浮筒式泵站在馮家山水庫取水工程中的應(yīng)用

張永鋒,趙 瑞

(1.中陜高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)集團(tuán)有限公司,陜西楊凌 712100;2.陜西地建土地勘測規(guī)劃設(shè)計院有限責(zé)任公司, 陜西西安 710075)

建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田以提升糧食產(chǎn)能為首要目標(biāo),突出抓好耕地保護(hù)、地力提升和高效節(jié)水灌溉,是鞏固和提高糧食生產(chǎn)能力、保障國家糧食安全的關(guān)鍵舉措[1-3]。泵站是農(nóng)田灌溉工程的重要部分,對解決灌區(qū)的干旱缺水有著不可替代的作用[4-6]。水庫作為高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)取水工程重要的水源地,但其易受地形地質(zhì)、枯水期施工、水位變幅等因素的影響[7-8]。研究表明,移動式取水泵站適合在江河湖泊及水庫邊取水,制造簡單,施工周期短[9-11]。相較于傳統(tǒng)的固定式取水泵站,移動式取水泵站安全可靠、不受水位變化等因素的影響[12],在農(nóng)田灌溉工程中有著較好的應(yīng)用與推廣優(yōu)勢。筆者將浮筒式取水泵站應(yīng)用于馮家山水庫高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田灌溉工程中,通過與浮船式取水泵站進(jìn)行優(yōu)缺點對比分析,研究不同型式移動式取水泵站的適用性。

1 工程概況

鳳翔區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項目涉及柳林鎮(zhèn)北部北斗坊村,項目區(qū)南鄰馮家山水庫,是典型的“水邊旱”耕地,項目實施后可建成高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田322.53 hm2。馮家山水庫位于陜西省關(guān)中西部渭河左岸一級支流千河下游,距河口25.0 km,是以農(nóng)業(yè)灌溉為主的大型水利工程。其控制流域面積為3 232 km2,占全流域面積的92.5%。該水庫總庫容4.13億m3,有效庫容2.86億m3,防洪庫容0.92億m3,死庫容0.91億m3。水庫正常水位712 m,近期正常蓄水位710 m,汛限水位707 m(汛期控制水位),死水位688.5 m。鳳翔區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項目灌溉工程布局設(shè)計思路是利用項目區(qū)周邊馮家山水庫的地表水,通過新建泵站將水提至調(diào)節(jié)池后接低壓管道自流灌溉,泵站位置選擇根據(jù)灌區(qū)及水庫的相對位置、地質(zhì)條件和水庫水位變化情況,論證庫區(qū)取水的技術(shù)可靠性和經(jīng)濟(jì)合理性,選擇在岸坡穩(wěn)定、靠近灌區(qū)、取水方便,且不受或少受泥沙淤積、冰凍影響的地點。

2 取水建筑物型式的比選

農(nóng)業(yè)灌溉在水庫取水通常采用移動式取水泵站。該工程取水泵站設(shè)計流量為0.14 m3/s,常年水位變化浮動在1～2 m。結(jié)合水庫取水處的水位變幅、地形地貌、地質(zhì)條件、施工進(jìn)度要求等對浮船式和浮筒式取水泵站方案進(jìn)行比選。設(shè)計中采用的地形數(shù)據(jù)均為實測數(shù)據(jù)。

2.1 浮船式取水泵站浮船式取水泵站由浮船式泵房、浮船搖臂、輸水鋼管及出水管組成,泵站水泵機(jī)組設(shè)備、起吊設(shè)施安裝在浮船上,浮船置于水庫深水區(qū),電氣副廠房位于浮船巡檢平臺旁邊。泵站廠區(qū)建筑物包括浮船式泵房、電氣副廠房、進(jìn)出水管路、閥井、穩(wěn)定墩、進(jìn)場道路等。主泵房布置在浮船甲板上,泵船尺寸為19.2 m×9.7 m×1.5 m;主泵房安裝2臺臥式離心泵機(jī)組,總裝機(jī)功率為800 kW。單泵流量0.070 m3/s,設(shè)計揚程215 m,凈揚程179.67～206.00 m。設(shè)計下水面高程652.00～678.33 m,設(shè)計上水面高程858.00 m,浮船搖臂65 m。浮船式取水泵站平面布置圖及縱剖面圖見圖1～2。

圖1 浮船式取水泵站平面布置圖Fig.1 Plane layout of floating ship pump station

圖2 浮船式取水泵站縱剖面圖Fig.2 Longitudinal section of the floating ship pump station

2.2 浮筒式取水泵站浮筒式取水泵站由浮筒泵、軟管及浮橋組成。泵站廠區(qū)建筑物包括浮筒泵、箱式變壓器、進(jìn)出水管路、閥井、鎮(zhèn)墩、進(jìn)場道路等。浮筒泵站給每臺浮筒潛水泵配置1個浮筒模塊,并聯(lián)放置在水庫深水區(qū),3個浮筒模塊四周環(huán)繞浮筒平臺,連接浮筒棧道至水庫岸邊,岸邊水泥基礎(chǔ)預(yù)埋鋼筋錨點,浮筒平臺四周均采用鋼絲繩地錨固定。DN150鋼絲龍骨橡膠軟管通過法蘭連接水泵,另一端連接岸上輸水鋼管。浮筒式泵站安裝3臺潛水泵機(jī)組,配套3臺電機(jī),單臺電機(jī)功率180 kW,單泵流量0.047 m3/s,設(shè)計揚程220 m,凈揚程179.67～206.00 m。設(shè)計下水面高程652.00～678.33 m,設(shè)計上水面高程858.00 m。浮筒式取水泵站平面布置圖及縱剖面圖見圖3～4。

圖3 浮筒式取水泵站平面布置圖 Fig.3 Plane layout of pontoon pump station

圖4 浮筒式取水泵站縱剖面圖 Fig.4 Longitudinal section of pontoon pump station

2.3 經(jīng)濟(jì)性分析浮船式取水泵站和浮筒式取水泵站在岸邊以上的工程設(shè)計相同,不同之處主要是水面取水工程。對2種型式取水泵站的水面工程進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析(表1～2),發(fā)現(xiàn)浮船式泵站船體構(gòu)造復(fù)雜,定制工期長,且造價高,相反浮筒式取水泵站的水面工程結(jié)構(gòu)簡單,工期短,施工簡單,且造價低。鑒于此該工程采用浮筒式取水泵站,既可以滿足農(nóng)業(yè)灌溉用水需求,又經(jīng)濟(jì)合理。

表1 浮船式泵站方案報價清單

表2 浮筒式泵站方案報價清單

2.4 方案比選綜合考慮泵站的設(shè)計合理性、適用性、施工難度及周期、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境影響等因素,浮船式泵站與浮筒式泵站方案比選詳見表3。

表3 2種型式取水泵站比選

該工程取水口布置在馮家山水庫岸邊,根據(jù)實測地形數(shù)據(jù),泵站巡檢平臺地坪高程為680.00 m,取水口位置地質(zhì)條件優(yōu)越,基巖漏出,遠(yuǎn)離居民區(qū),施工干擾小。從適用性來看,浮船式和浮筒式泵站均適用于該農(nóng)業(yè)灌溉取水工程。從施工難度考慮,浮筒式泵站結(jié)構(gòu)更為簡單,工程周期更短,施工安裝方便安全,且浮筒泵站更經(jīng)濟(jì),因此經(jīng)多方面比選后確定采用浮筒式取水泵站,既滿足設(shè)計需求,又經(jīng)濟(jì)合理。

2.5 泵站位置選址比選從項目區(qū)實際地形地勢角度出發(fā),選擇水庫岸邊3處空地作為泵站選址,分別為A點、B點、C點(圖5)。

圖5 泵站選址Fig.5 Location selection of pump station

A點。優(yōu)點:水下地形陡峭、水位深,有利于放置水泵取水。缺點:位于迎風(fēng)岸,風(fēng)浪大,岸邊地形陡峭,施工難度大。

B點。優(yōu)點:位于背風(fēng)岸,風(fēng)浪小,岸邊地形平緩,施工難度小。缺點:水下地形緩、水位淺,不利于放置水泵取水。

C點。優(yōu)點:位于背風(fēng)岸,風(fēng)浪小,岸邊地形平緩,施工難度小。缺點:水下地形緩、水位淺,不利于放置水泵取水。

為了確保泵站選址科學(xué)可行,根據(jù)項目區(qū)水下雷達(dá)實測地形數(shù)據(jù),對A點、B點、C點進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn):A點若滿足水泵取水需求,放泵位置距離岸邊60 m,高水位680 m,低水位650 m;B點若滿足水泵取水需求,放泵位置距離岸邊100 m,高水位680 m,低水位652 m;C點若滿足水泵取水需求,放泵位置距離岸邊50 m,高水位680 m,低水位648 m。

水泵放置位置距離岸邊越近,搖臂或者浮橋棧道的距離越短,施工成本越低。在滿足設(shè)計需求的條件下,C點為泵站最佳選址。

3 結(jié)語

結(jié)合馮家山水庫取水工程中泵站型式的比選結(jié)果,提出以下結(jié)論和建議:

(1)使用移動式取水泵站可以保證取水泵隨水庫水位的漲落而自動上下移動,滿足取水需求。

(2)浮筒式泵站工程用材較少,永久占地少,投資相對較少;沒有復(fù)雜的水下工程,施工簡單;不管是從施工難易程度還是從經(jīng)濟(jì)性等方面考慮,浮筒式泵站均優(yōu)于浮船式泵站,更適用于農(nóng)業(yè)灌溉取水工程。

(3)該設(shè)計最終泵站選址在C點,建設(shè)浮筒式取水泵站,可為高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項目灌溉取水。