩，共分為3 條進水道，邊機組 2 臺泵共用1 條進水道，中間機組1 臺泵1條進水道，具體布置詳見圖2。,進水道型式采用U型槽，U 型槽頂部設聯系梁，隔墩首端與泵站進口閘中墩銜接，末端與泵站工作橋中墩銜接。

圖2 3 條進水道平面布置圖

4.3 方案比選結論

經過表1 方案比較，擬選用土建工程量少，投資省的方案2，即3 條水道方案。

5 運行中為減少淤積采取措施

5.1 組合流道開機法

打漁張泵站機組是4 用1 備單機流量為9 m3/s，運行中3 條進水道采用2+1+2 組合法。根據調度指令需引9 m3/s，運行3 號機組；引水為18 m3/s時，運行1、2 號（共用一個流道）2 臺機組運行或4、5 號（共用一個流道）2 臺機組；引水27 m3/s；運行3臺機組開1、2、3 號或3、4、5 號；引水36 m3/s，運行4臺機組開1、2、4、5 號。

5.2 增加流速，減少淤積

嚴格控制運行水位，根據調度指令控制進水閘門的高度，使進水渠道的水位在10.55 m，進水道水位控制在10.3 m，由于水位低，在水泵的吸力作用下，加快水的流速，減少淤積。

6 結語

由于本泵站運行工程受含沙量大黃河水的影響，為減少進水池淤積，不能采用常規的運行方法，為此經多方探討、研究，確定了3 流道運行方案。在施工過程中科學組織、精細分工，經過各施工班組的密切配合，高效完成高流道改造工程，運行效果良好，達到了預期目的，從而保證了工程整體目標的順利實現。

參考文獻：

[1] 陸林廣．泵站進水流道設計理論的新進展[J]．河海大學學報（自然科學版），2001（1）：40-45．

[2] 揚州大學電氣與能源動力工程學院．引黃濟青工程打漁張泵站水力物理模型實驗研究報告[R] ，2021．