三门峡槐扒黄河提水工程泵站取水及泥沙处理技术

□段金瑾 □高 峰 □杜克勤（河南省三门峡市水资源管理处）

三门峡市槐扒黄河提水工程位于三门峡市渑池县与义马市境内，是解决该地区工农业生产用水及城乡人畜吃水的综合性供水工程，属河南省利用亚行贷款豫西农业综合开发项目的龙头工程。

1.工程概况

1.1 工程位置

本工程的取水口位于渑池县陈村乡槐扒西坡村黄河干流的鱼嘴处，上距三门峡水库大坝23km，下距小浪底水库大坝108km，处于小浪底水库的回水末端。工程经四级提水将水输送到渑池县和义马市各供水点。该工程大部分在渑池县境内，少部分在义马市，均属三门峡市管辖，工程沿线均属丘陵和浅山区。

1.2 工程规模

槐扒工程总规模从黄河取水7m3/s，分四级提水，提水总扬程359m，输水干线总长3.0km。中型水库一座，渠系建筑物39座，其中泵站4座，沉沙池3座，隧洞3条，渡槽7座，倒虹9座，架空管7座及分水闸、增压站、分水口等。输水干线明渠8段共长2180m，预应力钢筋混凝土压力管道长16.2km。另在西段村建中型水库一座，以调节提水工程的供水量。

整个工程分两期实施，一期设计规模提水3m3/s,渠线和建筑物按总规模标准建成，泵站、沉沙池、压力管道按一期规模布置，年提水8087万t，年净供水7512万t。提水工程以工业和城市生活用水为主，兼顾山区人畜吃水和农业灌溉用水。工程运用原则是一般在非汛期(10月至第二年6月)黄河含沙量较小时，一级泵站正常运行取水，经沉沙池处理后，可直接输送到用户。在汛期 (7-9月)是黄河洪峰排沙期,在此期间当含沙量大于50kg/m3时一级泵站即停止运行，则由西段村水库供水。

1.3 工程效益

一期工程已建成投运，可解决渑池县、义马市29万人、2万头大牲畜的饮水问题，发展农业灌溉0.13万hm2，并为该地区工业生产用水提供可靠保证。

2.工程特点

2.1 取水条件复杂

工程取水口位于小浪底水库回水末端，受小浪底水库水位变幅和泥沙含量变化影响大。取水口河底高程241m，最低取水位246m，取高取水位275m，水位变幅达29m。同时受黄河调水调沙的影响，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）。进水口淤积高程最高达271.4m，最大淤积厚度达30m。水位和泥沙含量变化很大，极不稳定，这对取水方式、运用条件、建筑物设计均具有一定的难度。

2.2 线路穿越沿黄阶地山区、丘陵平原区，地形起伏大。横垮滑坡群、煤矿采空区，地质条件复杂，施工难度大。

2.3 输水渠线长，地形变化大，地面高差400～600m，建筑物类别多，基本囊括了所有水工建筑物。4级泵站提水总扬程359m，黄李隧洞全长8Km，均居河南省之首。高扬程、大跨度、高排架、长隧洞，是本工程泵站、渡槽、隧洞的特点。

3.工程取水设计

3.1 设计参数

由于受三门峡和小浪底水库联合运行的影响，一级泵站的设计参数按照三门峡和小浪底水库设计的联合运用方式进行确定。

设计水位：由于前期取水口缺少实测断面和水位观测资料，设计依照小浪底水库设计指标，取水口最高运行水位275.6m，设计洪水位282.9m，最高洪水位284.0m，最低枯水位242.3m，汛期河底泥沙淤积高程249.0～271.3m，非汛期河底泥沙淤积高程261.4～270.1m。综合考虑三门峡水库发电泄流量（1—2台机组运行，属偏枯阶段）和小浪底水库蓄水后淤积情况，确定一级站取水口设计最低水位246m，最高取水位275.6m。

泥沙含量：一级站取水口前没有修建沉沙工程的条件，只能在一级站后进行沉沙处理。所以根据城市工业用水质量标准和国内现有的泥沙处理办法，考虑到泥沙对水泵的磨损，确定一级泵站取水含沙量控制在50 kg/m3以下。后经沉沙处理，泥沙含量控制在1 kg/m3以下，输送到2～4级泵站再至用户分水口。

3.2 一级泵站设计

由于受黄河峡谷这一特殊地形限制，临河一级泵站选用半地面半地下式圆筒式厂房。一级泵站工程由引水渠、进水口、厂房、进厂交通桥、出水管线等组成，全长198.6m。泵站厂房分进水闸、流道、闸阀间、主厂房、电气副厂房几部分。厂房总高60m，主厂房在厂房282.8m高程下部，内径24m，高50m。电气副厂房及安装间在282.8m高程以上，高9.4m,为悬挑结构。厂房屋面为球型，轻型网架结构，造型美观大方，通风采光良好。

3.2.1 进水口设计：采用叠梁门—垂直流道—分层水平管进水三道工序相结合的取水形式。设计采用两机一孔，六机共设闸孔三孔。为控制门槽后流道流速，取水孔口宽1m，孔口中心距5.2m。每孔设门槽3个，沿引水方向先后顺序为拦沙叠梁门槽、流量调节门槽和水平进水管检修门槽。紧贴进水管检修门槽、流量调节门槽和水平进水管检修门槽。紧贴进水管检修门槽后垂直闸墩方向设有混凝土导流墙，墙厚0.8m，墙上分设3层水平进水管（c1m）与立管（c1m）相连，每层水平进水管设阀门控制取水，高水高进，低水低进。其管口中心线高程分别为243.0m，254.0m，265.2m，满足黄河不同水位时的进水要求。闸门底槛高程242.3m，挡沙闸门门高2m，调节闸门门高4m。拦污栅安放在调节闸门之上，与挡沙闸门配合使用，调整取水高度，保证取到表层1m的黄河水，以减少泥沙对工程和设备的影响。当黄河水位超过设计取水位275.6m时，关闭所有挡沙闸门，并用密封钢板封闭277m高程门槽及流道上口，以防洪水泥沙进入流道和厂房。

3.2.2 水机设计：水泵选用兰州黄河水泵厂生产的600S75水泵6台，两机一管。设计运行4台，备用2台。单机流量0.8/～1.1m3/s。水泵安装中心高程245.2m，水泵蜗壳顶部高程245.8m，底部进水口中心线高程243.0m，进水管中心线高程244.7m，出水管中心线高程244.5m。为了防止水泵磨损或汽蚀现象发生，延长水泵工作寿命，降低运行成本，水泵叶轮选用球墨铸铁耐磨材料，以保证水泵寿命在7000h以上。同时建立专门的技术供水系统，一是在清水期，直接从出水主管道上引出供水母管；二是浑水期，把沉淀过的清水引入蓄水池，接通供水母管，互为备用。在河道清水期，可直接打开水泵引水管供机组润滑冷却用水。当河道水出现泥沙大于0.5 kg/m3时，则关闭水泵引水管，由蓄水池供给清水。

3.3 沉沙池设计

3.3.1 运用方式

考虑本工程取水口清水期较长的有利条件，沉沙池的运用方式为取水口含沙量＜1 kg/m3时，一级泵站提取黄河水可不通过沉沙池，直接入渠道；当含沙量为1～10 kg/m3时，需通过沉沙池，但因沉沙量较少，取清水速率可以加快；当取水含沙量为10～50 kg/m3时，则全部通过沉沙池处理；取水含沙量＞50 kg/m3以上，取水口停抽，沉沙池停止运用。

根据黄河水沙资料分析，槐扒取水口处黄河1978年含沙量＜1 kg/m3，有 100d 左右，＜50 kg/m3约 118d，即沉沙池一年实际运用天数约为118d。每个沉沙池设计最大处理水量1 m3/s。按照近期提水3 m3/s的规划，修建沉沙池3个。近期一级泵站向沉沙池最大提水流量3.6 m3/s，其中0.6 m3/s为沉沙池冲沙排泥流量。沉沙采用自然沉淀，效率可达到90%以上，必要时再采取加药混凝沉淀。

3.3.2 工程布置

沉沙池建筑物布置于西坡村312m平台，占地7000m2。其建筑物由沉沙池配水枢纽、辐流式沉沙池、清水池以及输水明渠等组成。工程分远近两期实施，配水枢纽和输水明渠一次性建成。

辐流式沉沙为直径100m的漏斗式圆池，圆周为带集水槽的挡土墙，墙顶高程313.2m,池深34～7.8m,池底由边到中心底坡分别为0.015、0.09、0.14，中心部位分别设进水管和集泥坑。

进水管水通过整流格栅、活动挡板、配水罩整流后，均匀地沿径向以逐渐变小的速度流向周边。在池内完成沉淀过程后，通过周边的三角堰流入集水槽，池内设计水位312.6m，三角堰安装高程312.5m,集水槽内清水有内径1m的砼管输向清水池，最大设计出水流量1m3/s。

沉降在池底部的泥沙，由旋转式机械刮泥机刮入集泥坑，通过设在排泥廊道内的排泥管排入河道。排泥水设计含沙量300 kg/m3，最大排泥水流量0.2 m3/s。排泥管为重力自流排泥，设主副管2根，主管为混凝土管，内径600mm，副管为铸铁管，内径300mm。副管在小含沙量时运用，并在主管堵塞时作为备用。为便于检修，排泥管设在廊道内，并安装蝶阀（原设计为闸阀）、流量计（施工时取消）和盲盖。沉沙池设计满池排空时间为7h。

刮泥机采用半跨式周边传动刮泥机（GNb），主要由桁架、刮泥板和牵引小车等组成。刮泥机桁架上设置栈桥，刮泥板距池底8～10cm。刮泥板桁架借牵引小车沿敷设在辐流池圆周池壁上的钢轨按顺时针方向旋转，同时在中心部分有小轮在固定于中心支座圆板上的钢轨上转动，动力电源由中心支座滑触传动沿桁架牵引小车，牵引小车上设电动机，减速机和控制开关，电动机功率7.5kW。刮泥机转速可调整，每小时旋转1.5～2周，其周边线速度为 3～2.5m/min。

4.结语

经过近几年来的运行观察，实践证明，槐扒黄河提水工程一级泵站采用圆筒厂房分层取水结合辐流式沉沙池沉沙，有效地解决了取水口黄河水位变幅大、泥沙含量高的问题，节省工程投资2千余万元，取得了良好的工程、经济和环境效益。其中《一级泵站新型厂房的设计与研究》获河南省2002年科技进步二等奖，值得推广应用。