延安黃河引水工程延水關(guān)樞紐取水口設(shè)計方案探討

孫軍平

（陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院陜西西安710001）

延安黃河引水工程延水關(guān)樞紐取水口設(shè)計方案探討

孫軍平

（陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院陜西西安710001）

陜西省延安市黃河引水工程屬延安市“十二五”重點水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目，工程取水樞紐直接從黃河干流取水，黃河干流河水洪、枯流量相差懸殊，洪汛期水中泥砂含量大、水面多漂浮物，冬季河面多浮冰流凌，極易導(dǎo)致取水口及流道堵塞，危機(jī)運行安全、影響取水流量，是臨河取水建筑物型式設(shè)計的難點，為解決以上問題，經(jīng)綜合比較論證，本工程在陜西省范圍內(nèi)首次選用雙向斗槽取水方式，研究可為類似案例提供借鑒。

引水工程；取水口；雙向斗槽式取水；方案探討

1　工程概況

延安黃河引水工程位于延安市東北部，是以黃河為主要取水水源的長距離引水工程。工程建設(shè)目的是解決延安市及周邊縣區(qū)的長期缺水問題，屬延安市“十二五”重點水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目，工程年供水總量為8977萬m3/a，設(shè)計引水流量為4.2m3/s，梯級泵站總裝機(jī)功率48.1MW，該工程為Ⅲ等中型供水工程。工程取水樞紐位于延安市延川縣延水關(guān)鎮(zhèn)東南約4.5km處的王家渠村東南、黃河右岸，一級泵站抽取黃河水經(jīng)凈水廠預(yù)處理后，通過5級泵站加壓、約84km管線輸水至延安市東川水廠及沿途各受水點。工程主要建筑包括取水樞紐、提水泵站、輸水管（洞）線、泥沙處理、調(diào)蓄及應(yīng)急水庫、凈水廠等六部分。該工程建成投運后可解決沿線及延安市約70.56萬人城鎮(zhèn)居民生活用水、并為該地區(qū)工業(yè)生產(chǎn)用水提供可靠保障。

2　取水樞紐設(shè)計思路

2.1取水口特點

工程從黃河干流延水關(guān)取水（詳見圖1），該處為峽谷型河道，水面寬280m～360m，河道經(jīng)多年的河勢演變后水流上提下挫，河道主槽靠近右岸，形成彎道凹岸，左岸形成灘面，右岸基巖裸露，岸坡穩(wěn)定。取水位置定在彎道凹岸頂點上部，其上游對岸送流條件良好，彎道迎流條件優(yōu)越；取水口一級臺地高程550m～551m，臺地開闊，巖層暴露，臺地下游側(cè)有采沙簡易公路通過，進(jìn)出交通條件便利，綜合工程建設(shè)條件良好。

根據(jù)上游吳堡、下游龍門兩個水文統(tǒng)計資料內(nèi)插計算分析，延水關(guān)擬建取水口斷面多年平均流量為787.1m3/s，多年平均徑流量248.4億m3，相對于本工程設(shè)計引水量而言，取水水源水量充沛，完全能滿足本工程設(shè)計引水流量和供水保證率。

黃河屬于多泥沙河流，延水關(guān)河段位于黃河中游，具有水沙關(guān)系不協(xié)調(diào)、年際變化大、年內(nèi)分配不均的特點。統(tǒng)計資料顯示，上游吳堡站多年平均懸移質(zhì)輸沙量4.05億t，下游龍門站多年平均懸移質(zhì)輸沙量約7.04億t，內(nèi)插分析計算延水關(guān)取水河段多年平均懸移質(zhì)輸沙量約5.82億t，多年平均含沙量為23.5kg/m3，根據(jù)設(shè)計保證率要求，工程設(shè)計取水沙限值為60kg/m3。

延水關(guān)樞紐所在河段冬季氣候寒冷，從11月下旬至2月下旬的旬平均氣溫均在零度以下，日平均氣溫在零度以下的持續(xù)時間約90天，極端最低氣溫-22.5℃。多年統(tǒng)計資料顯示冰層厚度約為0.5m～1.0m、且以靠岸流凌為主。

綜合以上特點來看，延水關(guān)取水口水質(zhì)富含泥沙、冬季多冰凌等水面漂浮物，因此樞紐取水建筑物型式選擇至關(guān)重要，合理有效的取水方式將決定投運期取水的可靠性與運行管理的便利性。

2.2取水建筑物型式方案

地表水取水工程［1］中提到：地表取水臨河而建的取水構(gòu)筑物，按構(gòu)造型式大致可以分為二類：固定式取水構(gòu)筑物、移動式取水構(gòu)筑物。根據(jù)延水關(guān)地形、河勢、冰凍等特點，移動式取水構(gòu)筑物如浮船式、斜拉纜車式取水均受制于冰凍影響、冬季運行可靠性較低、維護(hù)困難。固定式取水方式按位置分岸邊式、河床式、和斗槽式三種型式，河床式主要適用于河道主流遠(yuǎn)離取水口的情況，而延水關(guān)取水口處河岸主流頂沖靠岸，不存在脫流問題。經(jīng)對已成臨河取水案例多方比較，本工程主要選定岸邊式和斗槽式兩種取水型式進(jìn)行方案比較。

圖1　黃河延水關(guān)平面圖

岸邊閘式取水布置的典型案例是在距本工程黃河下游約200km處的陜西省合陽縣東雷灌區(qū)二期抽黃太里灣取水樞紐，工程興建于上世紀(jì)90年代，運行至今已20余年，設(shè)計取水流量40m3/s。太里灣抽黃取水樞紐布置型式如圖2。

斗槽式取水典型案例是位于黃河上游段，蘭州市二水廠在西固區(qū)修建的臨河取水工程，采用閘門控制進(jìn)水的雙流式斗槽取水方式，設(shè)計最大引水流量6.0m3/s，該取水斗槽由原蘇聯(lián)專家20世紀(jì)60年代設(shè)計援建，運行至今已經(jīng)50余年，取水口布置型式如圖3。

岸邊閘式取水垂直于河道主流布置，進(jìn)水閘后單機(jī)單流道引水至泵站吸水池。流道取水口至吸水池段沿進(jìn)水流向，分別設(shè)有疊梁閘、垂直攔污柵、工作閘，吸水池。雙向斗槽式取水渠槽按平行于河道岸邊布置引流，采用閘門控制上下游雙向進(jìn)流。分上下游進(jìn)水口、中間泵站進(jìn)水段。上下進(jìn)水口依次設(shè)有攔污（冰）粗柵及清污門機(jī)、垂直攔污柵、進(jìn)水閘等。

岸邊閘式取水口垂直于河道主流直接進(jìn)水，分沙比大于分流比，更容易引進(jìn)河道富含底沙水流，且進(jìn)水流道較長，流道、吸水池內(nèi)容易形成泥沙淤積無法清理；流道進(jìn)水口較寬、運行存在浮冰、漂浮物堵塞進(jìn)水口等問題。據(jù)筆者現(xiàn)場調(diào)研，東雷抽黃工程太里灣取水口夏季柴草、冬季冰凌、進(jìn)水口前及流道內(nèi)泥沙淤積等，多年來一直是困擾工程運行維護(hù)的難題。泥沙淤積致使進(jìn)水閘前河床抬高，閘后泵站進(jìn)水流道、吸水池、站后幾十公里輸水干渠嚴(yán)重淤積，多年淤積下來，干渠斷面過流能力衰減，清淤工程量大。而冬季冰凌堵塞閘前又嚴(yán)重影響取水量，專設(shè)的破冰船等措施導(dǎo)排不及；夏季取水口攔污柵前浮草等漂浮物清理不及致使回轉(zhuǎn)式清污機(jī)過載鏈條拉斷。

相比之下，地表水取水工程［1］中提到：雙向閘控制引水斗槽取水布置型式更適用于主流靠岸、河道泥沙含量大、冬季冰凍情況嚴(yán)重的黃河河道。根據(jù)蘭州一水廠的斗槽取水運行經(jīng)驗，雙向式斗槽可以采用工程措施和設(shè)備措施相結(jié)合的方式導(dǎo)排，即夏季汛期泥沙含量大時關(guān)閉下游取水斗口，采用上游斗口順流取表層清水，冬季冰情嚴(yán)重時關(guān)閉上游斗口，采用下游斗口取水，起到防沙導(dǎo)冰靈活運行的功效，基本能解決上述問題，工程運行半個世紀(jì)以來基本無以上問題影響管理維護(hù)。除以上優(yōu)點外，相比進(jìn)水閘式取水方式，斗槽還可以通過槽身明渠對天然河道紊亂水流進(jìn)行整流，確保泵站吸水流態(tài)平穩(wěn)。斗槽布置還可以結(jié)合地形條件，將取水斗槽布置在河岸以內(nèi)，這樣斗槽深入河道段較岸邊閘式短，施工時僅需在進(jìn)出口局部設(shè)置圍堰，相比岸邊式取水口，斗槽式施工圍堰短、對河道泄洪影響小。

2.3斗槽式具體保障措施

2.3.1泥沙導(dǎo)排措施

采用雙向式斗槽取水，在汛期泥沙含量大時，首先可關(guān)閉下游斗口閘門，由上游斗口疊梁閘阻攔底層泥沙含量高的水、順流取表層清水。其次斗槽式引流流道和泵站吸水池分開布置，可利用河道高水位期對槽底淤沙實現(xiàn)定期沖洗。河道低水位期針對斗槽底板淤積泥沙層影響引流量的情況，可通過布設(shè)在斗槽槽身邊壁及底板的沖砂泵沿槽身分段進(jìn)行沖砂擾動，使含泥沙水流入泵站吸水池內(nèi)，在吸水池內(nèi)形成抽水動態(tài)平衡，通過水泵抽排至泥沙處理站沉淀處理后有序排泄。

2.3.2浮冰、漂流物防治措施

圖2　太里灣抽黃取水樞紐布置圖

圖3　蘭州市二水廠抽黃取水樞紐布置圖

上下游斗槽口面對黃河干流，針對冬季冰凌、夏季浮草等漂浮物影響取水效果等情況，采取的工程保障措施為：首先將斗槽進(jìn)口段按平行于河道主流布置，確保大的雜物浮冰等無法在取水口前形成有效堆積；其次是在斗口前設(shè)置攔污導(dǎo)冰鋼排，導(dǎo)冰排兩端固定設(shè)施設(shè)導(dǎo)軌，可使導(dǎo)冰排隨河道水位上下移動，將冰凌、浮草等提前攔阻在取水口之前，隨河道主流帶離取水口。對于進(jìn)入斗口的細(xì)小冰凌、雜物等在斗口進(jìn)水閘前設(shè)置兩道攔污柵，一道攔污粗柵，一道攔污細(xì)柵。柵前堆積污物通過斗槽頂平臺上設(shè)置的門機(jī)驅(qū)動液壓抓斗，將斗口攔污柵前雜物提升至清污平臺處理。

2.4取水方式確定

通過對上述兩種取水方式工程案例在實際運行中運行效果的對比，結(jié)合黃河延水關(guān)處取水口特點，筆者認(rèn)為斗槽取水方式的整體方案、具體的防砂導(dǎo)冰保障措施更加完善，更適用于本工程的特點，因此延水關(guān)樞紐取水形式確定采用閘門控制、雙向進(jìn)流的斗槽式取水口方案。

3　結(jié)語

多泥沙河流上地表取水構(gòu)筑物方案受自然條件和環(huán)境影響較大，其中河流泥沙、冰凌、水面漂浮物等都給取水和凈水帶來一定的影響，本工程結(jié)合現(xiàn)狀條件，通過對建筑物型式的方案對比，并對影響斗槽取水能力的水面漂浮物、水下淤積泥沙的導(dǎo)排措施進(jìn)行充分論證、確定采用雙向斗槽式取水方案，目前該工程已進(jìn)入了建設(shè)實施階段，在工程運行階段、筆者將密切關(guān)注雙向斗槽取水型式在黃河干流中下游河段取水的運行效果，為后續(xù)同類型取水工程設(shè)計提供參考。陜西水利

［1］周金全.地表水取水工程北京.化學(xué)工業(yè)出版社.2005

（責(zé)任編輯：暢妮）

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