高山峽谷區水利工程泵站取水方案淺析

樊文林，黃再堅

（貴州省水利水電勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550001）

0 引言

因為具體的水利工程的特殊性和差異性，使得輸水工程取水方案由于各種因素也有著巨大的差異，根據其具體特點剖析取水具體方案。由于地形因素、環境因素甚至資金等問題，泵站取水方案不同，文章主要以某中型水利工程中輸水工程為例，對不同的取水方案進行不同方面的探究，以期能為后續相關工程的建設提供借鑒。

1 工程概況

某水利工程位于中國云貴高原地區，水庫總庫容3.50×107m3，年供水量1.30×107m3，年總供水量為4.50×107m3，根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》的規定，按總庫容劃分，水庫工程等別為Ⅲ等，工程規模屬中型，分為水源工程、輸水工程兩個部分，工程主要任務是給甲縣城供水，縣城位于樞紐區壩址處右側約15 km 處，提水揚程超500 m，屬于高揚程、長距離輸水工程。壩址和輸水工程取水泵站位置處河段地形狹窄，基本呈對稱“V”型河谷，河床高程為1 240～1 220 m，此河段兩岸無農田分布，無居民居住。兩岸地形陡峻，地形坡度38°～42°，兩岸坡基巖大多裸露，出露地層多為T1yn1，發育有F2 斷層穿過河流，斷層帶巖體較為破碎，受斷層影響T1yn2泥巖、泥灰巖地層在左岸岸坡出露，巖體強風化6～10 m。該河段的左右岸均有暗河補給系統，地質條件較為復雜，但河床相對狹窄，淹沒相對較少。

2 分級取水方案比較分析

工程受水區域及水廠位于河流右岸，為甲縣城區域輸水，結合最新城規、水廠位置及城區豎向高程，并與縣水利局對接，輸水工程末端高位水池位于靠近甲縣縣城的縣道左側雷打坡處。水庫常年運行水位為1 330 m，水庫死水位為1 291.50 m，輸水末端水池的設計水位為1 780 m，考慮水損后，需要提水高度為510 m左右。在現有水機設備情況下，選用一級泵站直接從庫內將水提至末端高位水池，結合1/10 000 地形圖，提水管線總長約15 km，管線越靠近末端水池地形越陡，大約在9 km 范圍附近地形高程為1 545 m，這樣會造成約9 km長的管線承受300～510 m 水頭，水頭過大，對管壁厚度要求高，同時對防水錘的措施要求更高，由此帶來的投資費用更大；如此長的提水管線，后期檢修、維護、運行管理等很不方便，特別是針對本工程高達95%的供水保證率，檢修維護時停水的時間過長將嚴重影響居民用水；另外，后期如果需要在管線某一位置增加分水口，那么采用一級提水方式不可行。所以此階段不建議采用一級提水的方式。如采用多級提水方案，則采取至少兩級提水，考慮到采用超過兩級提水后，會導致泵站廠房土建開挖工程量、征地費用增加和水機、電氣設備的投資增加，所以以二級提水作為推薦方案，單級提水揚程控制在250 m左右。

3 庫內和壩后取水方案的比較分析

輸水工程的取水方案，結合受水區和實際地形條件，總體來講，有庫內取水和壩后取水兩種可選方案，即下圖中方案1和方案2，方案1為壩后取水方案，方案2為庫內取水方案。壩后主要以從重力壩壩身取水的方式為主，庫內取水方案主要有浮船式泵站、長軸深井泵站及岸邊井筒式泵房（機組置于井筒內）。

鑒于水庫水位變幅大，約50 m，結合水機布置，長軸深井泵的水下軸長為54 m，國內少有，設計難度較大，相比臥式泵而言，長軸泵效率較低，從節能的角度分析，臥式泵優于長軸泵；輸水總流量為1.80 m3/h，經市場調研，結合已投運工程實際情況，長軸深井泵方案裝機臺數將達到7臺（5用2備），投資很大、后期檢修也很麻煩，此階段不建議采用長軸泵型取水。結合水機設備選型，井筒式泵房方案中采用2用1備的布置方案，擬定井筒直徑為15 m、深度為50 m、機組采用“品”字形布置，考慮到消防、暖通、交通、安全運行、排水防滲等因素，也不建議采用井筒式泵房。而浮船式泵站在現有的浮船單臺電機功率不超過1 600 kW的技術水平情況下，至少需要采取5用2備的方案，通過技術方案比較及市場詢價，浮船的投資約2 850 萬元。通過經濟比選，得到浮船投資比壩后取水方式的投資增加了約1 894 萬元，見表1，其中壩后取水方案土建投資包括：一級泵站進水管、一級泵站主副廠房及一級泵站提水管，庫內浮船取水方案土建投資包括：布置浮船所需的土石方開挖及支墩等、一級泵站副廠房、一級泵站提水管。考慮壩后方案需要布置交通橋增加費用約200萬元，同時需要將下河床的臨時道路改成永久道路，需要增加費用約150 萬元；庫內取水方案可以結合現有的交通道路布置即可，因上游圍堰對外交通需要對既有道路進行擴寬和改造，這里不再考慮交通道路費用問題。所以浮船投資比壩后取水方式的總投資增加了約1 500萬元。另外，鑒于水庫這類水位變幅大的實際，國內并沒有工程案例可以借鑒，相關指標參數可能需要進一步的論證，所以不建議采用庫內浮船方式取水。

表1 不同取水方案投資比較表（單位：萬元）

綜上所述，現階段通過初步技術、經濟比選，將壩后取水方案作為推薦方案。

4 壩后取水方案的線路比選

壩后取水方案中壩后泵站所處河段地形狹窄，兩岸地形陡峻，壩址處下游約450 m 處地形才相對平坦，該位置經過比選適合修建壩后一級泵站廠房，壩后取水方案只能通過從壩身取水后利用管道取水至一級泵站。根據樞紐總體布置和結合現場地形條件，其取水線路有兩種布置形式（見圖1），方案一為直接從壩身取水后，沿著大壩下游右岸岸邊敷設管道取水至壩后泵站廠房；方案二為從壩身取水后，考慮灌漿平硐的施工需要增加施工支洞，將施工支洞的軸線合理優化后，把管道與施工支洞結合，采用洞穿管方案取水至壩后泵站處。兩個方案均為大壩右岸取水，因大壩溢洪道布置在大壩左岸側，不適宜從左岸布置取水口取水。根據布置，前述兩個方案管線長度均為450 m 左右，技術方案均可行，方案比選只需對比各自增加的費用。方案一中管線從岸邊敷設，管槽采用防沖混凝土全包管型式，考慮管槽土石方開挖、包管混凝土、邊坡支護、施工措施等費用，累計約為140萬元。方案二采用將管道敷設于施工支洞中，目前右岸灌漿平硐的施工支洞是從下游圍堰處開始進洞至大壩上游灌漿平硐，支洞長度為180 m，如果采用洞穿管方案，需要將施工支洞洞口挪到靠近一級泵站廠房處，根據布置，支洞軸線長度為450 m，支洞長度增加導致費用增加約210 萬元。方案二比方案一增加了70萬元的費用，所以，選擇方案一更為合適。

圖1 取水方案線路布置示意圖

5 結論

因取水揚程較大、距離較長，受到高山峽谷地形的影響，選擇取水泵站時，先應根據揚程和泵站裝機確定分級指標，然后根據壩址上下游情況及受水區范圍，考慮泵站類型和機組相關參數的技術可行性，結合在工程中有類似的成功案例，羅列可行的技術方案，最后通過財務指標的比選，得到技術可行、安全可靠、費用最省的取水方案。