三門峽槐扒黃河提水工程泵站取水及泥沙處理技術

□段金瑾 □高 峰 □杜克勤（河南省三門峽市水資源管理處）

三門峽市槐扒黃河提水工程位于三門峽市澠池縣與義馬市境內，是解決該地區(qū)工農業(yè)生產用水及城鄉(xiāng)人畜吃水的綜合性供水工程，屬河南省利用亞行貸款豫西農業(yè)綜合開發(fā)項目的龍頭工程。

1.工程概況

1.1 工程位置

本工程的取水口位于澠池縣陳村鄉(xiāng)槐扒西坡村黃河干流的魚嘴處，上距三門峽水庫大壩23km，下距小浪底水庫大壩108km，處于小浪底水庫的回水末端。工程經四級提水將水輸送到澠池縣和義馬市各供水點。該工程大部分在澠池縣境內，少部分在義馬市，均屬三門峽市管轄，工程沿線均屬丘陵和淺山區(qū)。

1.2 工程規(guī)模

槐扒工程總規(guī)模從黃河取水7m3/s，分四級提水，提水總揚程359m，輸水干線總長3.0km。中型水庫一座，渠系建筑物39座，其中泵站4座，沉沙池3座，隧洞3條，渡槽7座，倒虹9座，架空管7座及分水閘、增壓站、分水口等。輸水干線明渠8段共長2180m，預應力鋼筋混凝土壓力管道長16.2km。另在西段村建中型水庫一座，以調節(jié)提水工程的供水量。

整個工程分兩期實施，一期設計規(guī)模提水3m3/s,渠線和建筑物按總規(guī)模標準建成，泵站、沉沙池、壓力管道按一期規(guī)模布置，年提水8087萬t，年凈供水7512萬t。提水工程以工業(yè)和城市生活用水為主，兼顧山區(qū)人畜吃水和農業(yè)灌溉用水。工程運用原則是一般在非汛期(10月至第二年6月)黃河含沙量較小時，一級泵站正常運行取水，經沉沙池處理后，可直接輸送到用戶。在汛期 (7-9月)是黃河洪峰排沙期,在此期間當含沙量大于50kg/m3時一級泵站即停止運行，則由西段村水庫供水。

1.3 工程效益

一期工程已建成投運，可解決澠池縣、義馬市29萬人、2萬頭大牲畜的飲水問題，發(fā)展農業(yè)灌溉0.13萬hm2，并為該地區(qū)工業(yè)生產用水提供可靠保證。

2.工程特點

2.1 取水條件復雜

工程取水口位于小浪底水庫回水末端，受小浪底水庫水位變幅和泥沙含量變化影響大。取水口河底高程241m，最低取水位246m，取高取水位275m，水位變幅達29m。同時受黃河調水調沙的影響，泥沙含量由非汛期清水最小1 kg/m3到汛期最大911 kg/m3（1977年）。進水口淤積高程最高達271.4m，最大淤積厚度達30m。水位和泥沙含量變化很大，極不穩(wěn)定，這對取水方式、運用條件、建筑物設計均具有一定的難度。

2.2 線路穿越沿黃階地山區(qū)、丘陵平原區(qū)，地形起伏大。橫垮滑坡群、煤礦采空區(qū)，地質條件復雜，施工難度大。

2.3 輸水渠線長，地形變化大，地面高差400～600m，建筑物類別多，基本囊括了所有水工建筑物。4級泵站提水總揚程359m，黃李隧洞全長8Km，均居河南省之首。高揚程、大跨度、高排架、長隧洞，是本工程泵站、渡槽、隧洞的特點。

3.工程取水設計

3.1 設計參數

由于受三門峽和小浪底水庫聯(lián)合運行的影響，一級泵站的設計參數按照三門峽和小浪底水庫設計的聯(lián)合運用方式進行確定。

設計水位：由于前期取水口缺少實測斷面和水位觀測資料，設計依照小浪底水庫設計指標，取水口最高運行水位275.6m，設計洪水位282.9m，最高洪水位284.0m，最低枯水位242.3m，汛期河底泥沙淤積高程249.0～271.3m，非汛期河底泥沙淤積高程261.4～270.1m。綜合考慮三門峽水庫發(fā)電泄流量（1—2臺機組運行，屬偏枯階段）和小浪底水庫蓄水后淤積情況，確定一級站取水口設計最低水位246m，最高取水位275.6m。

泥沙含量：一級站取水口前沒有修建沉沙工程的條件，只能在一級站后進行沉沙處理。所以根據城市工業(yè)用水質量標準和國內現(xiàn)有的泥沙處理辦法，考慮到泥沙對水泵的磨損，確定一級泵站取水含沙量控制在50 kg/m3以下。后經沉沙處理，泥沙含量控制在1 kg/m3以下，輸送到2～4級泵站再至用戶分水口。

3.2 一級泵站設計

由于受黃河峽谷這一特殊地形限制，臨河一級泵站選用半地面半地下式圓筒式廠房。一級泵站工程由引水渠、進水口、廠房、進廠交通橋、出水管線等組成，全長198.6m。泵站廠房分進水閘、流道、閘閥間、主廠房、電氣副廠房幾部分。廠房總高60m，主廠房在廠房282.8m高程下部，內徑24m，高50m。電氣副廠房及安裝間在282.8m高程以上，高9.4m,為懸挑結構。廠房屋面為球型，輕型網架結構，造型美觀大方，通風采光良好。

3.2.1 進水口設計：采用疊梁門—垂直流道—分層水平管進水三道工序相結合的取水形式。設計采用兩機一孔，六機共設閘孔三孔。為控制門槽后流道流速，取水孔口寬1m，孔口中心距5.2m。每孔設門槽3個，沿引水方向先后順序為攔沙疊梁門槽、流量調節(jié)門槽和水平進水管檢修門槽。緊貼進水管檢修門槽、流量調節(jié)門槽和水平進水管檢修門槽。緊貼進水管檢修門槽后垂直閘墩方向設有混凝土導流墻，墻厚0.8m，墻上分設3層水平進水管（c1m）與立管（c1m）相連，每層水平進水管設閥門控制取水，高水高進，低水低進。其管口中心線高程分別為243.0m，254.0m，265.2m，滿足黃河不同水位時的進水要求。閘門底檻高程242.3m，擋沙閘門門高2m，調節(jié)閘門門高4m。攔污柵安放在調節(jié)閘門之上，與擋沙閘門配合使用，調整取水高度，保證取到表層1m的黃河水，以減少泥沙對工程和設備的影響。當黃河水位超過設計取水位275.6m時，關閉所有擋沙閘門，并用密封鋼板封閉277m高程門槽及流道上口，以防洪水泥沙進入流道和廠房。

3.2.2 水機設計：水泵選用蘭州黃河水泵廠生產的600S75水泵6臺，兩機一管。設計運行4臺，備用2臺。單機流量0.8/～1.1m3/s。水泵安裝中心高程245.2m，水泵蝸殼頂部高程245.8m，底部進水口中心線高程243.0m，進水管中心線高程244.7m，出水管中心線高程244.5m。為了防止水泵磨損或汽蝕現(xiàn)象發(fā)生，延長水泵工作壽命，降低運行成本，水泵葉輪選用球墨鑄鐵耐磨材料，以保證水泵壽命在7000h以上。同時建立專門的技術供水系統(tǒng)，一是在清水期，直接從出水主管道上引出供水母管；二是渾水期，把沉淀過的清水引入蓄水池，接通供水母管，互為備用。在河道清水期，可直接打開水泵引水管供機組潤滑冷卻用水。當河道水出現(xiàn)泥沙大于0.5 kg/m3時，則關閉水泵引水管，由蓄水池供給清水。

3.3 沉沙池設計

3.3.1 運用方式

考慮本工程取水口清水期較長的有利條件，沉沙池的運用方式為取水口含沙量＜1 kg/m3時，一級泵站提取黃河水可不通過沉沙池，直接入渠道；當含沙量為1～10 kg/m3時，需通過沉沙池，但因沉沙量較少，取清水速率可以加快；當取水含沙量為10～50 kg/m3時，則全部通過沉沙池處理；取水含沙量＞50 kg/m3以上，取水口停抽，沉沙池停止運用。

根據黃河水沙資料分析，槐扒取水口處黃河1978年含沙量＜1 kg/m3，有 100d 左右，＜50 kg/m3約 118d，即沉沙池一年實際運用天數約為118d。每個沉沙池設計最大處理水量1 m3/s。按照近期提水3 m3/s的規(guī)劃，修建沉沙池3個。近期一級泵站向沉沙池最大提水流量3.6 m3/s，其中0.6 m3/s為沉沙池沖沙排泥流量。沉沙采用自然沉淀，效率可達到90%以上，必要時再采取加藥混凝沉淀。

3.3.2 工程布置

沉沙池建筑物布置于西坡村312m平臺，占地7000m2。其建筑物由沉沙池配水樞紐、輻流式沉沙池、清水池以及輸水明渠等組成。工程分遠近兩期實施，配水樞紐和輸水明渠一次性建成。

輻流式沉沙為直徑100m的漏斗式圓池，圓周為帶集水槽的擋土墻，墻頂高程313.2m,池深34～7.8m,池底由邊到中心底坡分別為0.015、0.09、0.14，中心部位分別設進水管和集泥坑。

進水管水通過整流格柵、活動擋板、配水罩整流后，均勻地沿徑向以逐漸變小的速度流向周邊。在池內完成沉淀過程后，通過周邊的三角堰流入集水槽，池內設計水位312.6m，三角堰安裝高程312.5m,集水槽內清水有內徑1m的砼管輸向清水池，最大設計出水流量1m3/s。

沉降在池底部的泥沙，由旋轉式機械刮泥機刮入集泥坑，通過設在排泥廊道內的排泥管排入河道。排泥水設計含沙量300 kg/m3，最大排泥水流量0.2 m3/s。排泥管為重力自流排泥，設主副管2根，主管為混凝土管，內徑600mm，副管為鑄鐵管，內徑300mm。副管在小含沙量時運用，并在主管堵塞時作為備用。為便于檢修，排泥管設在廊道內，并安裝蝶閥（原設計為閘閥）、流量計（施工時取消）和盲蓋。沉沙池設計滿池排空時間為7h。

刮泥機采用半跨式周邊傳動刮泥機（GNb），主要由桁架、刮泥板和牽引小車等組成。刮泥機桁架上設置棧橋，刮泥板距池底8～10cm。刮泥板桁架借牽引小車沿敷設在輻流池圓周池壁上的鋼軌按順時針方向旋轉，同時在中心部分有小輪在固定于中心支座圓板上的鋼軌上轉動，動力電源由中心支座滑觸傳動沿桁架牽引小車，牽引小車上設電動機，減速機和控制開關，電動機功率7.5kW。刮泥機轉速可調整，每小時旋轉1.5～2周，其周邊線速度為 3～2.5m/min。

4.結語

經過近幾年來的運行觀察，實踐證明，槐扒黃河提水工程一級泵站采用圓筒廠房分層取水結合輻流式沉沙池沉沙，有效地解決了取水口黃河水位變幅大、泥沙含量高的問題，節(jié)省工程投資2千余萬元，取得了良好的工程、經濟和環(huán)境效益。其中《一級泵站新型廠房的設計與研究》獲河南省2002年科技進步二等獎，值得推廣應用。