密云水庫調蓄工程溪翁莊泵站布置研究

許光卓

(北京市水利規劃設計研究院)

1 工程概況

受丹江口水庫來水影響，南水北調來水具有年內分配不均，年際變化大的特點。在有效接納南水北調來水，建設相應的輸水工程、調蓄工程和水廠工程的同時，北京市提出建設南水北調來水調入密云水庫調蓄工程(以下簡稱密云水庫調蓄工程)。工程由團城湖取水，通過京密引水渠輸水，經六級泵站加壓將水提升至懷柔水庫，輸水規模為20m3/s；懷柔水庫分水回補水源地后，其余水量再經三級泵站加壓輸水至密云水庫，輸水規模為10m3/s。工程線路總長103km，總揚程132.85m。工程總體方案如圖1所示。

圖1 南水北調來水調入密云水庫調蓄工程平面位置示意圖

其中，溪翁莊泵站是密云水庫調蓄工程梯級泵站中的最后一級提升泵站，將8級泵站提升后的來水再次提升輸送至密云水庫，實現最終的調蓄任務。溪翁莊泵站位于密云區溪翁莊鎮，密云水庫白河主壩南側約350m，泵站設計流量為10m3/s，設計總揚程55.60m，屬高揚程泵站。

2 泵站布置原則

泵站的總體布置應綜合考慮站址地形、地質、水流、供電、環境等因素，在滿足泵站功能要求的前提下，結合機組型式、供水系統布局等，做到布置緊湊合理、便于施工、運行安全、管理方便、美觀協調；生產、生活管理建筑分區明確、聯系方便、交通順暢；同時廠區布置還應滿足防火安全、衛生防護和環境綠化要求。

3 泵型選擇

溪翁莊泵站設計流量10m3/s，水位及揚程參數見表1、2。

表1 泵站特征水位

表2 泵站特征揚程

根據揚程和流量范圍，適用于該泵站的泵型有臥式單級雙吸離心泵及立式單級單吸離心泵。對兩種泵站進行比選，結果見表3。

表3 溪翁莊泵站泵型比較

綜合考慮水泵機組運行時間、運行穩定性，汽蝕性能，效率及工程投資，安裝、檢修方便等因素，溪翁莊泵站水泵采用臥式單級雙吸離心泵。臥式雙吸離心泵結構簡單，軸向力較小，水平中開結構安裝檢修方便，土建開挖深度小，廠房結構簡單，節省投資。泵站安裝機組3臺，2工1備，水泵單機設計流量5.0m3/s，配套電動機功率4000kW，泵站總裝機容量12MW。為適應泵站揚程變幅的要求，水泵機組需配套變頻調速裝置，通過水泵調速運行以適應泵站各種工況的運行條件，確保泵站高效、安全、可靠輸水。

4 廠區總體布置

溪翁莊泵站利用新建七孔橋節制閘北端調節池進行水量調節，利用改造后的連接渠從調節池取水。根據輸水線路布置，及站址具體情況，泵站采用正向進水布置。這種進水形式可以更好地滿足水流順暢、流速均勻、減少渦流的要求。

為了更好地組織生產、辦公、生活，創造良好的環境條件，根據各建筑物的性質、使用功能、交通運輸聯系、防火和衛生要求，將性質相同、功能相近、聯系密切，對環境要求一致的建筑物、構筑物及設施分成若干組，形成合理分區。

因此將溪翁莊泵站廠區總體分為三個區：與供水直接有關的建筑物構成主要生產區，主要包括進水閘、前池、進水池、泵站進水管道、主廠房(副廠房)、泵站出水管道等；為泵站運行提供支持的柴油發電機房、加氯間、空調通風機房、檢修車間、倉庫等建筑物構成輔助生產區；管理運行必要的辦公、食堂、鍋爐房、車庫、門衛等房屋構成辦公生活區。廠區內通過南北向主通道將廠區分隔成東、西兩個區域，西側為生產和輔助生產區，東側為辦公生活區。

廠區共設有2個出入口。主入口設在廠區南側，與連接渠南側堤路相接；廠區西側設西入口，與主廠房檢修間大門相對，作為主要設備出入口。從廠區南入口進入，為南北方向的廠區主交通道，主交通道與分支道路可達生產生活區和輔助生產區，各個建筑的出入口道路均相通，形成泵站內合理的交通道路布局，以滿足廠內交通及消防的要求。

廠區內道路兩側及建筑物周邊設置綠化帶，廠區南側為景觀綠化區，喬灌草結合種植，并設有中心廣場及涼亭、花架和坐凳，綠化區東側布置有運動場，為工作人員在工作之余提供優美的休息環境和健身場所。

溪翁莊泵站總平面布置如下圖所示。

圖2 溪翁莊泵站總平面布置圖

5 主要建筑物布置

溪翁莊泵站從調節池東岸連接渠取水，水流從南側進入泵站廠區，順水流由南向北依次布置有進水閘、前池、進水池、進水管、主廠房(副廠房)、出水管等建筑物。

5.1 進水閘

進水閘是泵站來水的控制開關。泵站正常運行時進水閘閘門開啟；檢修時閘門關閉，避免來水進入泵站。水閘結構采用為整體平底板開敞式，長度的確定主要受各種設備及上部結構布置控制。閘室上部為二層框架結構閘房，一層為閘門起吊空間；以上二層為啟閉機室、配電及控制室。

5.2 前池及進水池

根據水泵機組淹沒深度的要求，主廠房及進水池的埋深較大。因此在進水閘及進水池間需要設置前池，起到水流順接作用。前池為開敞式布置形式，分為斜坡段和水平段。綜合考慮水流條件及減少前池長度和開挖量等因素，前池斜坡段平面呈對稱梯形。斜坡段后順接水平段，水平段末端接進水池。由于單泵流量較大，為了保證水泵進水管有比較好的流態，避免進水間內出現漩渦及進水管間的相互影響，為每臺水泵進水管設獨立進水間，3個并排一列布置。

5.3 主副廠房

主廠房布置在進水間下游，為矩形干室型半地下鋼筋混凝土整體結構，地上部分為鋼筋混凝土排架結構，砌體圍護；地下部分基礎為平底板筏式基礎，四周擋墻為懸臂式鋼筋混凝土擋墻結構。廠房內從東向西依次布置3臺水泵機組、1條反向輸水管和安裝檢修間，各機組軸線位于一條直線上，優點是是空間整齊、易于管理和操作。每臺水泵機組中心線順水流向依次布置有進口蝶閥、水泵主機、出口液壓緩閉蝶閥、出口蝶閥等設備。因布置廠房排水溝、電纜溝及抗浮壓重的需要，廠房底板上設素混凝土鋪裝層。廠房底板四周加趾，利用外部填土保證主廠房的抗浮穩定安全。

副廠房緊貼主廠房東側南北向布置，兩層框架結構。首層布置低壓配電室、變頻室、補償室、高壓配電室、輸入變室、電纜室。二層布置中控室、備品備件、蓄電池室、綜保室、通訊機房、資料室、會議室、辦公室等。

5.4 進、出水管道及反向輸水管道

進水管由進水間至主廠房水泵，包括進水間吸水喇叭口、進水間～主廠房間連接管道和主廠房內明管。泵站進水管采用單管單泵式供水，3臺機組共設3條進水管。每條進水管前分別設單獨的進水間，從相應進水間中央吸水。

出水管由主廠房水泵至密云水庫，采用多機一管形式，包括支管段和主管段。各支管中心與水泵機組一一對應，并以三泵一管形式匯成主管，向下游進入密云水庫白河發電隧洞。出水主管道上設有排氣閥、流量計和檢修蝶閥。

此外，溪翁莊泵站考慮了密云水庫可利用新建雁棲(8級泵站)～溪翁莊泵站(9級泵站)輸水管道反向將水輸送至雁棲泵站前池，再由京密引水渠輸水至懷柔水庫。因此，出水總管向上游設置跨接管；跨接管從主廠房內穿過，接入泵站前池，與雁棲～溪翁莊輸水管相通。跨接管穿主廠房段設調流閥，主廠房前后跨接管上各設1道檢修蝶閥。

6 溪翁莊泵站的布置特點

(1)溪翁莊泵站通過連接渠從密云水庫南側的現狀調節池取水，并利用新建七孔橋節制閘攔蓄北段調節池進行水量調節。調節池有效調節容積約8萬m3，可供泵站水泵滿負荷抽水133分鐘，滿足泵站調節容積要求。由此，大大減少了廠區內泵站前池的容積要求，減少了工程永久占地和土建工程量，有效降低了工程造價。

(2)廠區平面布置中，利用南北向主干道將廠內分成生產區和生活區兩個部分，既有利于充分發揮生產區的功能，提高生產效率；又有利于為管理人員營造一個良好的生活環境，充分調動生產積極性。

(3)根據揚程和流量范圍，溪翁莊泵站采用采用臥式單級雙吸離心泵。臥式離心泵結運行平穩，噪音低，占地面積小，土建開挖深度小，能夠節省工程投資。主廠房采用干室型泵站，結構簡單，便于機組的合理布置，維護及運行管理方便。

(4)工程設計中充分利用了新建的雁棲(8級泵站)～溪翁莊泵站(9級泵站)輸水管道，增加了反向輸水的運行工況。通過在主廠房內設置跨接管，實現了從密云水庫反向輸水至雁棲泵站前池的功能。和利用京密引水渠輸水相比，減少了蒸發和滲漏損失，提高了供水效率。

(5)廠區道路采用透水磚路面，有助于雨水下滲。同時考慮溪翁莊泵站附近沒有市政污水管網，工程設計中將生活污、廢水通過污水管道進行收集，經化糞池沉淀后，進入埋地式小型污水處理設施進行處理，達標后用于廠區綠化和景觀水池用水，既大大節約了廠區用水量，也能有效保證廠區西側密云水庫調節池的水質要求。

圖3 溪翁莊泵站主體結構布置圖

7 結語

截止目前，溪翁莊泵站已經運行兩年，向密云水庫輸水超過1億方。經過對該泵站的跟蹤觀測，泵站目前運行良好，取得了預期的設計效果。通過科學合理的工程布置，使溪翁莊泵站既保證了自身的結構安全，又滿足正向調水和反向輸水的雙重要求，同時將工程造價控制在合理范圍內，可以為今后泵站工程的設計提供參考。

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