淺談浮船泵站在劉家溝水庫向永平鎮(zhèn)供水工程中的應(yīng)用

王 剛，白 超，馬光標(biāo)

（西安景天水利水電勘測設(shè)計(jì)咨詢有限公司,陜西 西安 710014）

水庫取水具有水量有保證、水質(zhì)優(yōu)良等優(yōu)勢,但采用傳統(tǒng)的泵站取水方式,需固定取水口在設(shè)計(jì)要求的最低水位以下,往往抽取的是庫區(qū)含砂量較高的底層水,且泵站在運(yùn)行過程中維修和清理都比較困難,同時泵站在施工過程中對周圍地表擾動大,對環(huán)境影響也較大。而浮船泵站利用自身優(yōu)勢,有效避免了傳統(tǒng)泵站的這些缺點(diǎn),同時具有制造簡單方便,施工周期短,費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn),因此在工程實(shí)踐中逐漸被廣泛使用。

1 工程概況

永壽縣永平鎮(zhèn)供水工程共涉及永平鎮(zhèn)和監(jiān)軍街道辦轄區(qū)內(nèi)前進(jìn)村、嵩店村等10 個行政村,現(xiàn)階段總?cè)丝?242 人,現(xiàn)狀水源主要有前進(jìn)村400 m 機(jī)井以及各村的獨(dú)立供水工程。但近年來,隨著永平鎮(zhèn)旅游市場的不斷開發(fā)完善,帶動周邊經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展,居住人口及居民用水量驟然提高,而現(xiàn)狀水源工程供水量有限,且隨著一些工程的老化、損壞,來水量已嚴(yán)重不能滿足居民用水需求,項(xiàng)目區(qū)居民吃水困難問題已經(jīng)凸顯。永壽縣政府借助農(nóng)村飲水安全項(xiàng)目的良好形勢和為當(dāng)?shù)鼐用裨旄５谋举|(zhì)要求,修建了永壽縣永平鎮(zhèn)集中供水工程,解決了當(dāng)?shù)仫嬎踩珕栴}。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查和工程規(guī)劃設(shè)計(jì),本次供水工程由水源工程、輸水工程、水廠工程及配水工程四部分組成,供水規(guī)模為725 m3/d,屬Ⅳ型集中供水工程,取水規(guī)模為800 m3/d,折合9.06 L/s。

劉家溝水庫建成于1959 年,為Ⅴ等?。?）型水利樞紐工程。劉家溝水庫位于永壽縣永平鎮(zhèn)東山村北邊的溝道上,屬涇河一級支流太峪河支流拜家河支溝,壩址以上控制流域面積6.1 km2,河道長2.8 km,平均比降42.0‰。劉家溝水庫所在流域?qū)冱S土高塬溝壑區(qū),北高南低,流域內(nèi)地表陡峻,溝壑縱橫,塬面破碎,植被較差,水土流失嚴(yán)重。劉家溝水庫總庫容62.54 萬m3,興利庫容26.60 萬m3,死庫容20.95 萬m3,校核洪水位1187.50 m,正常蓄水位1184.00 m,死水位1175.50 m。

2 取水建筑物型式比選

本次供水工程的取水流量為800 m3/d,泵站設(shè)計(jì)流量40 m3/d,水庫水位漲落變幅10 m,水位上漲速度小于2 m/h,水庫岸坡穩(wěn)定,水庫迎水面坡比為1∶2.1,左岸邊坡坡比1∶1.6。針對現(xiàn)狀情況,提出了浮船式泵站、纜車式泵站、固定豎井式泵站等3 種建設(shè)方案。

（1）浮船式泵站。采用停泊式,浮船尺寸為15.2 m（長）×7.7 m（寬）×1.3 m（深）,配備2 臺臥式多級離心泵。單機(jī)流量Q=40 m3/h,揚(yáng)程180 m,功率37 kW。泵船上設(shè)置控制室、配電室。

（2）纜車式泵站。設(shè)取水泵車1 臺,配備2 臺單機(jī)流量為40 m3/h,揚(yáng)程180 m,功率37 kW 的多級離心泵水泵。

（3）固定豎井式泵站。圓筒豎井結(jié)構(gòu)采用C25 鋼筋混凝土框架式,尺寸為：高12 m,外徑5 m,壁厚為0.5 m。配備2 臺單機(jī)流量為40 m3/h,揚(yáng)程200 m,功率37 kW 的長軸深井泵。配備2 臺手電兩用電動葫蘆在啟閉機(jī)房屋面梁上,用于起吊水泵。

從工程建設(shè)的施工難度、工程造價(jià),運(yùn)行的穩(wěn)定性,管理的方便性,供水的安全性等方面對各方案進(jìn)行分析比較,方案比選結(jié)果見表1。

表2 水泵總揚(yáng)程計(jì)算表 單位：m

3 方案確定

綜合比較,浮船泵站在施工難度方面：無需修筑圍堰,整體結(jié)構(gòu)簡單,施工安全；工程造價(jià)方面：造價(jià)相對較低；運(yùn)行的穩(wěn)定性：能隨水位漲落而升降,適應(yīng)性廣,靈活性大,且本工程中浮船泵站對水流流態(tài)影響不大；管理的方便程度：能適應(yīng)河床變遷引起的取水地點(diǎn)變更,水量發(fā)生變化時容易改裝。經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較,推薦選用浮船式泵站。

4 浮船泵站設(shè)計(jì)

4.1 泵船設(shè)計(jì)

浮船泵站主要由岸上支墩、搖臂、浮船、泵站水泵機(jī)組設(shè)備、輸水管等部分組成,根據(jù)用戶需求浮船上可配備電氣控制設(shè)備、攔污設(shè)施、起吊設(shè)施。浮船長15.2 m,寬7.7 m,深1.3 m,吃水深度0.75 m,船主體為CCSA 船舶專用鋼板、全電焊、橫骨架式結(jié)構(gòu)。右舷正對泵機(jī)座下局部增設(shè)有加強(qiáng)底座,左舷輸水管管座區(qū)域甲板下每檔均設(shè)有強(qiáng)橫梁,底部每檔均設(shè)實(shí)肋板,且增設(shè)有短縱桁和支柱。所有的外板開口、甲板開口、艙壁開口需有適當(dāng)大小的圓弧角隅,船底實(shí)肋板應(yīng)開設(shè)過水孔和過焊孔。浮船的荷重布置基本對稱,靠浮船的右舷布置取水電機(jī)水泵,浮船的左舷布置匯流管道及輸水管路,浮船在設(shè)備靜止?fàn)顟B(tài)重量基本平衡,在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)中,可通過壓載適當(dāng)?shù)呐渲貋碚{(diào)節(jié)浮塢的穩(wěn)定性。

4.2 水泵設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)流量的確定：

按照本工程需要,水廠規(guī)模為800 m3/h,水泵選用抽水量分別為40 m3/h。

（2）設(shè)計(jì)總揚(yáng)程的確定：H（設(shè)計(jì)總揚(yáng)程）=H1（地形揚(yáng)程）+H2（管道沿程損失）+H3（最小服務(wù)水頭）

其中管網(wǎng)沿程損失采用海曾—威廉公式計(jì)算。

式中：hy為沿程水頭損失,m；L 為計(jì)算管段長度,m；Q 為設(shè)計(jì)流量,m3/s；Ch為海曾-威廉系數(shù),塑料管取140,鋼管取120。

沿程阻力系數(shù)或謝才系數(shù)與水流流態(tài)有關(guān),一般只能采用經(jīng)驗(yàn)公式或半經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。按照《室外給排水規(guī)劃》,本次水損計(jì)算采用海曾威廉公式計(jì)算各管段水損。

局部損失按照沿程損失的10%。

（3）水泵選擇

根據(jù)特征參數(shù)對各處加壓站進(jìn)行水泵選型及配套,經(jīng)查閱相關(guān)水泵樣本,水泵選型方案見表3。

表3 水泵選型表

5 結(jié)語

結(jié)合浮船泵站在永壽縣永平鎮(zhèn)供水工程中的應(yīng)用,提出以下結(jié)論和建議：

（1）浮船布置基本不受庫岸地質(zhì)條件,利于工程總體置,不僅節(jié)省了工程造價(jià),并且縮短了建設(shè)周期,同時避開了深埋管線及泵房施工難度大等技術(shù)問題。

（2）本工程浮船泵站可以隨劉家溝水庫水位漲落而自動升降,抽取的是含泥砂量少的上層庫水,取水效率較高。

（3）本工程浮船根據(jù)各工程實(shí)際情況確定具體參數(shù)后由工廠標(biāo)準(zhǔn)化制造,在現(xiàn)場拼接。浮船泵站的建設(shè)無需圍堰施工,具有施工工藝簡單、建設(shè)周期短的優(yōu)勢。

（4）本工程建設(shè)期及后期運(yùn)行對土地需求較小,對周邊環(huán)境擾動小等優(yōu)點(diǎn)。

（5）本工程水位變幅較小,未配備變頻設(shè)備。建議在水位變幅較大的浮船泵站取水工程中,設(shè)置變頻設(shè)備,以降低能耗。

（6）本工程受用地條件的限制,控制室、配電室均布置在浮船上。建議岸邊有用地條件的站址,宜將配電室、控制室等設(shè)置在岸邊,以降低船體尺寸,提高浮船的靈活性和適應(yīng)性。