武灣泵站工程建設方案
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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，靠自流經武灣渠首閘入口進入潁汝總干渠至市區。北汝河為季節性河道，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足市區某一時段的供水需求，為解決這一突出矛盾，利用原武灣渠首閘左岸已經廢棄多年的船閘位置建提水泵站，同時利用灌區現有的骨干工程管理設施，以達到向市區供水的目的。
關鍵詞：灌區；渠首泵站；建設方案
1工程概況
潁汝灌區是河南省大型灌區之一，也是許昌市最大的自流灌區，設計灌溉面積2.50萬hm2，有效灌溉面積1.47萬hm2，灌區始建于20世紀70年代，自開灌以來，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潁汝總干渠及以下支渠為區內農業提供灌溉用水，為灌區內農業經濟的發展做出了貢獻。自1990年以后，隨著許昌市城市的發展，市區水量需求增加，僅靠開采地下水已不能滿足城市發展的需求，缺水成為制約許昌市經濟社會發展的瓶頸、短板，再加上市區地下水開采漏斗區的不斷擴大，潁汝灌區向市區供水的任務一年比一年重要，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大陳村，設計蓄水位79.50m，閘底板高程71.50m，閘前水位深8m，閘前庫容為1380萬m3,設計流量為3700m/s，依靠大陳閘的攔蓄，經武灣渠首閘入潁汝總干渠，靠自流到許昌市區，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武灣村，始建于1968年，共5孔，帶胸墻式常規閘，設計流量45m/s，閘底板高程75.30m，緊靠閘的左側有一船閘（自建成以來從未使用）。
2工程建設的必要性
北汝河水量充沛，河水天然徑流主要來自大氣降水補給，受降雨年內分配影響，河道天然徑流量汛期集中，季節變化大，極值內徑流量相差懸殊等特點，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，每逢冬春之際，許昌市經常遭受旱災，以往的做法是在了解天氣情況確定未來一段時間北汝河上游無有效降水情況下，適時提出境外調水報告，逐級上報批復后，從昭平臺水庫調水到干渠送至周莊水廠，以解決市區燃眉之急，但是境外調水損失大，水價高，不是長久之計，從昭平臺調水存在不利因素：路途遠，損耗大，從昭平臺水庫調水到許昌，沿途經過魯山、寶豐、郟縣等進入大陳閘庫區，沿途損耗嚴重，如調水1000萬m3，入大陳閘庫區只有400萬m3；成本高，隨著經濟社會的發展，水資源做為生產要素，調水難，昭平臺水庫在枯水季節庫容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，即使從昭平臺水庫調出水，沿途經過道道攔河建筑物“把關”，水量將會損失更大，到大陳閘庫區甚至更少，在枯水季節，很難滿足市區供水需求。為有效緩解這一用水供需矛盾，從近期看，南水北調供水緩解了這一用水矛盾的問題，但南水北調水主要是用于居民生活用水，且供水有一定的保證率;從長遠看，北汝河庫區水源是居民生活用水應急備用水源，市區河湖水系的主要水源，建設潁汝干渠渠首武灣泵站，是枯水期充分合理利用北汝河現有水資源向市區不間斷供水的最有效途徑。經多年枯水期間測量數據顯示，在大陳閘閘前水位77.30m時，從武灣閘引水經干渠至市區供水已不能實現，理論上講，此時武灣閘前似有2m水深，還能夠向市區供水，但由于潁汝渠從渠首至市區45km長，河道坡降1/400000，加上水流損失，流速小，無法滿足供用的目的，此時大陳閘庫區尚有1000.50萬m3水量，為充分合理利用大陳閘庫區水量，在潁汝干渠渠首建設泵站十分必要。
3工程設計
3.1設計流量
市區環境用水量10萬t，電廠用水量5萬t，其它工業用水量為5萬t，合計市區日供水量為20萬t。供水流量：Q=200000÷24÷3600=2.31m3/s考慮沿途農業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21萬m3，按一個月計算，可向市區調水630萬m3，能夠有效緩解市區供水需求。同時利用武灣閘現有的管理設施，降低泵站運行管理費用，選擇3臺機組，每臺1.25m3/s,2臺同時工作，1臺備用。
3.2進水池和廠房
泵站進水池的型式和尺寸應滿足水泵吸水性能好，機組運行安全，維修方便和工程造價低，泵站廠房位于進水池上方，河水經引水渠前池后進入進水池，進水池分3個泵池，根據選用水泵尺寸，進口直徑0.90m，池墩距水泵距離根據要求取1m，池墩厚度為0.80m，采用C25鋼筋混凝土結構，池前設攔污柵和檢修閘門。廠房分兩層，長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，由于泵站設計流量2.50m3/s,相對于渠首閘設計流量45m/s較小，沖刷能力很小，出水池可不單獨設置，泵站的出水口布置在渠首閘消力池內。
4特征水位及水泵揚程確定
4.1泵站特征水位及水泵揚程確定
渠首上游水位到77.30m時，由于供水水頭差較低，干渠內流速極小，已不能滿足市區供水需求，因此確定上游水位到77.30m時，開始啟動泵站抽水，渠首渠底高程為74m，考慮泥沙因素，確定最低運行水位74.50m。當水位到設計運行水位77.30m時，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：設計運行水位77.30m，最低運行水位74.50m下游：出水口高程79m，設計上游水位77.22m水泵裝置揚程損失初步估算為0.70m，則水泵設計揚程，最大揚程分別為：H設計=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，而且能減少泵站運行的消耗，降低提水成本，提高經濟效益，因此選擇水泵是非常重要的工作，必須根據泵站的任務，自然條件和運行要求，經過方案比較確定。水泵選型的原則及所選泵型必須同時滿足如下要求：①必須根據生產的需要滿足流量和揚程的要求；②水泵應在高效范圍內運行；③水泵在長期運行當中，泵站效率較高，能耗少，運行費用低。
5結語
潁汝灌區始建與二十世紀六七十年代，灌區原設計的功能主要定位于區內農業生產用水，隨著許昌市城市的發展，特別是近幾年來，許昌市實施三大水利工程項目，創建全國水生態文明城市，灌區向市區供水的任務日益繁重，新建泵站同時利用灌區現有的骨干工程、管理設施，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，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 賈會民 單位：許昌市潁汝灌溉管理局