淺談浮船式取水泵站在水源工程中的應(yīng)用

胥維纖，苗　磊，方　圓

(陜西水環(huán)境工程勘測設(shè)計研究院，陜西 西安 710018)

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淺談浮船式取水泵站在水源工程中的應(yīng)用

胥維纖，苗磊，方圓

(陜西水環(huán)境工程勘測設(shè)計研究院，陜西 西安 710018)

[摘要]隨著城鎮(zhèn)生活用水及工業(yè)用水需求的不斷增長，陜西省取水水源工程建設(shè)項目已逐漸實施，其中水庫取水成為供水工程主要的取水方式之一。通過比較水庫中修建取水構(gòu)筑物的形式，分析論證采用浮船式抽水泵站的可行性，并給出浮船式抽水泵站設(shè)計的建議。

[關(guān)鍵詞]浮船式泵站；取水水源；固定式泵站；錨固

陜西省寶雞市鳳翔縣位于關(guān)中平原西部，是周秦發(fā)祥之地、嬴秦創(chuàng)霸之區(qū)、華夏九州之一。名列全國四大名酒之一的西鳳酒廠坐落在鳳翔縣柳林鎮(zhèn)，該鎮(zhèn)獨有的地下水水質(zhì)造就了西鳳酒的獨特韻味。隨著寶雞市政府“百億西風(fēng)”戰(zhàn)略目標(biāo)的推進和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要，為了保證西鳳酒廠的規(guī)劃原酒用水(地下水)的需求，需要劃定西鳳酒城的地下水保護區(qū)范圍，該范圍內(nèi)的居民和工業(yè)用水均限制開采地下水。為滿足日益增長的居民生活用水需求，減少對地下水的開采，鳳翔縣需要結(jié)合本區(qū)域內(nèi)部的地表水資源情況，新增供水工程，從根本上解決保護區(qū)范圍內(nèi)的居民生活、農(nóng)業(yè)灌溉用水、其它工業(yè)用水及西鳳酒廠附屬生產(chǎn)用水。

1工程概況

工程取水水源為馮家山水庫，水庫位于千陽、鳳翔和寶雞市陳倉區(qū)交界處的大(Ⅱ)型水庫，總庫容為4.27億 m3。

通過修建供水工程，將該水庫的庫水調(diào)至鳳翔縣城及柳林鎮(zhèn)，一方面可解決鳳翔縣城日益發(fā)展帶來的新增人口生產(chǎn)生活用水問題，另一方面可用馮家山水庫的地表水，置換西鳳酒廠保護范圍內(nèi)的地下水，滿足了釀酒業(yè)對水質(zhì)的特殊要求，又可確保百億西鳳釀酒取用地下水及區(qū)域內(nèi)居民生產(chǎn)生活用水需求，使規(guī)劃區(qū)內(nèi)地下水資源得到合理利用和保護。

水源工程取水口在馮家山水庫庫區(qū)左岸桂家峽口處，庫區(qū)上部有15～23 m陡立的巖石岸坡，岸坎頂部高程為715.00 m，目前岸坎穩(wěn)定，巖層裸露，不存在塌岸、滑坡等不利的地質(zhì)問題。陡立岸坎以上約35 m為二級臺地，地面高程為725.00 m，臺地地形平坦。取水泵站設(shè)計流量為0.50 m3/s，日供水量為43 000 m3。

2取水建筑物類型比選

水庫取水常用的泵站形式有岸邊式固定泵站、浮船式泵站和纜車式泵站三種形式。根據(jù)水庫取水的常用泵站型式，結(jié)合馮家山水庫桂家峽的地形地貌、地質(zhì)條件等，對以上三種型式泵站進行技術(shù)經(jīng)濟比較。

方案一：桂家峽取水口岸坡較陡，但靠流條件較好，岸坎穩(wěn)定，不存在塌岸、滑坡等不利的地質(zhì)問題。取水點處馮家山水庫洪、枯水位變幅較大，高差達到26.03 m，在距離岸坎85m處布置浮動式泵站，泵站主廠房安裝在浮船上，浮船與岸邊之間的管道采用兩級浮塢、球形萬向轉(zhuǎn)動接頭和活絡(luò)接頭銜接。上岸后由活絡(luò)接頭接入輸水管道。

方案二：在桂家峽岸坎上游約15 m的平臺上，利用穩(wěn)固的岸坎和較低平臺，將岸坡削為1:3的坡道，布置纜車式泵站；水泵機組安裝在岸坡軌道上的泵車內(nèi)，根據(jù)水位的漲落，泵車依靠絞車沿軌道升降。泵站進水管道布置在泵車的后側(cè)，水泵出水側(cè)管道沿斜坡敷設(shè)，斜管上設(shè)置若干叉管，水位變動時泵車上水泵出水管與叉管連接。上岸后斜管接入輸水管道。

方案三：沿桂家峽岸坎以上約35 m有一處平臺設(shè)置固定式泵站，高程為725 m，岸坎較陡，不存在塌岸、滑坡等不利的地質(zhì)問題，沿岸坎布置沿沙灘地布置引水斗槽，將庫水引入泵站前池。

以上三個方案特點、優(yōu)缺點及投資對比具體見下馮家山水庫取水泵站方案比較表。

通過對取水泵站方案的技術(shù)經(jīng)濟比較，纜車式、岸邊固定式取水建筑物施工時，必須將水庫的水位降至較低水位方可進行。根據(jù)馮家山水庫的水位～面積關(guān)系曲線，水位水位每降低1 m，水庫庫容減少1 500 m3，水庫效益將減少1 050萬元，且水庫水位降低后將影響其他用水對象供水?？紤]工程實施和協(xié)調(diào)的難度，且馮家山水庫洪、枯水位變幅較大，因此推薦采用浮船式泵站形式，即采用浮船以適應(yīng)水位的變化，在浮船上安裝水泵汲水。由于船體漂浮在庫區(qū)中，宜在水面擺動，因此需要在岸邊設(shè)置錨固系統(tǒng)。

3浮船式泵站的設(shè)計

3.1進水部分

泵站進水部分由3根DN800進水鋼管組成。為防止進水喇叭口容易被水中雜物堵塞，在進水管底部設(shè)置攔污格柵，定期對格柵進行清理。

3.2船體部分

浮船甲板平面分為主廠房區(qū)域和兩側(cè)艉尖艙區(qū)，各區(qū)域在一個平面上。根據(jù)機組按照單列式布置方式，廠房總長度為17.7 m，寬度為6.0 m，主要由值班區(qū)域和機組區(qū)域兩部分組成。值班室位于浮船左側(cè)，平面尺寸為2.75 m×6.0 m，主要為工作人員值班及休息區(qū)域。中間為機組區(qū)域，主要分為兩部分，分別為水泵倉和檢修間，總寬度為14.95 m，其中水泵倉寬度為10.95 m，泵艙內(nèi)共安裝3臺DFSS雙吸泵(兩用一備)，水泵型號為DFSS350-13N/A，單泵流量為0.25 m3/s，設(shè)計揚程為40 m，配套電機為Y315L1-4/160kw，整體機組采用上承式安裝方式，共同安裝在甲板上，保證機組間互不影響；檢修間寬度4.0 m，主要滿足單臺機組檢修需要的空間。

浮船總長度23.2 m，水線長23.0 m；型寬8.0 m，總寬9.5 m；浮船型深1.5 m，結(jié)構(gòu)吃水深度0.8 m，設(shè)計吃水深度0.7 m，保證水泵抽水的需要。浮船采用CCSA船用鋼板。

表1　馮家山水庫取水泵站方案比較表

3.3出水部分

為保證泵站在水庫庫區(qū)水位達到枯水位時浮船運行安全，結(jié)合水庫庫底實測地形，將浮船設(shè)置在距離岸邊,80 m處。浮船式泵站三根壓力管道在水泵倉內(nèi)并為一根管道，管道管徑為DN700。出倉后經(jīng)過球形萬向轉(zhuǎn)動接頭、兩個托管浮塢、岸邊支墩將三級管道輸送到岸邊，管道長度分別為22.5 m、22.5 m、40 m，浮塢的尺寸分別為7.0×5.0×2.2 m、9.0×60×1.8 m。管道上岸后直接送入二級站進水池。

3.4浮船的錨固

根據(jù)地形及水流條件，浮船的錨固形式采用錨泊和系泊兩種方式。

(1)錨泊：浮船配備短桿霍爾錨4只(2 t)，AM2-40電焊錨鏈4節(jié)。在甲板上配備30 KN電動錨絞盤2只。

(2)系泊：在浮船首尾各設(shè)2只電動絞盤底座、4只簡易導(dǎo)纜器，同時為滿足水流流速較大時對浮船的推力和船擱淺時能牽引的要求，在庫區(qū)一級臺地上設(shè)置2個C25鋼筋混凝土系纜樁，尺寸為樁頂寬度為4 m，底寬為8 mm，高5.2 m。導(dǎo)纜樁與浮船之間采用Φ24 mm的鋼絲繩連接，繩長255 m。

4結(jié)論與建議

結(jié)合馮家山水庫向鳳翔縣供水工程一級站工程取水方式的比選，提出以下建議和結(jié)論：

1)浮船抽水站與固定式泵站相比，解決水庫岸邊取水施工困難的問題，節(jié)約了土地資源與工程投資，便于管理，適用于等水位變幅較大的水庫及河道高岸坎處取水的一種方式。

2)浮船式取水泵站是無壩引水與泵站合一的取水構(gòu)筑物，站址的選擇也是抽水站設(shè)計的關(guān)鍵問題，除了考慮庫區(qū)水文特性，站址選擇時適宜河床穩(wěn)定，水流經(jīng)?？堪肚也划a(chǎn)生回流的河段處，水庫已選擇庫區(qū)內(nèi)洪、枯水位均著流的凹岸處。

3)為保證浮船運行安全，需要保證船體具有一定的吃水深度要求，如果水深不足，稍有淤積，船體容易擱淺。因此在決定浮船取水水深時，需要充分考慮庫區(qū)的淤積情況或河道的沖淤變化，設(shè)計水深需要留有余地。

4)浮船船體尺寸的大小應(yīng)在保證船體穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，結(jié)合供水規(guī)模、機組布置，檢修要求等因素綜合考慮確定，在不滿足穩(wěn)定時需要采用壓艙等措施解決。

5)出水部分與岸邊之間的距離根據(jù)水下地形及取水水位確定，在滿足取水要求的基礎(chǔ)上，需要保證浮船底部與庫底之間有超過1.0 m的安全距離。浮船與岸邊之間采用聯(lián)絡(luò)管來連接取水浮船與岸邊輸水管道，為了使聯(lián)絡(luò)管能適應(yīng)船體豎向移動，水位移動、水平擺動等情況，需要在聯(lián)絡(luò)管兩端設(shè)置套筒式接頭、球形萬向接頭等方式銜接，但在運行過程中需要隨時監(jiān)控接頭處是否有漏水現(xiàn)象，一單發(fā)現(xiàn)，及時進行檢修，保證工程運行安全。

6)浮船在岸邊的錨固需要結(jié)合岸邊的地形、地質(zhì)特點及水流特性等綜合考慮確定。馮家山向鳳翔縣供水工程根據(jù)浮船受力采用系纜樁與纜繩結(jié)合的方式，主要依靠系纜樁與地面的摩擦力承受浮船對纜繩的拉力；目前我省正在更新改造的港口抽黃灌區(qū)零級站浮船式泵站位于黃河右岸潼河入黃河口處，黃河水流流蘇相對較大，船體主要依靠岸邊支墩底部設(shè)置的灌注樁承受浮船對岸邊的拉力。

7)雖然浮船式抽水泵站在水庫取水工程具有一定的優(yōu)勢，但在工程的運行管理相對復(fù)雜，因此后期需要嚴(yán)格監(jiān)控船體及設(shè)備的運行情況，以保障泵站的供水安全。

[中圖分類號]S277.9+2

[文獻標(biāo)識碼]B

[文章編號]1004-1184(2016)02-0147-02

[作者簡介]胥維纖(1983-)，女，山東濟陽人，工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計。

[收稿日期]2015-12-14