南水北調(diào)配套工程李垌泵站設(shè)計(jì)研究

□耿 昕 □李西平

(河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司)

一、概述

河南省地處中原，是農(nóng)業(yè)大省，國家的糧倉，同時(shí)也是水資源缺乏的省份之一。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，國家糧食核心區(qū)的建設(shè)，對(duì)水資源需求量越來越大。抓住南水北調(diào)中線工程穿越河南省的機(jī)遇，做好配套工程是解決本區(qū)域內(nèi)資源型缺水的唯一途徑。配套工程是中線總干渠沿線分水口門到各受水點(diǎn)之間的輸水工程，當(dāng)受水點(diǎn)對(duì)水頭要求高于總干渠水位時(shí)，必須采用加壓泵站將水最終送達(dá)用水戶。

李垌泵站位于河南省新鄭市李垌村北約200m，南水北調(diào)總干渠右岸的李垌分水口門下游，主要目的是通過加壓向老觀寨水庫和望京樓水庫供水，自流至新鄭市規(guī)劃水廠，同時(shí)在總干渠檢修或其它情況不能正常供水時(shí)，能將老觀寨水庫、望京樓水庫之水返輸至規(guī)劃水廠。

李垌分水口門的設(shè)計(jì)分水流量4.0m3/s，下游輸水涵洞孔數(shù)一孔，孔口尺寸2.2m×2.2m。根據(jù)規(guī)劃：口門——老觀寨水庫泵站提水流量1.5m3/s，口門——望京樓水庫泵站提水流量1.5m3/s，口門——規(guī)劃水廠自流流量1m3/s，老觀寨水庫、望京樓水庫向規(guī)劃水廠返輸流量1.5m3/s。

二、泵站布置方案

（一）獨(dú)立方案

該方案為一座泵站對(duì)應(yīng)一個(gè)供水點(diǎn)，各泵站相互獨(dú)立，自成體系。

主要特點(diǎn)：一座泵站不受另一座泵站影響，當(dāng)2座泵站參數(shù)差別較大時(shí)，可能節(jié)約建筑工程；但由于2座泵站，必定有1個(gè)或2個(gè)泵站為側(cè)向進(jìn)水，管理人員較多，且管理復(fù)雜，電氣設(shè)備、起吊設(shè)備較多，較適宜單座泵站機(jī)組臺(tái)數(shù)較多的泵站，如圖1。

（二）集中方案

該方案為2個(gè)供水點(diǎn)有一座泵站，不同的機(jī)組供水，泵站內(nèi)的水泵根據(jù)各自供水點(diǎn)揚(yáng)程、流量不同選擇；各個(gè)機(jī)組雖然在1個(gè)廠房內(nèi)，但相對(duì)獨(dú)立；公用1套起吊設(shè)備，1個(gè)檢修間。主要特點(diǎn)：進(jìn)水均為正向進(jìn)水；建筑工程相對(duì)集中；可減少管理人員，電氣設(shè)備、起吊設(shè)備減少，副廠房共享；相互干擾相對(duì)較大，較適宜單個(gè)泵站機(jī)組臺(tái)數(shù)較少的泵站，見圖2。

圖1 獨(dú)立方案圖

圖2 集中方案圖

（三）方案選擇

根據(jù)水力計(jì)算和水力機(jī)械專業(yè)提供的機(jī)組選型，口門——老觀寨泵站設(shè)計(jì)裝機(jī)2臺(tái)，水泵型號(hào)600S75A、電機(jī)型號(hào)Y5004-6，總裝機(jī)2×710kW；口門——望京樓水庫泵站設(shè)計(jì)裝機(jī)2臺(tái)，水泵型號(hào)600S32B、電機(jī)型號(hào)Y355M4-6，總裝機(jī)2×250kW。

由此可見，每一供水點(diǎn)機(jī)組臺(tái)數(shù)不多，機(jī)型相近，同時(shí)結(jié)合地形、地質(zhì)等工程實(shí)際，李垌口門泵站采用集中布置方案。二個(gè)供水點(diǎn)采用一座泵站，因而進(jìn)水池、主廠房、安裝間、副廠房等均合二為一。

三、泵房型式選擇

泵房是安裝水泵、電機(jī)及其輔助設(shè)備的建筑物，是泵站的核心部位。根據(jù)水力機(jī)械專業(yè)水泵選型為臥室離心泵，比較了兩種型式泵房：分基型泵房；干室型泵房。

（一）分基型泵房

該類型泵房的水泵、電機(jī)等基礎(chǔ)與其上部廠房基礎(chǔ)相對(duì)獨(dú)立，自成體系。主要特點(diǎn)：一是水泵、電機(jī)等基礎(chǔ)與其上部廠房基礎(chǔ)相互分開，可以避免機(jī)組運(yùn)行震動(dòng)對(duì)上部房屋的影響；二是結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)、施工方便；三是水泵安裝高程一般位于設(shè)計(jì)水位以上，使得泵室或泵房底部高程相對(duì)較高，通風(fēng)、采光等條件較好；四是水泵吸水管高度較大、長度相對(duì)較長，流量較大時(shí)，不易選擇機(jī)型；五是地下水位較高時(shí)，容易滲入泵房基礎(chǔ)，影響泵房安全；六是設(shè)備基礎(chǔ)較小，振幅較大。

（二）干室型泵房

該類型泵房四周墻壁和底板用鋼筋混凝土建成一個(gè)不透水的整體，形成一個(gè)相對(duì)干燥的地下室，水泵和電機(jī)安裝在地下室內(nèi)，泵房平面呈矩形。該種泵房是較為常見的泵房型式。

主要特點(diǎn)：一是地下水位對(duì)泵房基礎(chǔ)影響較小，泵房安全性能提高；二是設(shè)備基礎(chǔ)與泵室基礎(chǔ)一體，整體穩(wěn)定性能好，抗震性能提高；三是水泵吸水管高度較小、長度較小，有較多的水泵可供選擇；四是泵房可設(shè)為上下2層，空間較大，易于布置其它設(shè)備；五是泵房整體為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，防潮性能較好。六是由于設(shè)有地下室，泵房通風(fēng)、采光相對(duì)較差；七是在水泵進(jìn)出水管道上均需設(shè)置閘閥。干室型泵房結(jié)構(gòu)圖見圖3。

圖3 干室型泵房結(jié)構(gòu)圖

經(jīng)過上述分析，考慮南水北調(diào)工程的重要性，采用干室型泵房。

四、主廠房設(shè)計(jì)

（一）泵房平面布置

泵房平面布置可采用雙列梅花形布置或單列布置。梅花形布置廠房長度較短，寬度較大，整體占地面積較小，但對(duì)啟閉機(jī)跨度要求較大，多適宜立式機(jī)組。單列布置廠房長度較長，寬度較小，整體占地面積較大，但對(duì)啟閉機(jī)跨度要求較小，立式機(jī)組和臥式機(jī)組均適宜。根據(jù)該工程水泵選型均為臥式機(jī)組和機(jī)組臺(tái)數(shù)較少的特點(diǎn)，采用單列布置。

（二）泵房豎向布置

根據(jù)進(jìn)水池內(nèi)最低水位，吸水管最小淹沒深度，吸水管中心高程等確定水泵安裝高程、主機(jī)間底板高程。

檢修間地坪高程：根據(jù)安全超高，風(fēng)涌高度，檢修間地坪高程高出進(jìn)水池最高水位1.0m；同時(shí)為了防止雨水進(jìn)入其內(nèi)，該層高程尚需高出室外地面0.2m以上。為了廠房內(nèi)交通，檢修間地坪高程與泵房內(nèi)通道高程一致。

檢修間地坪距啟閉機(jī)梁頂高度：該高度由水泵高度、電機(jī)高度、安全操作距離、啟閉機(jī)繩的垂直長度、啟閉機(jī)軌道高度、啟閉機(jī)自身尺寸等因素決定。

啟閉機(jī)梁頂距屋面梁底高度：該高度由啟閉機(jī)自身要求確定。

其他高度：根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，建筑模數(shù)等因素確定。

五、泵站運(yùn)行方式

運(yùn)行方式：第一，當(dāng)南水北調(diào)總干渠正常運(yùn)行，2座水庫和規(guī)劃水廠要求供水時(shí)，關(guān)閉控制閥井1、2(見圖2，下同)，開啟控制閥井3、4。第二，當(dāng)南水北調(diào)總干渠正常運(yùn)行，2座水庫已蓄至正常水位時(shí)，規(guī)劃水廠要求供水時(shí)，泵站停止運(yùn)行，關(guān)閉控制閥井2，開啟控制閥井4。第三，當(dāng)南水北調(diào)總干渠正常運(yùn)行，2座水庫需要供水而規(guī)劃水廠不需要供水時(shí)，關(guān)閉控制閥井1、2、4，開啟控制閥井3，泵站正常運(yùn)行。第四，當(dāng)南水北調(diào)總干渠正常運(yùn)行，規(guī)劃水廠不需要供水，水庫需要供水時(shí)，關(guān)閉控制閥井4、2、1；開啟控制閥井3，各個(gè)泵站可獨(dú)立運(yùn)行。第五，當(dāng)南水北調(diào)總干渠檢修不能正常供水而需要老觀寨水庫返輸規(guī)劃水廠水時(shí)，關(guān)閉控制閥井4、3，泵站停止運(yùn)行，關(guān)閉水泵逆止閥，開啟控制閥井1、3。第六，當(dāng)南水北調(diào)總干渠檢修不能正常供水而需要望京樓水庫返輸規(guī)劃水廠水時(shí)，關(guān)閉控制閥井4、1，泵站停止運(yùn)行，關(guān)閉水泵逆止閥，開啟控制閥井2、3。

通過上述控制閥的調(diào)節(jié)，可以滿足提水、自流、返輸多種組合功能。

六、結(jié)語

李垌泵站為1個(gè)泵站2個(gè)供水點(diǎn)，同時(shí)又有自流、返輸?shù)裙δ?，是南水北調(diào)河南省受水區(qū)眾多泵站中較為典型的一座，因此如何對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化布置，聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行，對(duì)其他泵站的設(shè)計(jì)具有很大影響。通過多方案、多角度的比較、論證，選取的方案方便管理，節(jié)約投資，較少運(yùn)行成本。