淺談浮船泵站在劉家溝水庫向永平鎮供水工程中的應用

王 剛，白 超，馬光標

（西安景天水利水電勘測設計咨詢有限公司,陜西 西安 710014）

水庫取水具有水量有保證、水質優良等優勢,但采用傳統的泵站取水方式,需固定取水口在設計要求的最低水位以下,往往抽取的是庫區含砂量較高的底層水,且泵站在運行過程中維修和清理都比較困難,同時泵站在施工過程中對周圍地表擾動大,對環境影響也較大。而浮船泵站利用自身優勢,有效避免了傳統泵站的這些缺點,同時具有制造簡單方便,施工周期短,費用低等優點,因此在工程實踐中逐漸被廣泛使用。

1 工程概況

永壽縣永平鎮供水工程共涉及永平鎮和監軍街道辦轄區內前進村、嵩店村等10 個行政村,現階段總人口8242 人,現狀水源主要有前進村400 m 機井以及各村的獨立供水工程。但近年來,隨著永平鎮旅游市場的不斷開發完善,帶動周邊經濟迅猛發展,居住人口及居民用水量驟然提高,而現狀水源工程供水量有限,且隨著一些工程的老化、損壞,來水量已嚴重不能滿足居民用水需求,項目區居民吃水困難問題已經凸顯。永壽縣政府借助農村飲水安全項目的良好形勢和為當地居民造福的本質要求,修建了永壽縣永平鎮集中供水工程,解決了當地飲水安全問題。經現場調查和工程規劃設計,本次供水工程由水源工程、輸水工程、水廠工程及配水工程四部分組成,供水規模為725 m3/d,屬Ⅳ型集中供水工程,取水規模為800 m3/d,折合9.06 L/s。

劉家溝水庫建成于1959 年,為Ⅴ等小（2）型水利樞紐工程。劉家溝水庫位于永壽縣永平鎮東山村北邊的溝道上,屬涇河一級支流太峪河支流拜家河支溝,壩址以上控制流域面積6.1 km2,河道長2.8 km,平均比降42.0‰。劉家溝水庫所在流域屬黃土高塬溝壑區,北高南低,流域內地表陡峻,溝壑縱橫,塬面破碎,植被較差,水土流失嚴重。劉家溝水庫總庫容62.54 萬m3,興利庫容26.60 萬m3,死庫容20.95 萬m3,校核洪水位1187.50 m,正常蓄水位1184.00 m,死水位1175.50 m。

2 取水建筑物型式比選

本次供水工程的取水流量為800 m3/d,泵站設計流量40 m3/d,水庫水位漲落變幅10 m,水位上漲速度小于2 m/h,水庫岸坡穩定,水庫迎水面坡比為1∶2.1,左岸邊坡坡比1∶1.6。針對現狀情況,提出了浮船式泵站、纜車式泵站、固定豎井式泵站等3 種建設方案。

（1）浮船式泵站。采用停泊式,浮船尺寸為15.2 m（長）×7.7 m（寬）×1.3 m（深）,配備2 臺臥式多級離心泵。單機流量Q=40 m3/h,揚程180 m,功率37 kW。泵船上設置控制室、配電室。

（2）纜車式泵站。設取水泵車1 臺,配備2 臺單機流量為40 m3/h,揚程180 m,功率37 kW 的多級離心泵水泵。

（3）固定豎井式泵站。圓筒豎井結構采用C25 鋼筋混凝土框架式,尺寸為：高12 m,外徑5 m,壁厚為0.5 m。配備2 臺單機流量為40 m3/h,揚程200 m,功率37 kW 的長軸深井泵。配備2 臺手電兩用電動葫蘆在啟閉機房屋面梁上,用于起吊水泵。

從工程建設的施工難度、工程造價,運行的穩定性,管理的方便性,供水的安全性等方面對各方案進行分析比較,方案比選結果見表1。

表2 水泵總揚程計算表 單位：m

3 方案確定

綜合比較,浮船泵站在施工難度方面：無需修筑圍堰,整體結構簡單,施工安全；工程造價方面：造價相對較低；運行的穩定性：能隨水位漲落而升降,適應性廣,靈活性大,且本工程中浮船泵站對水流流態影響不大；管理的方便程度：能適應河床變遷引起的取水地點變更,水量發生變化時容易改裝。經過技術、經濟比較,推薦選用浮船式泵站。

4 浮船泵站設計

4.1 泵船設計

浮船泵站主要由岸上支墩、搖臂、浮船、泵站水泵機組設備、輸水管等部分組成,根據用戶需求浮船上可配備電氣控制設備、攔污設施、起吊設施。浮船長15.2 m,寬7.7 m,深1.3 m,吃水深度0.75 m,船主體為CCSA 船舶專用鋼板、全電焊、橫骨架式結構。右舷正對泵機座下局部增設有加強底座,左舷輸水管管座區域甲板下每檔均設有強橫梁,底部每檔均設實肋板,且增設有短縱桁和支柱。所有的外板開口、甲板開口、艙壁開口需有適當大小的圓弧角隅,船底實肋板應開設過水孔和過焊孔。浮船的荷重布置基本對稱,靠浮船的右舷布置取水電機水泵,浮船的左舷布置匯流管道及輸水管路,浮船在設備靜止狀態重量基本平衡,在設備運轉狀態中,可通過壓載適當的配重來調節浮塢的穩定性。

4.2 水泵設計

（1）設計流量的確定：

按照本工程需要,水廠規模為800 m3/h,水泵選用抽水量分別為40 m3/h。

（2）設計總揚程的確定：H（設計總揚程）=H1（地形揚程）+H2（管道沿程損失）+H3（最小服務水頭）

其中管網沿程損失采用海曾—威廉公式計算。

式中：hy為沿程水頭損失,m；L 為計算管段長度,m；Q 為設計流量,m3/s；Ch為海曾-威廉系數,塑料管取140,鋼管取120。

沿程阻力系數或謝才系數與水流流態有關,一般只能采用經驗公式或半經驗公式計算。按照《室外給排水規劃》,本次水損計算采用海曾威廉公式計算各管段水損。

局部損失按照沿程損失的10%。

（3）水泵選擇

根據特征參數對各處加壓站進行水泵選型及配套,經查閱相關水泵樣本,水泵選型方案見表3。

表3 水泵選型表

5 結語

結合浮船泵站在永壽縣永平鎮供水工程中的應用,提出以下結論和建議：

（1）浮船布置基本不受庫岸地質條件,利于工程總體置,不僅節省了工程造價,并且縮短了建設周期,同時避開了深埋管線及泵房施工難度大等技術問題。

（2）本工程浮船泵站可以隨劉家溝水庫水位漲落而自動升降,抽取的是含泥砂量少的上層庫水,取水效率較高。

（3）本工程浮船根據各工程實際情況確定具體參數后由工廠標準化制造,在現場拼接。浮船泵站的建設無需圍堰施工,具有施工工藝簡單、建設周期短的優勢。

（4）本工程建設期及后期運行對土地需求較小,對周邊環境擾動小等優點。

（5）本工程水位變幅較小,未配備變頻設備。建議在水位變幅較大的浮船泵站取水工程中,設置變頻設備,以降低能耗。

（6）本工程受用地條件的限制,控制室、配電室均布置在浮船上。建議岸邊有用地條件的站址,宜將配電室、控制室等設置在岸邊,以降低船體尺寸,提高浮船的靈活性和適應性。