延安市南沟门水库北线供水工程取水位置及方案比选探析

康勇

（陕西省水利电力勘测设计研究院陕西西安710000）

延安市南沟门水库北线供水工程取水位置及方案比选探析

康勇

（陕西省水利电力勘测设计研究院陕西西安710000）

本文对南沟门水库北线供水工程取水口位置进行了坝后取水和库内取水的详细论证，并对库内取水建筑物型式进行了浮船式泵站取水和岸边竖井式泵站取水方案的比选，综合比较选取了南沟门水库库内浮船取水方案，对同类工程有一定借鉴作用。

南沟门水库；取水口位置选择；取水建筑物型式选择；方案比选

1 概况

延安市南沟门水库北线供水工程是向延安煤油气资源综合利用项目及华能延安电厂输送原水的长距离调水工程。两项目的用水主要依托南沟门水库可利用水源，延安煤油气资源综合利用项目位于陕西省富县县城以南12km，华能延安电厂在洛川县吉子现乡田村。南沟门水库位于陕西黄陵县，水库坝址位于葫芦河河口上游3km处的寨头河村南沟门附近。

南沟门水利枢纽工程建设任务为工业和城乡生活供水，兼顾灌溉和发电等综合利用。南沟门水利枢纽工程主要由大坝、溢洪道、引水隧洞及电站组成。水库正常蓄水位848.00m，设计洪水位848.68m，死水位824.00m，相应淤积库容6782万m3，调节库容9310万m3，总库容2.006亿m3。水库坝址断面多年平均天然径流量为1.31亿m3，南沟门水库年总供水量1.365亿m3，其中向工业供水11072万m3。南沟门坝后水电站装机2500kw，多年平均发电量795万度。

2 取水口位置选择

根据取水枢纽工程设计原则：应保证在枯水季节时的枯水水位条件下，引足设计流量；在设计洪水情况下，取水构筑物不应受到冲刷和淹没；利用弯道环流原理，将引水口选在弯道凹岸下游，减少有害泥沙进入渠道，提高渠道的输水能力，减少水泵过流部件的磨损；对取水口上游河道进行整治，确保河床稳定，主流靠岸，保证取水口河流畅通。由于本供水工程水源地为南沟门水库，结合已成南沟门均质土坝的布置，考虑的取水方式为坝后取水和库内取水两种形式。坝后取水可以采用坝后引水发电洞尾水出口取水，这样布置最简单，建造建筑物最少。坝前水库库内取水应尽量选择在靠近坝址水流相对平稳处。以下对这两种方案分别进行详细论证。

2.1 库内取水口位置的选定

由于供水对象在南沟门水库上游，因此取水口在库内越往上游，相对供水线路越短，投资越少，由于南沟门水库死水位为824m，因此库内取水口位置应选择设计水平年葫芦河河床淤积高程不高于824m处位置，并尽量选在弯道凹岸下游处，结合地形地貌及现场踏勘参考一万图纸分析，库内适合作为取水口的位置有两处，一处为距南沟门水库坝址上游3.5km葫芦河左岸史家河村附近，一处为距坝址上游8.5km葫芦河左岸下汪村附近，见图1。

图1 取水口位置示意图

结合这两处取水口，根据陕西省发展和改革委员会文件（陕发改农经［2012］786号）批复的《陕西省延安市南沟门水利枢纽工程初步设计报告》第四章采用一维恒定不平衡输沙数学模型中淤积库容曲线计算，水库不同运用年限时的淤积库容曲线图；水库不同运用年限时的库区主槽纵剖面图，库区滩面纵剖面图，综合得出表1，由表1可知距坝址上游8.5km处下汪村附近在水库运行40年后，干流滩面淤积高程为822m，取水口被淤死，不满足《室外给水设计规范》1.0.7给水工程中构筑物的合理设计使用年限宜为50年的规定，同时也不满足供水保证率95%的要求，说明距坝址8.5km下汪村取水口位置选取不合适。

表1计算结果表明，库内取水口确定为距坝址3.5km葫芦河左岸史家河村附近位置，是合适的。

2.2 坝后取水

坝后取水即从南沟门水库坝后引水渠取水，取水点高程810m，经两次加压后输送至厂区净化水厂，坝后引水渠取水点比库内取水推荐的史家河村取水点输水洞线长约1.7km。

坝后取水的线路为南沟门电站尾水通过295m长穿葫芦河倒虹吸后接加压站，通过1.7km长输水隧洞与库内史家河村取水方案在桩号0+490输水隧洞衔接，坝后取水线路比库内取水推荐线路增加倒虹吸建筑物一处及1.7km长输水隧洞，减少建筑物为库内取水浮船（通过经济比较取水浮船式泵站比岸边竖井式泵站工程直接费减少约1500万元，故本次比较采用经济的取水浮船式泵站）。由于泵站水泵机组库内取水与坝后取水都需要，近似认为其费用相同，故不考虑浮船泵站机组费用，只考虑浮船建筑工程费940万元。1.7km长输水隧洞投资为2550万元，倒虹吸建筑工程费约590万元。故坝后取水比库内取水推荐线路增加工程直接投资约2200万元。

（1）南沟门水库库内取水对南沟门水电站的影响

根据《陕西省延安市南沟门水利枢纽工程初步设计报告》可知：南沟门水库水电站年发电量为795万度，计算电价为0.3元/度电，考虑线损及厂用电率，实际上网电量760万kw·h，年水力发电效益为228万元。

本工程从南沟门库内年平均引用流量1.115m3/s（年引用3210万m3，每年引用8000h），即南沟门水电站相应扣除年发电量为：

表1 水库运行不同年份主槽(滩面)淤积高程、正常蓄水位库容统计表

E年=k×Q保×H×g×8000

E年——年发电量，kw·h；

k——水电站出力系数（取0.8）；

Q保——引用流量（1.115m3/s）；

H——水电站出力加权平均净水头（30.34m）。

计算知本工程对南沟门水库水电站年减少发电212.4万度，每度电价按上网电价0.3元计，每年对南沟门水库水电站减少效益63.72万元。

（2）由于坝后取水一级加压站高程810m，出水池设计水位847m，扬程37m，比库内史家河村取水方案增加扬程约20m，每年年运行费用多支付电费约118万（电费按0.5967/kw·h），见表2。

坝后取水较库内取水管理方便，能利用电站尾水，充分发挥水电站效益。库内取水方案较坝后取水方案线路短1.7km，距离供水对象较近，地形地质条件比较简单，工程布置相对简单，隧洞长度较短，利于施工，一级加压泵站净扬程少约20m，年运行电费少118万元，建筑工程投资约少2200万元。综合比较，确定南沟门水库北线供水取水口为水库库内距坝址3.5km葫芦河左岸史家河村附近取水。

3 取水建筑物型式选择

取水口位置在史家河村葫芦河左岸，适合布置浮船式泵站取水和岸边竖井式泵站取水等构筑物。

3.1 浮船式泵站取水方案

浮船式泵站取水方案为在取水口处库区水面布置一艘安装加压水泵机组的浮船，浮船通过钢制旋臂挂管连接岸边拴船铰支墩来固定，随库水位涨落抽水，经加压后至隧洞内出水竖井。

经选型设计，浮船长33.2m，宽13m，坞舱厂房内一列式安装4台卧式离心水泵机组，设计运行工况3用1备，水泵吸水喇叭管直接从库内抽取表层水，经水泵加压后4台泵后支管在船后甲板上汇流成两根母管，通过钢制铰臂悬挂输水至岸边铰支墩后，双母管爬坡输水至压力洞段。受浮船船体尺寸所限，泵站配电副厂房岸坡就近布置。浮船式泵站取水头部及副厂房厂区占地面积9.5亩，建筑物工程直接投资费用约638.6万元。

3.2 竖井式泵站取水方案

竖井式泵站取水方案为在葫芦河左岸坡布置竖井泵房分层从库内取水，经加压出井后爬坡至压力洞。

表2 取水口方案选择及技术经济比较表

竖井式泵房由引渠段、闸室及启闭机房段、竖井井筒段四部分组成。引渠段总长20.5m，梯形断面，底宽4.0m。闸室段顺水流方向长7.3m，宽6.6m，分别在834.45m和820.45m两个高程上布置两个进水口，工作阀上游设拦污栅，与检修闸门共槽，检修门为1.6m×1.6m平板钢闸门。井筒为直径25.0m圆形井筒，壁厚度2.0m，井高34.17m，压力式吸水池布置在井筒最下部，设直径10m半圆形池子、深2.0m，底板高程819.15m，吸水管进口高程819.85m。水泵层底板高程822.65m，布置4台卧式离心泵机组，其上分层布置水机及电气副厂房，检修层布置在851.82m高程。井筒顶启闭机房为单层框架结构，层高6.5m。

竖井式泵站方案竖井部分占地4.85亩，工程直接投资费用约2590.66万元。3.3取水泵站方案确定

①浮船泵站方案

优点：浮船及附属设备统一从厂家采购，厂房为钢结构，设备到货后择空地现场组焊好后，沿水库托运至取水口对接安装即可，具备施工安装简单，无水下施工、土建工程量小等优点。经调研同类型气象条件下已成工程运行情况，目前浮船式取水泵站已完全解决抗冻、防冲等问题，运行安全可靠。

缺点：限于泵船甲板面积不足，需在岸边就近布置配电副厂房，主副厂房分建、运行操作略有不便，船体及其附属设备3～5年需定期维修养护，站址占地面积稍大。

②竖井泵站方案

优点：主副厂房合建、运行操作简单、管理检修方便、占地面积小。

缺点：竖井泵房深度较大、室内通风照明条件差；土石方开挖及砼浇筑方量大、竖井结构复杂，施工浇筑强度高。

③投资费用

从投资费用上对比两种取水形式，浮船式泵站取水建筑工程费用为638.6万元，机电设备安装工程为1729.43万元，合计约2368.03万元。竖井式泵站取水建筑工程费用为2590.66万元，机电设备安装工程为1037.13万元，合计约3627.79万元。综合比较浮船式比竖井式泵站直接费少1259.76万元，浮船式取水方案较为经济。

结合以上两方案技术经济比较结论，虽浮船式泵站方案主副厂房必须分区布置、但泵站操控运行为自动化设计，减小了运行管理强度，仅有船体维护这唯一缺点。相比竖井方案，浮船方案在土建工程量、施工安装便利性、投资费用上优势明显，因此推荐浮船式泵站取水方案。

4 结语

综上所述，南沟门水库取水口选在水库库内距坝址3.5km葫芦河左岸史家河村附近，并采用浮船式泵站取水，不仅投资费用上经济，而且管理运行方便，工程布置相对简单，施工便利，施工工期短。陕西水利

（责任编辑：唐红云）

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