水利工程引黄泵站进水道方案探究

王肖肖，舒立华，刘 鑫

（1.山东省调水工程运行维护中心，山东 济南 250100；2.山东省调水工程运行维护中心博兴管理站，山东 博兴 256500）

0 引言

输水泵站运行是引调水工程运行维护中的重点，引黄泵站运行更是重中之重。本文以打渔张泵站为实例探讨了引黄泵站流道施工过程，用一般的运行方案（5 条进水流道）均难见成效或代价太高。本文探讨并实施了3 条进水流道组合运行方案，有效地解决了引黄泵站运行中的难点，保证了引黄泵站正常运行。

1 工程概况

引黄济青工程是自黄河打渔张引黄闸引水，保证青岛市社会经济可持续发展的大型调水工程。该工程自 1986 年开始建设，1989 年 10 月建成通水，至今运行近30 年，发挥了巨大的经济效益、社会效益和环境效益，为我国长距离跨流域调水工程的建设和管理提供了宝贵经验。引黄济青工程担负着向青岛、潍坊、烟台、威海引江与引黄的任务。引黄济青运行近30 年来暴露出渠首引水困难、工程老化和输水能力不足等问题，急需改扩建，恢复原有的输水能力。

打渔张泵站主要包括:拦污建筑物，进、出水建筑物，泵站主副厂房及生产管理区等。打渔张泵站设计流量36.00 m3/s，校核流量39.6 m3/s，泵站扬程为3.02～6.42 m。共安装 5 台 1700ZLQ9-6 型轴流泵，其中1 台备用，水泵按全调节设计，配电动机功率900 kW,泵站总装机4 500 kW。

2 存在的问题及原因分析

2.1 运行期间存在的问题

运行期间，小流量运行时间较长，运行期间又正值黄河汛期，是一年中含沙量最高的时期，造成进水池泥沙淤积严重；同时运行期间，停泵无法将泵站进口闸前的检修闸门关闭，导致部分流道也出现淤积。

2.2 原因分析

黄河水含沙量高，水流流速过低，达不到泥沙起动流速是造成泵站进水池泥沙淤积的最根本原因。泵站前池不具备设置沉沙池的条件，泵站引水过程中，尤其在泵站进水池内，过流断面增大、水流流速减缓、泥沙沉降形成淤积。

3 模型试验结论

2021 年 6 月，扬州大学电气与能源动力工程学院对引黄济青工程打渔张泵站前池泥沙淤积工程处理方案进行了模型试验，2021 年 7 月，扬州大学电气与能源动力工程学院完成了《引黄济青工程打渔张泵站水力物理模型实验研究报告》。

3.1 特征断面流速断面分布测试

（1）1 台机组运行时配水渠水流平顺，无漩涡和强回流区，流态较好；在设计水位和校核水位下，配水渠向中间1 台机组配水均匀；水面流态平顺，无强漩涡和回流区。

（2）2 台机组运行时，水流在坡降扩散段的外侧形成了局部的低速脱流区，2-2 断面至4-4 断面流速分布不如1 台机组运行时均匀；进水流道进口处（断面1-1）流速分布较均匀，未明显受漩涡影响。

（3）由于设计水位与校核水位水位差较小，在2个水位下测得流速分布规律与现象基本一致；3 个流量工况（设计流量Q=102.45 m3/h、1.2Q、0.8Q）下开启1 台机组的流速分布规律与现象基本一致，2 台机组大流量运行时，在坡降扩散段的外侧形成的低速脱流区比小流量更大。

3.2 泥沙沉降实验研究

（1）试验结果表明，泥沙的起动现象是具有随机性动态过程，起动初期底板产生小附底涡卷起泥沙，随着流速增加，水流开始间歇性冲刷并带走泥沙；当流速很大时，底部产生回流，将泥沙朝反方向冲起，此时水流开始变浑浊，泥沙几乎全被裹挟冲走。

（2）不同工况和开机组合的泥沙起动试验表明，打渔张泵站泥沙起动的水流平均流速约为0.15 m/s。

依据以上模型试验结论，打渔张泵站前池及进水池增设隔墩后，水流平顺，无明显不良流态；根据模型试验结果可知，泥沙起动流速为0.15 m/s,增设隔墩后，流道内水流流速均大于0.15 m/s，有利于减少泥沙淤积。

4 工程方案与比选

在运行期间，由于引水流量较设计工况小，达不到设计运用工况，水流在进水池扩散，导致进水池内水流流速过缓，流速低于泥沙不淤积流速，同时由于黄河水含沙量较大，引起进水池内泥沙淤积。在泵站前设置沉沙池可有效沉积黄河水泥沙，设置沉沙池也是目前解决泥沙淤积问题的最经济有效的方法。但根据引黄济青工程总体布置，打渔张泵站上游距离取水口位置太近，无设置沉沙池，因此考虑通过增大进水池水流流速的方式来缓解泥沙在进水池中的淤积。在小流量、单台泵运行情况下，为提高进水池内水流流速，在泵站进水池增加隔墩，将进水池划分为单独的过流通道，结合泵站进口闸的控制运用，实现单孔开启、单通道过流、单泵运行，增大小流量引水情况下的流速， 缓解泥沙淤泥。另外改造清污闸，配备2 套150QJ20-54-5.5 kW 高压喷水清淤设备，用于机组开机运行前的冲沙清淤等。现初步拟定以下2 个方案进行比选。

4.1 五条进水道方案（方案一）

泵站进水池新增 4 道隔墩，共分为5 条进水道，对应5 台水泵。水道前增设控制闸室，5 道控制闸对应5 条进水道，控制闸设启闭设备，具体布置详见图1。隔墙顶部设联系梁，隔墩首端与控制闸中墩衔接，末端与泵站工作桥中墩衔接。

图1 5 条进水道平面布置图

4.2 三条进水道方案（方案二）

泵站进水池新增 2 道隔墩，共分为3 条进水道，边机组 2 台泵共用1 条进水道，中间机组1 台泵1条进水道，具体布置详见图2。,进水道型式采用U型槽，U 型槽顶部设联系梁，隔墩首端与泵站进口闸中墩衔接，末端与泵站工作桥中墩衔接。

图2 3 条进水道平面布置图

4.3 方案比选结论

经过表1 方案比较，拟选用土建工程量少，投资省的方案2，即3 条水道方案。

5 运行中为减少淤积采取措施

5.1 组合流道开机法

打渔张泵站机组是4 用1 备单机流量为9 m3/s，运行中3 条进水道采用2+1+2 组合法。根据调度指令需引9 m3/s，运行3 号机组；引水为18 m3/s时，运行1、2 号（共用一个流道）2 台机组运行或4、5 号（共用一个流道）2 台机组；引水27 m3/s；运行3台机组开1、2、3 号或3、4、5 号；引水36 m3/s，运行4台机组开1、2、4、5 号。

5.2 增加流速，减少淤积

严格控制运行水位，根据调度指令控制进水闸门的高度，使进水渠道的水位在10.55 m，进水道水位控制在10.3 m，由于水位低，在水泵的吸力作用下，加快水的流速，减少淤积。

6 结语

由于本泵站运行工程受含沙量大黄河水的影响，为减少进水池淤积，不能采用常规的运行方法，为此经多方探讨、研究，确定了3 流道运行方案。在施工过程中科学组织、精细分工，经过各施工班组的密切配合，高效完成高流道改造工程，运行效果良好，达到了预期目的，从而保证了工程整体目标的顺利实现。

参考文献：

[1] 陆林广．泵站进水流道设计理论的新进展[J]．河海大学学报（自然科学版），2001（1）：40-45．

[2] 扬州大学电气与能源动力工程学院．引黄济青工程打渔张泵站水力物理模型实验研究报告[R] ，2021．