延安黄河引水工程延水关枢纽取水口设计方案探讨

孙军平

（陕西省水利电力勘测设计研究院陕西西安710001）

延安黄河引水工程延水关枢纽取水口设计方案探讨

孙军平

（陕西省水利电力勘测设计研究院陕西西安710001）

陕西省延安市黄河引水工程属延安市“十二五”重点水利基础设施建设项目，工程取水枢纽直接从黄河干流取水，黄河干流河水洪、枯流量相差悬殊，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，极易导致取水口及流道堵塞，危机运行安全、影响取水流量，是临河取水建筑物型式设计的难点，为解决以上问题，经综合比较论证，本工程在陕西省范围内首次选用双向斗槽取水方式，研究可为类似案例提供借鉴。

引水工程；取水口；双向斗槽式取水；方案探讨

1　工程概况

延安黄河引水工程位于延安市东北部，是以黄河为主要取水水源的长距离引水工程。工程建设目的是解决延安市及周边县区的长期缺水问题，属延安市“十二五”重点水利基础设施建设项目，工程年供水总量为8977万m3/a，设计引水流量为4.2m3/s，梯级泵站总装机功率48.1MW，该工程为Ⅲ等中型供水工程。工程取水枢纽位于延安市延川县延水关镇东南约4.5km处的王家渠村东南、黄河右岸，一级泵站抽取黄河水经净水厂预处理后，通过5级泵站加压、约84km管线输水至延安市东川水厂及沿途各受水点。工程主要建筑包括取水枢纽、提水泵站、输水管（洞）线、泥沙处理、调蓄及应急水库、净水厂等六部分。该工程建成投运后可解决沿线及延安市约70.56万人城镇居民生活用水、并为该地区工业生产用水提供可靠保障。

2　取水枢纽设计思路

2.1取水口特点

工程从黄河干流延水关取水（详见图1），该处为峡谷型河道，水面宽280m～360m，河道经多年的河势演变后水流上提下挫，河道主槽靠近右岸，形成弯道凹岸，左岸形成滩面，右岸基岩裸露，岸坡稳定。取水位置定在弯道凹岸顶点上部，其上游对岸送流条件良好，弯道迎流条件优越；取水口一级台地高程550m～551m，台地开阔，岩层暴露，台地下游侧有采沙简易公路通过，进出交通条件便利，综合工程建设条件良好。

根据上游吴堡、下游龙门两个水文统计资料内插计算分析，延水关拟建取水口断面多年平均流量为787.1m3/s，多年平均径流量248.4亿m3，相对于本工程设计引水量而言，取水水源水量充沛，完全能满足本工程设计引水流量和供水保证率。

黄河属于多泥沙河流，延水关河段位于黄河中游，具有水沙关系不协调、年际变化大、年内分配不均的特点。统计资料显示，上游吴堡站多年平均悬移质输沙量4.05亿t，下游龙门站多年平均悬移质输沙量约7.04亿t，内插分析计算延水关取水河段多年平均悬移质输沙量约5.82亿t，多年平均含沙量为23.5kg/m3，根据设计保证率要求，工程设计取水沙限值为60kg/m3。

延水关枢纽所在河段冬季气候寒冷，从11月下旬至2月下旬的旬平均气温均在零度以下，日平均气温在零度以下的持续时间约90天，极端最低气温-22.5℃。多年统计资料显示冰层厚度约为0.5m～1.0m、且以靠岸流凌为主。

综合以上特点来看，延水关取水口水质富含泥沙、冬季多冰凌等水面漂浮物，因此枢纽取水建筑物型式选择至关重要，合理有效的取水方式将决定投运期取水的可靠性与运行管理的便利性。

2.2取水建筑物型式方案

地表水取水工程［1］中提到：地表取水临河而建的取水构筑物，按构造型式大致可以分为二类：固定式取水构筑物、移动式取水构筑物。根据延水关地形、河势、冰冻等特点，移动式取水构筑物如浮船式、斜拉缆车式取水均受制于冰冻影响、冬季运行可靠性较低、维护困难。固定式取水方式按位置分岸边式、河床式、和斗槽式三种型式，河床式主要适用于河道主流远离取水口的情况，而延水关取水口处河岸主流顶冲靠岸，不存在脱流问题。经对已成临河取水案例多方比较，本工程主要选定岸边式和斗槽式两种取水型式进行方案比较。

图1　黄河延水关平面图

岸边闸式取水布置的典型案例是在距本工程黄河下游约200km处的陕西省合阳县东雷灌区二期抽黄太里湾取水枢纽，工程兴建于上世纪90年代，运行至今已20余年，设计取水流量40m3/s。太里湾抽黄取水枢纽布置型式如图2。

斗槽式取水典型案例是位于黄河上游段，兰州市二水厂在西固区修建的临河取水工程，采用闸门控制进水的双流式斗槽取水方式，设计最大引水流量6.0m3/s，该取水斗槽由原苏联专家20世纪60年代设计援建，运行至今已经50余年，取水口布置型式如图3。

岸边闸式取水垂直于河道主流布置，进水闸后单机单流道引水至泵站吸水池。流道取水口至吸水池段沿进水流向，分别设有叠梁闸、垂直拦污栅、工作闸，吸水池。双向斗槽式取水渠槽按平行于河道岸边布置引流，采用闸门控制上下游双向进流。分上下游进水口、中间泵站进水段。上下进水口依次设有拦污（冰）粗栅及清污门机、垂直拦污栅、进水闸等。

岸边闸式取水口垂直于河道主流直接进水，分沙比大于分流比，更容易引进河道富含底沙水流，且进水流道较长，流道、吸水池内容易形成泥沙淤积无法清理；流道进水口较宽、运行存在浮冰、漂浮物堵塞进水口等问题。据笔者现场调研，东雷抽黄工程太里湾取水口夏季柴草、冬季冰凌、进水口前及流道内泥沙淤积等，多年来一直是困扰工程运行维护的难题。泥沙淤积致使进水闸前河床抬高，闸后泵站进水流道、吸水池、站后几十公里输水干渠严重淤积，多年淤积下来，干渠断面过流能力衰减，清淤工程量大。而冬季冰凌堵塞闸前又严重影响取水量，专设的破冰船等措施导排不及；夏季取水口拦污栅前浮草等漂浮物清理不及致使回转式清污机过载链条拉断。

相比之下，地表水取水工程［1］中提到：双向闸控制引水斗槽取水布置型式更适用于主流靠岸、河道泥沙含量大、冬季冰冻情况严重的黄河河道。根据兰州一水厂的斗槽取水运行经验，双向式斗槽可以采用工程措施和设备措施相结合的方式导排，即夏季汛期泥沙含量大时关闭下游取水斗口，采用上游斗口顺流取表层清水，冬季冰情严重时关闭上游斗口，采用下游斗口取水，起到防沙导冰灵活运行的功效，基本能解决上述问题，工程运行半个世纪以来基本无以上问题影响管理维护。除以上优点外，相比进水闸式取水方式，斗槽还可以通过槽身明渠对天然河道紊乱水流进行整流，确保泵站吸水流态平稳。斗槽布置还可以结合地形条件，将取水斗槽布置在河岸以内，这样斗槽深入河道段较岸边闸式短，施工时仅需在进出口局部设置围堰，相比岸边式取水口，斗槽式施工围堰短、对河道泄洪影响小。

2.3斗槽式具体保障措施

2.3.1泥沙导排措施

采用双向式斗槽取水，在汛期泥沙含量大时，首先可关闭下游斗口闸门，由上游斗口叠梁闸阻拦底层泥沙含量高的水、顺流取表层清水。其次斗槽式引流流道和泵站吸水池分开布置，可利用河道高水位期对槽底淤沙实现定期冲洗。河道低水位期针对斗槽底板淤积泥沙层影响引流量的情况，可通过布设在斗槽槽身边壁及底板的冲砂泵沿槽身分段进行冲砂扰动，使含泥沙水流入泵站吸水池内，在吸水池内形成抽水动态平衡，通过水泵抽排至泥沙处理站沉淀处理后有序排泄。

2.3.2浮冰、漂流物防治措施

图2　太里湾抽黄取水枢纽布置图

图3　兰州市二水厂抽黄取水枢纽布置图

上下游斗槽口面对黄河干流，针对冬季冰凌、夏季浮草等漂浮物影响取水效果等情况，采取的工程保障措施为：首先将斗槽进口段按平行于河道主流布置，确保大的杂物浮冰等无法在取水口前形成有效堆积；其次是在斗口前设置拦污导冰钢排，导冰排两端固定设施设导轨，可使导冰排随河道水位上下移动，将冰凌、浮草等提前拦阻在取水口之前，随河道主流带离取水口。对于进入斗口的细小冰凌、杂物等在斗口进水闸前设置两道拦污栅，一道拦污粗栅，一道拦污细栅。栅前堆积污物通过斗槽顶平台上设置的门机驱动液压抓斗，将斗口拦污栅前杂物提升至清污平台处理。

2.4取水方式确定

通过对上述两种取水方式工程案例在实际运行中运行效果的对比，结合黄河延水关处取水口特点，笔者认为斗槽取水方式的整体方案、具体的防砂导冰保障措施更加完善，更适用于本工程的特点，因此延水关枢纽取水形式确定采用闸门控制、双向进流的斗槽式取水口方案。

3　结语

多泥沙河流上地表取水构筑物方案受自然条件和环境影响较大，其中河流泥沙、冰凌、水面漂浮物等都给取水和净水带来一定的影响，本工程结合现状条件，通过对建筑物型式的方案对比，并对影响斗槽取水能力的水面漂浮物、水下淤积泥沙的导排措施进行充分论证、确定采用双向斗槽式取水方案，目前该工程已进入了建设实施阶段，在工程运行阶段、笔者将密切关注双向斗槽取水型式在黄河干流中下游河段取水的运行效果，为后续同类型取水工程设计提供参考。陕西水利

［1］周金全.地表水取水工程北京.化学工业出版社.2005

（责任编辑：畅妮）

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