高山峽谷區(qū)水利工程泵站取水方案淺析

樊文林，黃再堅(jiān)

（貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽 550001）

0 引言

因?yàn)榫唧w的水利工程的特殊性和差異性，使得輸水工程取水方案由于各種因素也有著巨大的差異，根據(jù)其具體特點(diǎn)剖析取水具體方案。由于地形因素、環(huán)境因素甚至資金等問題，泵站取水方案不同，文章主要以某中型水利工程中輸水工程為例，對(duì)不同的取水方案進(jìn)行不同方面的探究，以期能為后續(xù)相關(guān)工程的建設(shè)提供借鑒。

1 工程概況

某水利工程位于中國云貴高原地區(qū)，水庫總庫容3.50×107m3，年供水量1.30×107m3，年總供水量為4.50×107m3，根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，按總庫容劃分，水庫工程等別為Ⅲ等，工程規(guī)模屬中型，分為水源工程、輸水工程兩個(gè)部分，工程主要任務(wù)是給甲縣城供水，縣城位于樞紐區(qū)壩址處右側(cè)約15 km 處，提水揚(yáng)程超500 m，屬于高揚(yáng)程、長距離輸水工程。壩址和輸水工程取水泵站位置處河段地形狹窄，基本呈對(duì)稱“V”型河谷，河床高程為1 240～1 220 m，此河段兩岸無農(nóng)田分布，無居民居住。兩岸地形陡峻，地形坡度38°～42°，兩岸坡基巖大多裸露，出露地層多為T1yn1，發(fā)育有F2 斷層穿過河流，斷層帶巖體較為破碎，受斷層影響T1yn2泥巖、泥灰?guī)r地層在左岸岸坡出露，巖體強(qiáng)風(fēng)化6～10 m。該河段的左右岸均有暗河補(bǔ)給系統(tǒng)，地質(zhì)條件較為復(fù)雜，但河床相對(duì)狹窄，淹沒相對(duì)較少。

2 分級(jí)取水方案比較分析

工程受水區(qū)域及水廠位于河流右岸，為甲縣城區(qū)域輸水，結(jié)合最新城規(guī)、水廠位置及城區(qū)豎向高程，并與縣水利局對(duì)接，輸水工程末端高位水池位于靠近甲縣縣城的縣道左側(cè)雷打坡處。水庫常年運(yùn)行水位為1 330 m，水庫死水位為1 291.50 m，輸水末端水池的設(shè)計(jì)水位為1 780 m，考慮水損后，需要提水高度為510 m左右。在現(xiàn)有水機(jī)設(shè)備情況下，選用一級(jí)泵站直接從庫內(nèi)將水提至末端高位水池，結(jié)合1/10 000 地形圖，提水管線總長約15 km，管線越靠近末端水池地形越陡，大約在9 km 范圍附近地形高程為1 545 m，這樣會(huì)造成約9 km長的管線承受300～510 m 水頭，水頭過大，對(duì)管壁厚度要求高，同時(shí)對(duì)防水錘的措施要求更高，由此帶來的投資費(fèi)用更大；如此長的提水管線，后期檢修、維護(hù)、運(yùn)行管理等很不方便，特別是針對(duì)本工程高達(dá)95%的供水保證率，檢修維護(hù)時(shí)停水的時(shí)間過長將嚴(yán)重影響居民用水；另外，后期如果需要在管線某一位置增加分水口，那么采用一級(jí)提水方式不可行。所以此階段不建議采用一級(jí)提水的方式。如采用多級(jí)提水方案，則采取至少兩級(jí)提水，考慮到采用超過兩級(jí)提水后，會(huì)導(dǎo)致泵站廠房土建開挖工程量、征地費(fèi)用增加和水機(jī)、電氣設(shè)備的投資增加，所以以二級(jí)提水作為推薦方案，單級(jí)提水揚(yáng)程控制在250 m左右。

3 庫內(nèi)和壩后取水方案的比較分析

輸水工程的取水方案，結(jié)合受水區(qū)和實(shí)際地形條件，總體來講，有庫內(nèi)取水和壩后取水兩種可選方案，即下圖中方案1和方案2，方案1為壩后取水方案，方案2為庫內(nèi)取水方案。壩后主要以從重力壩壩身取水的方式為主，庫內(nèi)取水方案主要有浮船式泵站、長軸深井泵站及岸邊井筒式泵房（機(jī)組置于井筒內(nèi)）。

鑒于水庫水位變幅大，約50 m，結(jié)合水機(jī)布置，長軸深井泵的水下軸長為54 m，國內(nèi)少有，設(shè)計(jì)難度較大，相比臥式泵而言，長軸泵效率較低，從節(jié)能的角度分析，臥式泵優(yōu)于長軸泵；輸水總流量為1.80 m3/h，經(jīng)市場(chǎng)調(diào)研，結(jié)合已投運(yùn)工程實(shí)際情況，長軸深井泵方案裝機(jī)臺(tái)數(shù)將達(dá)到7臺(tái)（5用2備），投資很大、后期檢修也很麻煩，此階段不建議采用長軸泵型取水。結(jié)合水機(jī)設(shè)備選型，井筒式泵房方案中采用2用1備的布置方案，擬定井筒直徑為15 m、深度為50 m、機(jī)組采用“品”字形布置，考慮到消防、暖通、交通、安全運(yùn)行、排水防滲等因素，也不建議采用井筒式泵房。而浮船式泵站在現(xiàn)有的浮船單臺(tái)電機(jī)功率不超過1 600 kW的技術(shù)水平情況下，至少需要采取5用2備的方案，通過技術(shù)方案比較及市場(chǎng)詢價(jià)，浮船的投資約2 850 萬元。通過經(jīng)濟(jì)比選，得到浮船投資比壩后取水方式的投資增加了約1 894 萬元，見表1，其中壩后取水方案土建投資包括：一級(jí)泵站進(jìn)水管、一級(jí)泵站主副廠房及一級(jí)泵站提水管，庫內(nèi)浮船取水方案土建投資包括：布置浮船所需的土石方開挖及支墩等、一級(jí)泵站副廠房、一級(jí)泵站提水管?？紤]壩后方案需要布置交通橋增加費(fèi)用約200萬元，同時(shí)需要將下河床的臨時(shí)道路改成永久道路，需要增加費(fèi)用約150 萬元；庫內(nèi)取水方案可以結(jié)合現(xiàn)有的交通道路布置即可，因上游圍堰對(duì)外交通需要對(duì)既有道路進(jìn)行擴(kuò)寬和改造，這里不再考慮交通道路費(fèi)用問題。所以浮船投資比壩后取水方式的總投資增加了約1 500萬元。另外，鑒于水庫這類水位變幅大的實(shí)際，國內(nèi)并沒有工程案例可以借鑒，相關(guān)指標(biāo)參數(shù)可能需要進(jìn)一步的論證，所以不建議采用庫內(nèi)浮船方式取水。

表1 不同取水方案投資比較表（單位：萬元）

綜上所述，現(xiàn)階段通過初步技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比選，將壩后取水方案作為推薦方案。

4 壩后取水方案的線路比選

壩后取水方案中壩后泵站所處河段地形狹窄，兩岸地形陡峻，壩址處下游約450 m 處地形才相對(duì)平坦，該位置經(jīng)過比選適合修建壩后一級(jí)泵站廠房，壩后取水方案只能通過從壩身取水后利用管道取水至一級(jí)泵站。根據(jù)樞紐總體布置和結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形條件，其取水線路有兩種布置形式（見圖1），方案一為直接從壩身取水后，沿著大壩下游右岸岸邊敷設(shè)管道取水至壩后泵站廠房；方案二為從壩身取水后，考慮灌漿平硐的施工需要增加施工支洞，將施工支洞的軸線合理優(yōu)化后，把管道與施工支洞結(jié)合，采用洞穿管方案取水至壩后泵站處。兩個(gè)方案均為大壩右岸取水，因大壩溢洪道布置在大壩左岸側(cè)，不適宜從左岸布置取水口取水。根據(jù)布置，前述兩個(gè)方案管線長度均為450 m 左右，技術(shù)方案均可行，方案比選只需對(duì)比各自增加的費(fèi)用。方案一中管線從岸邊敷設(shè)，管槽采用防沖混凝土全包管型式，考慮管槽土石方開挖、包管混凝土、邊坡支護(hù)、施工措施等費(fèi)用，累計(jì)約為140萬元。方案二采用將管道敷設(shè)于施工支洞中，目前右岸灌漿平硐的施工支洞是從下游圍堰處開始進(jìn)洞至大壩上游灌漿平硐，支洞長度為180 m，如果采用洞穿管方案，需要將施工支洞洞口挪到靠近一級(jí)泵站廠房處，根據(jù)布置，支洞軸線長度為450 m，支洞長度增加導(dǎo)致費(fèi)用增加約210 萬元。方案二比方案一增加了70萬元的費(fèi)用，所以，選擇方案一更為合適。

圖1 取水方案線路布置示意圖

5 結(jié)論

因取水揚(yáng)程較大、距離較長，受到高山峽谷地形的影響，選擇取水泵站時(shí)，先應(yīng)根據(jù)揚(yáng)程和泵站裝機(jī)確定分級(jí)指標(biāo)，然后根據(jù)壩址上下游情況及受水區(qū)范圍，考慮泵站類型和機(jī)組相關(guān)參數(shù)的技術(shù)可行性，結(jié)合在工程中有類似的成功案例，羅列可行的技術(shù)方案，最后通過財(cái)務(wù)指標(biāo)的比選，得到技術(shù)可行、安全可靠、費(fèi)用最省的取水方案。