延安黃河引水工程取水設(shè)計(jì)方案探析

王張斌

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

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延安黃河引水工程取水設(shè)計(jì)方案探析

王張斌

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

根據(jù)延安黃河引水工程取水?dāng)嗝娴乃酬P(guān)系和特征，研究工程規(guī)劃設(shè)計(jì)階段采用削峰填谷的調(diào)節(jié)計(jì)算方案的合理性，以及利用源水含沙低峰時(shí)段(p<15 kg/m3)完成抽水充庫工作的可行性。分析認(rèn)為采用此方案技術(shù)上安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理可降低供水工程建設(shè)費(fèi)用和水價(jià)，有利于工程運(yùn)行的良性循環(huán)。

黃河引水；水沙分析；取水方案

延安市是一個(gè)資源性缺水地區(qū)，人均占有水資源量僅463 m3，為全省人均水資源占有量的35%，全國人均水資源占有量的21%，屬于陜西省嚴(yán)重的缺水地區(qū)。為解決當(dāng)?shù)厮Y源短缺問題， 制定了從黃河和清澗河聯(lián)合引水的戰(zhàn)略水源方案，以解決延安市及周邊區(qū)縣的長期供水水源問題。然而黃河為世界著名的多泥沙河流，合理確定取水方案是成為該工程的關(guān)鍵。

1 工程取水方案

經(jīng)過前期的初步選線選址，可行性分析論證，初步選定在延川縣延水關(guān)鎮(zhèn)王家渠附近取水，經(jīng)沉淀簡單處理后，經(jīng)加壓輸送至各個(gè)受水區(qū)水廠進(jìn)行二次處理

后配送至用戶。為提高供水保證率，在取水口附近設(shè)調(diào)蓄水庫。因此，工程取水方案由取水泵站、泥沙預(yù)處理站、調(diào)蓄水庫以及提水設(shè)施等部分組成。

2 工程設(shè)計(jì)的合理性分析

2.1 取水方式合理性

首先設(shè)計(jì)選定的工程取水口位置選擇黃河中游晉陜峽谷段五個(gè)“S”型大轉(zhuǎn)彎的延水灣斷面該段河道經(jīng)長期的蛇曲河勢演變后水流上提下挫，河道主槽靠近右岸，并在右岸形成彎道凹岸，且河流下切超過了老河谷谷底而達(dá)到并出露基巖，站址水文地質(zhì)條件良好；從選址上盡可能避免了泥沙淤積和脫流問題。其次，取水泵站采用合建式岸邊取水泵站，進(jìn)水口設(shè)計(jì)采用斗槽式雙向進(jìn)水廊道，既解決了大體積漂浮物和流凌對(duì)取水口的淤堵問題，又能形成良好水利條件，確保斗槽沖沙拉沙問題。

2.2 泥沙預(yù)處理工藝

黃河為多泥沙河流，原水具有汛期高溫高濁和冬季低溫低濁的雙重特征。工程抽水沙限為60 kg/m3，即當(dāng)每方水的泥沙含量低于60 kg時(shí)，取水泵站正常工作，將水抽送至泥沙處理站進(jìn)行處理，否則抽水泵站停止運(yùn)行。針對(duì)泥沙含量低于量低于60 kg的黃河水來說，目前可供選擇的處理構(gòu)筑物主要有輻流式預(yù)沉池、平流式預(yù)沉池、水旋澄清池等。結(jié)合工程任務(wù)規(guī)模、取水口現(xiàn)狀地形地質(zhì)條件、受水區(qū)用水水質(zhì)要求等因素，經(jīng)綜合分析比較，本次設(shè)計(jì)處理的高濁度水沉淀(澄清)處理流程的選擇和一般水源不同，不但要考慮原水含沙量的特點(diǎn)，還要考慮其他復(fù)雜因素。綜上所述，考慮到該水源洪峰含沙量達(dá)到60 kg/m3，(供水保證率大于95%)，設(shè)計(jì)處理后的水質(zhì)濁度不高于30 NTU，鑒于黃河流域高濁度水處理工程成功經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)擬采用的高效水力旋流澄清池(HPS)，更適宜于本工程的水量和處理要求。

2.3 調(diào)蓄水庫合理性

為了提高供水保證率，擬在黃河～高家灣水廠輸水干線上設(shè)置1座調(diào)蓄水庫——南河水庫工程，作為延安黃河引水工程的反調(diào)節(jié)水庫，其目的是為解決供水區(qū)因水源泥沙超限和供水設(shè)施事故檢修缺水時(shí)段的用水問題，確保工程供水保證率不低于95%。該水庫規(guī)模論證采用了長系列削峰填谷的方法進(jìn)行黃河和南河水庫聯(lián)合調(diào)節(jié)計(jì)算，

按照黃河枯水期供水時(shí)泥沙超限、斷流期長(清澗河)等原因，1952年～2010年共59年，基本每年均有不同程度的缺水，缺水量小于1 000萬 m3的年份有53 a，現(xiàn)就缺水量大于1 000萬m3的有5 a各年缺水情況見表1。

表1 黃河枯水期各年缺水情況統(tǒng)計(jì)表 萬m3

將1966年、1997年、1969年列為主要研究對(duì)象，對(duì)其1966年、1997年、1969年的缺水原因及缺水情況進(jìn)行了詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)分析，從圖1可以看出1966、1997年缺水原因主要5月—6月、10月份來水不足造成，1969年缺水主要是受水源含沙量超標(biāo)引起。

根據(jù)工程設(shè)計(jì)供水規(guī)模，新建南河調(diào)蓄水庫總庫容2 718萬 m3，死庫容1 350萬 m3，興利庫容1 100萬 m。3，滯洪庫容268萬 m3。本工程屬于Ⅲ等中型工程，相應(yīng)主要建筑物大壩、泄洪洞、輸水建筑物為3級(jí)，次要建筑物為4級(jí)，臨時(shí)建筑物為5級(jí)。水庫樞紐工程的防洪標(biāo)準(zhǔn)按50 a一遇設(shè)計(jì)，1 000 a一遇校核。水庫死水位為837.30 m；正常蓄水位為847.60 m，樞紐由均質(zhì)土壩、放水建筑物等組成。可解決泥沙超限時(shí)工程受水區(qū)的供水問題。

3 取水工程不同運(yùn)行工況合理性分析

從工程經(jīng)濟(jì)性角度分析，在工程運(yùn)行安全的條件下，根據(jù)黃河取水口大斷面水大沙大、水小沙少的來水來沙特征，分析研究不同工況(供水+充庫)下設(shè)計(jì)取水規(guī)模和泥沙處理站處理能力的合理性，以提高工程的經(jīng)濟(jì)效益和設(shè)計(jì)的有效使用率。

根據(jù)吳堡、龍門水文站實(shí)測泥沙資料統(tǒng)計(jì)：采用區(qū)間面積加權(quán)法計(jì)算，得延水關(guān)站多年平均年輸沙量為7.18億 t ，多年平均含沙量為25.3 kg/m3。針對(duì)本工程的泥沙處理設(shè)施而言，工程設(shè)計(jì)的輻流式沉砂池的設(shè)計(jì)處理能力為：源水含沙量為60 kg/m3時(shí)，沉砂池的處理能力可滿足日最高供水量32.91萬 m3/d的要求；而源水含沙量不高于15 kg/m3時(shí)，輻流池的日產(chǎn)水量可達(dá)到35萬 m3/d，因此為保證充庫時(shí)不影響正常供水，充庫時(shí)段的含沙量應(yīng)控制在15 kg/m3以下。依據(jù)圖1所示，枯水期(10月～4月)的含沙量基本處在15 kg/m3以下，枯水期滿足充庫時(shí)段的含沙量要求。

圖1 1952-2010年缺水年份各年來水情況

為了進(jìn)一步確保工程充庫時(shí)段科學(xué)合理性，需進(jìn)一步核算來沙量超標(biāo)年份工程充庫時(shí)段的源水含沙量。通過分析1952-2010年延水關(guān)斷面的泥沙資料，發(fā)現(xiàn)1971年，1956年、1973年，1954年、1959年、1961年、1963年為1952年-2010年59年間源水含沙量超過15 kg/m3的天數(shù)超過100 d，分別為：129 d、120 d、118 d、114 d、106 d、106 d、105 d、為了保證工程的供水保證率(95%)，分別研究前4年的來沙量及來沙時(shí)段，具體見圖2。

圖2 含沙量>15kg/m3的年份的來沙過程

通過對(duì)圖2分析，超過15 kg/m3含沙量的最大4年1971年，1956年、1973年，1954年10月～4月含沙量基本小于15 kg/m3，因此在10月～4月可進(jìn)行充庫。

4 結(jié)語

通過上述分析研究，延安黃河引水工程規(guī)劃設(shè)計(jì)方案中的取水設(shè)施及抽水規(guī)模、泥沙處理站處理能力以及整個(gè)抽水系統(tǒng)等主體工程，在黃河來水含沙量p≤60 kg/m3保證正常供水的設(shè)計(jì)工況下，在不擴(kuò)大設(shè)計(jì)取水規(guī)模的情況下，通過分析黃河取水?dāng)嗝嫠程卣?，采用削峰填谷的調(diào)節(jié)計(jì)算方案，充分利用源水含沙低峰時(shí)段(p<15 kg/m3)完成抽水充庫工作。因此整個(gè)取水工程無論在規(guī)劃設(shè)計(jì)、還是在運(yùn)行方案中均滿足了技術(shù)上安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理可行、運(yùn)行管理便捷的設(shè)計(jì)理念，降低了供水工程的建設(shè)費(fèi)用和水價(jià)，有利于工程運(yùn)行的良性循環(huán)。

TV67

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1004-1184(2016)06-0130-02

2016-10-17

王張斌(1979-)，男，陜西西安人，工程師，主要從事水利設(shè)計(jì)工作。