延安市南溝門水庫北線供水工程取水位置及方案比選探析

康勇

（陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院陜西西安710000）

延安市南溝門水庫北線供水工程取水位置及方案比選探析

康勇

（陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院陜西西安710000）

本文對南溝門水庫北線供水工程取水口位置進行了壩后取水和庫內(nèi)取水的詳細論證，并對庫內(nèi)取水建筑物型式進行了浮船式泵站取水和岸邊豎井式泵站取水方案的比選，綜合比較選取了南溝門水庫庫內(nèi)浮船取水方案，對同類工程有一定借鑒作用。

南溝門水庫；取水口位置選擇；取水建筑物型式選擇；方案比選

1 概況

延安市南溝門水庫北線供水工程是向延安煤油氣資源綜合利用項目及華能延安電廠輸送原水的長距離調(diào)水工程。兩項目的用水主要依托南溝門水庫可利用水源，延安煤油氣資源綜合利用項目位于陜西省富縣縣城以南12km，華能延安電廠在洛川縣吉子現(xiàn)鄉(xiāng)田村。南溝門水庫位于陜西黃陵縣，水庫壩址位于葫蘆河河口上游3km處的寨頭河村南溝門附近。

南溝門水利樞紐工程建設(shè)任務(wù)為工業(yè)和城鄉(xiāng)生活供水，兼顧灌溉和發(fā)電等綜合利用。南溝門水利樞紐工程主要由大壩、溢洪道、引水隧洞及電站組成。水庫正常蓄水位848.00m，設(shè)計洪水位848.68m，死水位824.00m，相應(yīng)淤積庫容6782萬m3，調(diào)節(jié)庫容9310萬m3，總庫容2.006億m3。水庫壩址斷面多年平均天然徑流量為1.31億m3，南溝門水庫年總供水量1.365億m3，其中向工業(yè)供水11072萬m3。南溝門壩后水電站裝機2500kw，多年平均發(fā)電量795萬度。

2 取水口位置選擇

根據(jù)取水樞紐工程設(shè)計原則：應(yīng)保證在枯水季節(jié)時的枯水水位條件下，引足設(shè)計流量；在設(shè)計洪水情況下，取水構(gòu)筑物不應(yīng)受到?jīng)_刷和淹沒；利用彎道環(huán)流原理，將引水口選在彎道凹岸下游，減少有害泥沙進入渠道，提高渠道的輸水能力，減少水泵過流部件的磨損；對取水口上游河道進行整治，確保河床穩(wěn)定，主流靠岸，保證取水口河流暢通。由于本供水工程水源地為南溝門水庫，結(jié)合已成南溝門均質(zhì)土壩的布置，考慮的取水方式為壩后取水和庫內(nèi)取水兩種形式。壩后取水可以采用壩后引水發(fā)電洞尾水出口取水，這樣布置最簡單，建造建筑物最少。壩前水庫庫內(nèi)取水應(yīng)盡量選擇在靠近壩址水流相對平穩(wěn)處。以下對這兩種方案分別進行詳細論證。

2.1 庫內(nèi)取水口位置的選定

由于供水對象在南溝門水庫上游，因此取水口在庫內(nèi)越往上游，相對供水線路越短，投資越少，由于南溝門水庫死水位為824m，因此庫內(nèi)取水口位置應(yīng)選擇設(shè)計水平年葫蘆河河床淤積高程不高于824m處位置，并盡量選在彎道凹岸下游處，結(jié)合地形地貌及現(xiàn)場踏勘參考一萬圖紙分析，庫內(nèi)適合作為取水口的位置有兩處，一處為距南溝門水庫壩址上游3.5km葫蘆河左岸史家河村附近，一處為距壩址上游8.5km葫蘆河左岸下汪村附近，見圖1。

圖1 取水口位置示意圖

結(jié)合這兩處取水口，根據(jù)陜西省發(fā)展和改革委員會文件（陜發(fā)改農(nóng)經(jīng)［2012］786號）批復的《陜西省延安市南溝門水利樞紐工程初步設(shè)計報告》第四章采用一維恒定不平衡輸沙數(shù)學模型中淤積庫容曲線計算，水庫不同運用年限時的淤積庫容曲線圖；水庫不同運用年限時的庫區(qū)主槽縱剖面圖，庫區(qū)灘面縱剖面圖，綜合得出表1，由表1可知距壩址上游8.5km處下汪村附近在水庫運行40年后，干流灘面淤積高程為822m，取水口被淤死，不滿足《室外給水設(shè)計規(guī)范》1.0.7給水工程中構(gòu)筑物的合理設(shè)計使用年限宜為50年的規(guī)定，同時也不滿足供水保證率95%的要求，說明距壩址8.5km下汪村取水口位置選取不合適。

表1計算結(jié)果表明，庫內(nèi)取水口確定為距壩址3.5km葫蘆河左岸史家河村附近位置，是合適的。

2.2 壩后取水

壩后取水即從南溝門水庫壩后引水渠取水，取水點高程810m，經(jīng)兩次加壓后輸送至廠區(qū)凈化水廠，壩后引水渠取水點比庫內(nèi)取水推薦的史家河村取水點輸水洞線長約1.7km。

壩后取水的線路為南溝門電站尾水通過295m長穿葫蘆河倒虹吸后接加壓站，通過1.7km長輸水隧洞與庫內(nèi)史家河村取水方案在樁號0+490輸水隧洞銜接，壩后取水線路比庫內(nèi)取水推薦線路增加倒虹吸建筑物一處及1.7km長輸水隧洞，減少建筑物為庫內(nèi)取水浮船（通過經(jīng)濟比較取水浮船式泵站比岸邊豎井式泵站工程直接費減少約1500萬元，故本次比較采用經(jīng)濟的取水浮船式泵站）。由于泵站水泵機組庫內(nèi)取水與壩后取水都需要，近似認為其費用相同，故不考慮浮船泵站機組費用，只考慮浮船建筑工程費940萬元。1.7km長輸水隧洞投資為2550萬元，倒虹吸建筑工程費約590萬元。故壩后取水比庫內(nèi)取水推薦線路增加工程直接投資約2200萬元。

（1）南溝門水庫庫內(nèi)取水對南溝門水電站的影響

根據(jù)《陜西省延安市南溝門水利樞紐工程初步設(shè)計報告》可知：南溝門水庫水電站年發(fā)電量為795萬度，計算電價為0.3元/度電，考慮線損及廠用電率，實際上網(wǎng)電量760萬kw·h，年水力發(fā)電效益為228萬元。

本工程從南溝門庫內(nèi)年平均引用流量1.115m3/s（年引用3210萬m3，每年引用8000h），即南溝門水電站相應(yīng)扣除年發(fā)電量為：

表1 水庫運行不同年份主槽(灘面)淤積高程、正常蓄水位庫容統(tǒng)計表

E年=k×Q保×H×g×8000

E年——年發(fā)電量，kw·h；

k——水電站出力系數(shù)（取0.8）；

Q保——引用流量（1.115m3/s）；

H——水電站出力加權(quán)平均凈水頭（30.34m）。

計算知本工程對南溝門水庫水電站年減少發(fā)電212.4萬度，每度電價按上網(wǎng)電價0.3元計，每年對南溝門水庫水電站減少效益63.72萬元。

（2）由于壩后取水一級加壓站高程810m，出水池設(shè)計水位847m，揚程37m，比庫內(nèi)史家河村取水方案增加揚程約20m，每年年運行費用多支付電費約118萬（電費按0.5967/kw·h），見表2。

壩后取水較庫內(nèi)取水管理方便，能利用電站尾水，充分發(fā)揮水電站效益。庫內(nèi)取水方案較壩后取水方案線路短1.7km，距離供水對象較近，地形地質(zhì)條件比較簡單，工程布置相對簡單，隧洞長度較短，利于施工，一級加壓泵站凈揚程少約20m，年運行電費少118萬元，建筑工程投資約少2200萬元。綜合比較，確定南溝門水庫北線供水取水口為水庫庫內(nèi)距壩址3.5km葫蘆河左岸史家河村附近取水。

3 取水建筑物型式選擇

取水口位置在史家河村葫蘆河左岸，適合布置浮船式泵站取水和岸邊豎井式泵站取水等構(gòu)筑物。

3.1 浮船式泵站取水方案

浮船式泵站取水方案為在取水口處庫區(qū)水面布置一艘安裝加壓水泵機組的浮船，浮船通過鋼制旋臂掛管連接岸邊拴船鉸支墩來固定，隨庫水位漲落抽水，經(jīng)加壓后至隧洞內(nèi)出水豎井。

經(jīng)選型設(shè)計，浮船長33.2m，寬13m，塢艙廠房內(nèi)一列式安裝4臺臥式離心水泵機組，設(shè)計運行工況3用1備，水泵吸水喇叭管直接從庫內(nèi)抽取表層水，經(jīng)水泵加壓后4臺泵后支管在船后甲板上匯流成兩根母管，通過鋼制鉸臂懸掛輸水至岸邊鉸支墩后，雙母管爬坡輸水至壓力洞段。受浮船船體尺寸所限，泵站配電副廠房岸坡就近布置。浮船式泵站取水頭部及副廠房廠區(qū)占地面積9.5畝，建筑物工程直接投資費用約638.6萬元。

3.2 豎井式泵站取水方案

豎井式泵站取水方案為在葫蘆河左岸坡布置豎井泵房分層從庫內(nèi)取水，經(jīng)加壓出井后爬坡至壓力洞。

表2 取水口方案選擇及技術(shù)經(jīng)濟比較表

豎井式泵房由引渠段、閘室及啟閉機房段、豎井井筒段四部分組成。引渠段總長20.5m，梯形斷面，底寬4.0m。閘室段順水流方向長7.3m，寬6.6m，分別在834.45m和820.45m兩個高程上布置兩個進水口，工作閥上游設(shè)攔污柵，與檢修閘門共槽，檢修門為1.6m×1.6m平板鋼閘門。井筒為直徑25.0m圓形井筒，壁厚度2.0m，井高34.17m，壓力式吸水池布置在井筒最下部，設(shè)直徑10m半圓形池子、深2.0m，底板高程819.15m，吸水管進口高程819.85m。水泵層底板高程822.65m，布置4臺臥式離心泵機組，其上分層布置水機及電氣副廠房，檢修層布置在851.82m高程。井筒頂啟閉機房為單層框架結(jié)構(gòu)，層高6.5m。

豎井式泵站方案豎井部分占地4.85畝，工程直接投資費用約2590.66萬元。3.3取水泵站方案確定

①浮船泵站方案

優(yōu)點：浮船及附屬設(shè)備統(tǒng)一從廠家采購，廠房為鋼結(jié)構(gòu)，設(shè)備到貨后擇空地現(xiàn)場組焊好后，沿水庫托運至取水口對接安裝即可，具備施工安裝簡單，無水下施工、土建工程量小等優(yōu)點。經(jīng)調(diào)研同類型氣象條件下已成工程運行情況，目前浮船式取水泵站已完全解決抗凍、防沖等問題，運行安全可靠。

缺點：限于泵船甲板面積不足，需在岸邊就近布置配電副廠房，主副廠房分建、運行操作略有不便，船體及其附屬設(shè)備3～5年需定期維修養(yǎng)護，站址占地面積稍大。

②豎井泵站方案

優(yōu)點：主副廠房合建、運行操作簡單、管理檢修方便、占地面積小。

缺點：豎井泵房深度較大、室內(nèi)通風照明條件差；土石方開挖及砼澆筑方量大、豎井結(jié)構(gòu)復雜，施工澆筑強度高。

③投資費用

從投資費用上對比兩種取水形式，浮船式泵站取水建筑工程費用為638.6萬元，機電設(shè)備安裝工程為1729.43萬元，合計約2368.03萬元。豎井式泵站取水建筑工程費用為2590.66萬元，機電設(shè)備安裝工程為1037.13萬元，合計約3627.79萬元。綜合比較浮船式比豎井式泵站直接費少1259.76萬元，浮船式取水方案較為經(jīng)濟。

結(jié)合以上兩方案技術(shù)經(jīng)濟比較結(jié)論，雖浮船式泵站方案主副廠房必須分區(qū)布置、但泵站操控運行為自動化設(shè)計，減小了運行管理強度，僅有船體維護這唯一缺點。相比豎井方案，浮船方案在土建工程量、施工安裝便利性、投資費用上優(yōu)勢明顯，因此推薦浮船式泵站取水方案。

4 結(jié)語

綜上所述，南溝門水庫取水口選在水庫庫內(nèi)距壩址3.5km葫蘆河左岸史家河村附近，并采用浮船式泵站取水，不僅投資費用上經(jīng)濟，而且管理運行方便，工程布置相對簡單，施工便利，施工工期短。陜西水利

（責任編輯：唐紅云）

S273.1

B