重新啟用尊村浮船取水裝置的思考

秦萍霞

1 浮船取水裝置的建設(shè)情況

1.1 尊村引黃工程概況

尊村引黃工程是山西省一項(xiàng)大型多級提水灌排工程,灌溉面積166萬畝,灌溉范圍包括永濟(jì)、臨猗、鹽湖、夏縣、聞喜五縣(市、區(qū))的38個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),596個(gè)自然村,占運(yùn)城市水地面積的1/3,占山西省水地面積的1/10。同時(shí)工程還具有灌區(qū)內(nèi)黃河、涑水河防汛抗旱、排澇(洪、堿)、地下水觀測和土壤改良等功能。1991年以來,又先后承擔(dān)了南風(fēng)、海鑫、關(guān)鋁三個(gè)工業(yè)集團(tuán)的供水任務(wù),在運(yùn)城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有十分重要的作用。

1.2 浮船項(xiàng)目建設(shè)緣由

尊村樞紐泵站一級站位于永濟(jì)市西北黃河小北干流的尊村嘴上,1978年4月建成投入運(yùn)行,前十年水源著流條件一直較好,隨著配套工程的實(shí)施,提水量逐年增加,特別是1981年提水8 171萬m3,實(shí)灌面積超過有效灌溉面積。然而自1989年汛期過后,黃河主流逐步遠(yuǎn)離尊村一級站,最遠(yuǎn)距離達(dá)3 km,出現(xiàn)了歷史上罕見的連續(xù)脫流現(xiàn)象,造成引黃泵站取水十分困難的被動(dòng)局面。經(jīng)估算,自脫流以來,截至 1992年年底,泵站運(yùn)行16年,脫流6年,脫流率37%,減少提水量4.56億m3,減少灌溉面積5 463萬畝,減少社會(huì)效益3.3億元,灌區(qū)灌溉保證率僅為20%～25%。水源問題成為制約尊村灌區(qū)正常運(yùn)行的瓶頸,灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到嚴(yán)重影響。

1.3 泵站脫流的機(jī)理分析

泵站脫流是由于黃河主流擺動(dòng)造成的。主流擺動(dòng)是由其本身的諸多因素決定的。其中主要因素為黃河的多泥沙特征,泥沙來源區(qū)系黃河中游的黃土高原區(qū)。因其集雨面積相對較小,洪峰偏,尖瘦入槽,受主槽的調(diào)蓄作用,洪峰調(diào)平。一般處于不漫灘或少漫灘的情況,使粗泥沙主要沉降在主河槽。主河槽淤積嚴(yán)重,必然往兩邊淘刷擴(kuò)展,因河灘屬液化砂層地質(zhì),松軟易沖刷,對水流約束力小,由禹門口即發(fā)生主流擺動(dòng)。1989年汛期過后,尊村河段由于主流的擺動(dòng)西移,引起泵站水源主流脫流。

1.4 浮船建設(shè)規(guī)模

浪店水源工程尊村浮船泵站設(shè)計(jì)浮船3艘,提水流量18.2 m3/s,實(shí)施中因配套資金未到位,僅完成了神龍1號、神龍2號兩艘浮船建造與安裝,購置水陸兩用挖掘機(jī)一臺,兩艘浮船提水流量12.2 m3/s。設(shè)計(jì)揚(yáng)程1.5 m～3 m,總裝機(jī)660 kW。

1.5 浮船結(jié)構(gòu)及組成

浮船為單底、單甲板、橫骨架式全電焊結(jié)構(gòu),船殼板采用CCS型船用結(jié)構(gòu)鋼,甲板及船體結(jié)構(gòu)采用Q235-A鎮(zhèn)靜鋼。

浮船總長 Lca=30.95 m,水線長 Lw1=29.37 m,型寬B=9.0 m,型深 H=3.0 m?？蛰d吃水0.8 m,滿載吃水1.5 m,空船重138 t,滿載排水量156.5 t。選用135Aca型號柴油機(jī)一臺,N額=110 kW,航區(qū)為B區(qū)。船上安裝船用桁車,桁車行走機(jī)械為齒輪,齒條傳動(dòng)具有鎖定功能,起重量5 t,用于水泵電機(jī)等設(shè)備的檢修維修。

浮船安裝軸流泵700ZLBd-125立式軸流6臺,電動(dòng)機(jī)布置在甲板上,水泵布置在泵機(jī)組艙里,整體機(jī)組采用兩層支承結(jié)構(gòu),盡量減少傳動(dòng)軸長度來保證浮船重心高度。泵機(jī)組兩兩之間凈距離為3 m,雙排錯(cuò)開排列布置,保證巡視走道及機(jī)組間互不影響。全船主甲板以下設(shè)四道橫艙壁,將全船分隔成尾尖艙、機(jī)艙、泵機(jī)組艙、艏空艙和艏尖艙。

2 浮船運(yùn)行情況及優(yōu)缺點(diǎn)分析

2.1 運(yùn)行情況

浮船取水裝置2000年6月份投入使用,當(dāng)年運(yùn)行2 182臺班時(shí),提水786萬m3;2001年運(yùn)行1 917臺班時(shí),提水960萬m3,累計(jì)提水1 476萬m3。該裝置的運(yùn)行,適時(shí)補(bǔ)充了水源不足,為灌區(qū)抗旱保澆發(fā)揮了重要作用。后因主流擺動(dòng)頻繁,裝置拆遷困難,加之水源有所改善,至今浮船取水裝置一直未再利用。

2.2 優(yōu)點(diǎn)分析

1)機(jī)動(dòng)靈活,適用性強(qiáng)。

浮船泵站具有動(dòng)力行走裝置,操作人員隨時(shí)都能駕駛浮船至取水較好的地方,最大限度地挖掘黃河客水資源,保證供水不間斷。

2)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,運(yùn)行安全可靠。

船體在設(shè)計(jì)時(shí),在主甲板下左右船舷布置了壓載水艙,用來調(diào)節(jié)浮船的不同吃水深度及機(jī)組運(yùn)行時(shí)不平衡力矩的要求,給機(jī)組運(yùn)行提供了一個(gè)安全穩(wěn)定可靠的工作平臺。

3)投資省,周期短,見效快,最大限度發(fā)揮工程效益。

尊村浮船取水裝置總投資1 116萬元,若興建同規(guī)模的固定泵站,投資要比浮船泵站增加1/3還要多。更為嚴(yán)重的是,建成固定泵站后,水流遷移,又得選址建站,造成極大的浪費(fèi)。工期短,尊村浮船從開始實(shí)施到建成僅用了8個(gè)多月,建成調(diào)試后當(dāng)即投入使用,為當(dāng)年抗旱保澆發(fā)揮了重要作用。

4)解決多年來一直困擾著尊村灌區(qū)取水難的問題。

為保證農(nóng)業(yè)灌溉需要,尊村引黃局雖然經(jīng)過很大努力,購買挖掘機(jī),挖河槽引水,甚至還采用定向爆破開辟引渠,但灌季結(jié)束后,引渠又被淤積,需不停地挖,不能根本扭轉(zhuǎn)取水困難的問題,工程效益得不到充分發(fā)揮,不同程度耽誤了工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)。而浮船泵站建成后,取水保證率提高了,可由原來的40%提高到75%以上。能夠保證12 m3/s的流量,滿足用水需求。

2.3 缺點(diǎn)分析

1)停泊位置不易選取。

黃河小北干流段屬于游蕩性河段,河面寬淺,沙洲密布,汊流較多,主流經(jīng)常擺動(dòng),曾多次發(fā)生“揭底”沖刷現(xiàn)象,河勢極不穩(wěn)定。停泊位置不好選定,當(dāng)選好地點(diǎn)修建臨時(shí)工程后。浮船停泊又存在急流淘刷,危及臨時(shí)護(hù)岸,影響機(jī)組運(yùn)行的問題,甚至引發(fā)崩岸沖毀出水池險(xiǎn)情。

2)遷移時(shí)費(fèi)工費(fèi)時(shí),錯(cuò)過最佳用水時(shí)間。

為了滿足浮船行走需要,浮船配備了柴油機(jī)牽引動(dòng)力,移動(dòng)時(shí)需要解開纜繩、地錨,收回輸水管道、輸電線路等,浮船行走還面臨著吃水淺,行走困難的問題。新位置需重新開挖船池,做護(hù)岸、出水池等配套工程,費(fèi)工費(fèi)時(shí),當(dāng)浮船投入運(yùn)行后,往往錯(cuò)過了用水時(shí)間。

3)出勤率不高,使用機(jī)會(huì)不多。

由于主流擺動(dòng)不定,浮船取水裝置存在當(dāng)主流遷移后,浮船擱淺,無法工作。當(dāng)主流靠近沿岸,來水量充沛,靠挖河自流引水本身自流能夠滿足用水需求,因而該裝置出勤率不高。

3 重新啟用浮船的設(shè)想

3.1 必要性

尊村引黃是山西省最大一處大型多級提水灌溉工程,灌區(qū)節(jié)水改造工程的實(shí)施,農(nóng)業(yè)灌溉總用水量不斷增加。隨著企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,工業(yè)用水也呈現(xiàn)增長趨勢。隨著運(yùn)城市城市人口不斷增加,引黃供水工程也將作為運(yùn)城市城市供水的一項(xiàng)備用水源工程。未雨綢繆,防患于未然,啟用浮船理所當(dāng)然。

按照上級部門的安排部署,尊村引黃局完成了尊村泵站改造規(guī)劃,委托山西省水利勘測設(shè)計(jì)研究院完成了可研報(bào)告。省水利廳、省發(fā)改委進(jìn)行了審批,水規(guī)總院核定概算總投資23 262萬元,泵站更新改造已經(jīng)啟動(dòng),2009年新增項(xiàng)目——一級站更新改造已經(jīng)實(shí)施。灌區(qū)改造力度不斷加大,預(yù)期2020年,農(nóng)業(yè)灌溉面積將達(dá)到設(shè)計(jì)灌溉面積166萬畝,用水量為4.8億m3,工業(yè)供水將達(dá)到0.5億m3,城市生活用水將達(dá)到0.2億m3,總用水量為5.5億m3,如此巨大的用水規(guī)模,除了實(shí)行用水總量控制,定量管理行政措施及渠道防滲減少沿程損失技術(shù)措施外,還必須把水源問題解決好。

3.2 啟用浮船泵站的設(shè)想

近幾年來,由于黃河主流靠近一級站渠首,挖河引水難度較小,加上沉沙池的輔助,尊村灌區(qū)的水源基本可靠,沒有出現(xiàn)過太大問題,2007年和2009年提水量均超過8 000萬m3,都能夠保障供水,這也是停用浮船的原因之一。為了滿足不斷增長的用水需求,提高水源的保證程度,應(yīng)該采取三管齊下,多口取水的辦法。

首先,近距離脫流時(shí),繼續(xù)使用挖河引水的辦法,充分利用現(xiàn)有的兩臺水陸兩用挖掘機(jī)疏通渠道,確保引水渠暢通。

其次,當(dāng)脫流距離較遠(yuǎn)時(shí),考慮重新啟用浮船引水,基本思路是:離開主流,相對固定,提引結(jié)合。即將浮船固定在距離主流500 m～1 000 m的地方,避開主流,選取引流較好的嫩灘地塊,開挖船池。用毛石護(hù)砌,做臨時(shí)碼頭工程,便于聯(lián)絡(luò)管、輸水管的安裝固定。架設(shè)輸電線路至取水點(diǎn),通過電纜接至船上變壓器。浮船在船池內(nèi)工作,通過浮船提水送至一級站前混流池,此方案還需進(jìn)一步論證。

第三,在特殊情況下,利用浪店水源工程應(yīng)急供水。臨時(shí)浪店水源工程輸水渠道被列入2008年節(jié)水改造新增項(xiàng)目,2009年3月初已完成施工任務(wù),過水流量達(dá)到16.5 m3/s左右。在特殊情況下,保證供水需要。

4 結(jié)語

經(jīng)過以上工程的實(shí)施,尊村引黃工程必將成為水源可靠、設(shè)施齊全、調(diào)度靈活、管理一流的現(xiàn)代化灌區(qū),在運(yùn)城市工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中必將發(fā)揮重要的作用。