浅谈浮船泵站在刘家沟水库向永平镇供水工程中的应用

王 刚，白 超，马光标

（西安景天水利水电勘测设计咨询有限公司,陕西 西安 710014）

水库取水具有水量有保证、水质优良等优势,但采用传统的泵站取水方式,需固定取水口在设计要求的最低水位以下,往往抽取的是库区含砂量较高的底层水,且泵站在运行过程中维修和清理都比较困难,同时泵站在施工过程中对周围地表扰动大,对环境影响也较大。而浮船泵站利用自身优势,有效避免了传统泵站的这些缺点,同时具有制造简单方便,施工周期短,费用低等优点,因此在工程实践中逐渐被广泛使用。

1 工程概况

永寿县永平镇供水工程共涉及永平镇和监军街道办辖区内前进村、嵩店村等10 个行政村,现阶段总人口8242 人,现状水源主要有前进村400 m 机井以及各村的独立供水工程。但近年来,随着永平镇旅游市场的不断开发完善,带动周边经济迅猛发展,居住人口及居民用水量骤然提高,而现状水源工程供水量有限,且随着一些工程的老化、损坏,来水量已严重不能满足居民用水需求,项目区居民吃水困难问题已经凸显。永寿县政府借助农村饮水安全项目的良好形势和为当地居民造福的本质要求,修建了永寿县永平镇集中供水工程,解决了当地饮水安全问题。经现场调查和工程规划设计,本次供水工程由水源工程、输水工程、水厂工程及配水工程四部分组成,供水规模为725 m3/d,属Ⅳ型集中供水工程,取水规模为800 m3/d,折合9.06 L/s。

刘家沟水库建成于1959 年,为Ⅴ等小（2）型水利枢纽工程。刘家沟水库位于永寿县永平镇东山村北边的沟道上,属泾河一级支流太峪河支流拜家河支沟,坝址以上控制流域面积6.1 km2,河道长2.8 km,平均比降42.0‰。刘家沟水库所在流域属黄土高塬沟壑区,北高南低,流域内地表陡峻,沟壑纵横,塬面破碎,植被较差,水土流失严重。刘家沟水库总库容62.54 万m3,兴利库容26.60 万m3,死库容20.95 万m3,校核洪水位1187.50 m,正常蓄水位1184.00 m,死水位1175.50 m。

2 取水建筑物型式比选

本次供水工程的取水流量为800 m3/d,泵站设计流量40 m3/d,水库水位涨落变幅10 m,水位上涨速度小于2 m/h,水库岸坡稳定,水库迎水面坡比为1∶2.1,左岸边坡坡比1∶1.6。针对现状情况,提出了浮船式泵站、缆车式泵站、固定竖井式泵站等3 种建设方案。

（1）浮船式泵站。采用停泊式,浮船尺寸为15.2 m（长）×7.7 m（宽）×1.3 m（深）,配备2 台卧式多级离心泵。单机流量Q=40 m3/h,扬程180 m,功率37 kW。泵船上设置控制室、配电室。

（2）缆车式泵站。设取水泵车1 台,配备2 台单机流量为40 m3/h,扬程180 m,功率37 kW 的多级离心泵水泵。

（3）固定竖井式泵站。圆筒竖井结构采用C25 钢筋混凝土框架式,尺寸为：高12 m,外径5 m,壁厚为0.5 m。配备2 台单机流量为40 m3/h,扬程200 m,功率37 kW 的长轴深井泵。配备2 台手电两用电动葫芦在启闭机房屋面梁上,用于起吊水泵。

从工程建设的施工难度、工程造价,运行的稳定性,管理的方便性,供水的安全性等方面对各方案进行分析比较,方案比选结果见表1。

表2 水泵总扬程计算表 单位：m

3 方案确定

综合比较,浮船泵站在施工难度方面：无需修筑围堰,整体结构简单,施工安全；工程造价方面：造价相对较低；运行的稳定性：能随水位涨落而升降,适应性广,灵活性大,且本工程中浮船泵站对水流流态影响不大；管理的方便程度：能适应河床变迁引起的取水地点变更,水量发生变化时容易改装。经过技术、经济比较,推荐选用浮船式泵站。

4 浮船泵站设计

4.1 泵船设计

浮船泵站主要由岸上支墩、摇臂、浮船、泵站水泵机组设备、输水管等部分组成,根据用户需求浮船上可配备电气控制设备、拦污设施、起吊设施。浮船长15.2 m,宽7.7 m,深1.3 m,吃水深度0.75 m,船主体为CCSA 船舶专用钢板、全电焊、横骨架式结构。右舷正对泵机座下局部增设有加强底座,左舷输水管管座区域甲板下每档均设有强横梁,底部每档均设实肋板,且增设有短纵桁和支柱。所有的外板开口、甲板开口、舱壁开口需有适当大小的圆弧角隅,船底实肋板应开设过水孔和过焊孔。浮船的荷重布置基本对称,靠浮船的右舷布置取水电机水泵,浮船的左舷布置汇流管道及输水管路,浮船在设备静止状态重量基本平衡,在设备运转状态中,可通过压载适当的配重来调节浮坞的稳定性。

4.2 水泵设计

（1）设计流量的确定：

按照本工程需要,水厂规模为800 m3/h,水泵选用抽水量分别为40 m3/h。

（2）设计总扬程的确定：H（设计总扬程）=H1（地形扬程）+H2（管道沿程损失）+H3（最小服务水头）

其中管网沿程损失采用海曾—威廉公式计算。

式中：hy为沿程水头损失,m；L 为计算管段长度,m；Q 为设计流量,m3/s；Ch为海曾-威廉系数,塑料管取140,钢管取120。

沿程阻力系数或谢才系数与水流流态有关,一般只能采用经验公式或半经验公式计算。按照《室外给排水规划》,本次水损计算采用海曾威廉公式计算各管段水损。

局部损失按照沿程损失的10%。

（3）水泵选择

根据特征参数对各处加压站进行水泵选型及配套,经查阅相关水泵样本,水泵选型方案见表3。

表3 水泵选型表

5 结语

结合浮船泵站在永寿县永平镇供水工程中的应用,提出以下结论和建议：

（1）浮船布置基本不受库岸地质条件,利于工程总体置,不仅节省了工程造价,并且缩短了建设周期,同时避开了深埋管线及泵房施工难度大等技术问题。

（2）本工程浮船泵站可以随刘家沟水库水位涨落而自动升降,抽取的是含泥砂量少的上层库水,取水效率较高。

（3）本工程浮船根据各工程实际情况确定具体参数后由工厂标准化制造,在现场拼接。浮船泵站的建设无需围堰施工,具有施工工艺简单、建设周期短的优势。

（4）本工程建设期及后期运行对土地需求较小,对周边环境扰动小等优点。

（5）本工程水位变幅较小,未配备变频设备。建议在水位变幅较大的浮船泵站取水工程中,设置变频设备,以降低能耗。

（6）本工程受用地条件的限制,控制室、配电室均布置在浮船上。建议岸边有用地条件的站址,宜将配电室、控制室等设置在岸边,以降低船体尺寸,提高浮船的灵活性和适应性。