武灣泵站工程建設(shè)方案
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摘要：北汝河是許昌市重要的飲用備用水源，依靠北汝河大陳閘攔蓄北汝河水抬高水位，靠自流經(jīng)武灣渠首閘入口進(jìn)入潁汝總干渠至市區(qū)。北汝河為季節(jié)性河道，年季徑流變化大，特別是在干旱年份，由于渠首閘底板高程高，即使大陳閘攔蓄的部分水量靠自流已不能滿(mǎn)足市區(qū)某一時(shí)段的供水需求，為解決這一突出矛盾，利用原武灣渠首閘左岸已經(jīng)廢棄多年的船閘位置建提水泵站，同時(shí)利用灌區(qū)現(xiàn)有的骨干工程管理設(shè)施，以達(dá)到向市區(qū)供水的目的。
關(guān)鍵詞：灌區(qū)；渠首泵站；建設(shè)方案
1工程概況
潁汝灌區(qū)是河南省大型灌區(qū)之一，也是許昌市最大的自流灌區(qū)，設(shè)計(jì)灌溉面積2.50萬(wàn)hm2，有效灌溉面積1.47萬(wàn)hm2，灌區(qū)始建于20世紀(jì)70年代，自開(kāi)灌以來(lái)，依靠北汝河大陳閘攔蓄北汝河水，潁河化行閘攔蓄潁河水經(jīng)潁汝總干渠及以下支渠為區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)提供灌溉用水，為灌區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。自1990年以后，隨著許昌市城市的發(fā)展，市區(qū)水量需求增加，僅靠開(kāi)采地下水已不能滿(mǎn)足城市發(fā)展的需求，缺水成為制約許昌市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的瓶頸、短板，再加上市區(qū)地下水開(kāi)采漏斗區(qū)的不斷擴(kuò)大，潁汝灌區(qū)向市區(qū)供水的任務(wù)一年比一年重要，1996年，北汝河被省政府劃為許昌市地表水飲用水源地。北汝河大陳攔河閘位于北汝河中下游襄城縣茨溝鄉(xiāng)大陳村，設(shè)計(jì)蓄水位79.50m，閘底板高程71.50m，閘前水位深8m，閘前庫(kù)容為1380萬(wàn)m3,設(shè)計(jì)流量為3700m/s，依靠大陳閘的攔蓄，經(jīng)武灣渠首閘入潁汝總干渠，靠自流到許昌市區(qū)，武灣閘是潁汝總干渠上一座重要輸水建筑物，位于北汝河左岸茨溝鄉(xiāng)武灣村，始建于1968年，共5孔，帶胸墻式常規(guī)閘，設(shè)計(jì)流量45m/s，閘底板高程75.30m，緊靠閘的左側(cè)有一船閘（自建成以來(lái)從未使用）。
2工程建設(shè)的必要性
北汝河水量充沛，河水天然徑流主要來(lái)自大氣降水補(bǔ)給，受降雨年內(nèi)分配影響，河道天然徑流量汛期集中，季節(jié)變化大，極值內(nèi)徑流量相差懸殊等特點(diǎn)，扣除北汝河上游灌溉等用水量以后，北汝河襄城水文站多年平均徑流量8.94億m3，近幾年來(lái)，每逢冬春之際，許昌市經(jīng)常遭受旱災(zāi)，以往的做法是在了解天氣情況確定未來(lái)一段時(shí)間北汝河上游無(wú)有效降水情況下，適時(shí)提出境外調(diào)水報(bào)告，逐級(jí)上報(bào)批復(fù)后，從昭平臺(tái)水庫(kù)調(diào)水到干渠送至周莊水廠，以解決市區(qū)燃眉之急，但是境外調(diào)水損失大，水價(jià)高，不是長(zhǎng)久之計(jì)，從昭平臺(tái)調(diào)水存在不利因素：路途遠(yuǎn)，損耗大，從昭平臺(tái)水庫(kù)調(diào)水到許昌，沿途經(jīng)過(guò)魯山、寶豐、郟縣等進(jìn)入大陳閘庫(kù)區(qū)，沿途損耗嚴(yán)重，如調(diào)水1000萬(wàn)m3，入大陳閘庫(kù)區(qū)只有400萬(wàn)m3；成本高，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，水資源做為生產(chǎn)要素，調(diào)水難，昭平臺(tái)水庫(kù)在枯水季節(jié)庫(kù)容5.13億m3，除保證平頂山、魯山、葉縣等周邊縣市灌溉、生活、生產(chǎn)用水外，剩余水量不多，且北汝河大陳閘上游攔河建筑物的不斷增加，即使從昭平臺(tái)水庫(kù)調(diào)出水，沿途經(jīng)過(guò)道道攔河建筑物“把關(guān)”，水量將會(huì)損失更大，到大陳閘庫(kù)區(qū)甚至更少，在枯水季節(jié)，很難滿(mǎn)足市區(qū)供水需求。為有效緩解這一用水供需矛盾，從近期看，南水北調(diào)供水緩解了這一用水矛盾的問(wèn)題，但南水北調(diào)水主要是用于居民生活用水，且供水有一定的保證率;從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，北汝河庫(kù)區(qū)水源是居民生活用水應(yīng)急備用水源，市區(qū)河湖水系的主要水源，建設(shè)潁汝干渠渠首武灣泵站，是枯水期充分合理利用北汝河現(xiàn)有水資源向市區(qū)不間斷供水的最有效途徑。經(jīng)多年枯水期間測(cè)量數(shù)據(jù)顯示，在大陳閘閘前水位77.30m時(shí)，從武灣閘引水經(jīng)干渠至市區(qū)供水已不能實(shí)現(xiàn)，理論上講，此時(shí)武灣閘前似有2m水深，還能夠向市區(qū)供水，但由于潁汝渠從渠首至市區(qū)45km長(zhǎng)，河道坡降1/400000，加上水流損失，流速小，無(wú)法滿(mǎn)足供用的目的，此時(shí)大陳閘庫(kù)區(qū)尚有1000.50萬(wàn)m3水量，為充分合理利用大陳閘庫(kù)區(qū)水量，在潁汝干渠渠首建設(shè)泵站十分必要。
3工程設(shè)計(jì)
3.1設(shè)計(jì)流量
市區(qū)環(huán)境用水量10萬(wàn)t，電廠用水量5萬(wàn)t，其它工業(yè)用水量為5萬(wàn)t，合計(jì)市區(qū)日供水量為20萬(wàn)t。供水流量：Q=200000÷24÷3600=2.31m3/s考慮沿途農(nóng)業(yè)灌溉用水和沿程損失等因素，初步確定引水流量為2.50m3/s,日供水可達(dá)21萬(wàn)m3，按一個(gè)月計(jì)算，可向市區(qū)調(diào)水630萬(wàn)m3，能夠有效緩解市區(qū)供水需求。同時(shí)利用武灣閘現(xiàn)有的管理設(shè)施，降低泵站運(yùn)行管理費(fèi)用，選擇3臺(tái)機(jī)組，每臺(tái)1.25m3/s,2臺(tái)同時(shí)工作，1臺(tái)備用。
3.2進(jìn)水池和廠房
泵站進(jìn)水池的型式和尺寸應(yīng)滿(mǎn)足水泵吸水性能好，機(jī)組運(yùn)行安全，維修方便和工程造價(jià)低，泵站廠房位于進(jìn)水池上方，河水經(jīng)引水渠前池后進(jìn)入進(jìn)水池，進(jìn)水池分3個(gè)泵池，根據(jù)選用水泵尺寸，進(jìn)口直徑0.90m，池墩距水泵距離根據(jù)要求取1m，池墩厚度為0.80m，采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池前設(shè)攔污柵和檢修閘門(mén)。廠房分兩層，長(zhǎng)11.90m，寬5.50m，底層為水泵工作層，底高程為78m，高5.94m，上層為控制層，底層高程為83.94m，高3.30m。
3.3出水池
水泵出水口高程定為79m，由于泵站設(shè)計(jì)流量2.50m3/s,相對(duì)于渠首閘設(shè)計(jì)流量45m/s較小，沖刷能力很小，出水池可不單獨(dú)設(shè)置，泵站的出水口布置在渠首閘消力池內(nèi)。
4特征水位及水泵揚(yáng)程確定
4.1泵站特征水位及水泵揚(yáng)程確定
渠首上游水位到77.30m時(shí)，由于供水水頭差較低，干渠內(nèi)流速極小，已不能滿(mǎn)足市區(qū)供水需求，因此確定上游水位到77.30m時(shí)，開(kāi)始啟動(dòng)泵站抽水，渠首渠底高程為74m，考慮泥沙因素，確定最低運(yùn)行水位74.50m。當(dāng)水位到設(shè)計(jì)運(yùn)行水位77.30m時(shí)，閘上游水位77.22m，由于泵站直接將水抽至下游即可，出水口高程根據(jù)泵房形式及泵型綜合考慮確定79m，則泵站的特征水位為：上游：設(shè)計(jì)運(yùn)行水位77.30m，最低運(yùn)行水位74.50m下游：出水口高程79m，設(shè)計(jì)上游水位77.22m水泵裝置揚(yáng)程損失初步估算為0.70m，則水泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程，最大揚(yáng)程分別為：H設(shè)計(jì)=79.00-77.30+0.70=2.40mH最大=79.00-74.50+0.70=5.20m
4.2水泵選型
水泵選擇的合理，不僅能減少工程的投資，而且能減少泵站運(yùn)行的消耗，降低提水成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，因此選擇水泵是非常重要的工作，必須根據(jù)泵站的任務(wù)，自然條件和運(yùn)行要求，經(jīng)過(guò)方案比較確定。水泵選型的原則及所選泵型必須同時(shí)滿(mǎn)足如下要求：①必須根據(jù)生產(chǎn)的需要滿(mǎn)足流量和揚(yáng)程的要求；②水泵應(yīng)在高效范圍內(nèi)運(yùn)行；③水泵在長(zhǎng)期運(yùn)行當(dāng)中，泵站效率較高，能耗少，運(yùn)行費(fèi)用低。
5結(jié)語(yǔ)
潁汝灌區(qū)始建與二十世紀(jì)六七十年代，灌區(qū)原設(shè)計(jì)的功能主要定位于區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水，隨著許昌市城市的發(fā)展，特別是近幾年來(lái)，許昌市實(shí)施三大水利工程項(xiàng)目，創(chuàng)建全國(guó)水生態(tài)文明城市，灌區(qū)向市區(qū)供水的任務(wù)日益繁重，新建泵站同時(shí)利用灌區(qū)現(xiàn)有的骨干工程、管理設(shè)施，能夠很大的提升城市供水保證程度，特別是每年冬春旱季枯水季節(jié)，可有效緩解城市供水矛盾，小的投資，常年受益。
作者：陳紅曉 鄭軍 賈會(huì)民 單位：許昌市潁汝灌溉管理局