南水北调东线工程输入湖至苏鲁段输运管道的选择

南水北调东线工程输入湖至苏鲁段输运管道的选择

1限制洪水外移,内移加水南移工程是解决中国北方水资源严重短缺问题的重要战略举措。从20世纪50年代开始，经过半个多世纪的研究，确定了从长江下游、中部和东部流向北方的三条引水线路，长江、淮河、黄河和淮河构成了“四横三纵”的共同格局。东线工程从江苏省扬州附近的长江下游干流取水,基本沿京杭运河向北送水,给黄淮海平原东部和山东半岛补充水源。第一期工程首先调水到山东半岛和鲁北地区,供水目标是补充沿线城市的生活、工业和环境用水,并适当兼顾农业和其它用水。南水北调东线第一期工程输水线路以黄河为脊背,分别向南、北倾斜,从长江至东平湖输水主干线长约617km。由于穿黄河处水位高于长江水位约40m,为此在东平湖以南的输水线路上共设34座泵站,分13个梯级抽调江水向北输送入东平湖。其中利用江苏省江水北调工程现有6处13座泵站,新建21座泵站。出东平湖后分两路输水,一路向北穿黄河后经小运河接七一、六五河自流到德州大屯水库;另一路向东开挖胶东输水干线西段河道,输水至引黄济青干渠,再经山东省规划建设的胶东地区引黄调水工程送水至威海市米山水库,工程分三期实施。2项目任务和规模2.1设计规模、水质、水量根据水利部淮委、海委的《南水北调东线工程规划(2001年修订)》,南水北调东线工程的基本任务是从长江下游取水,主要为黄淮海平原东部和山东半岛补充水源,与引黄工程和南水北调中线工程一起共同解决华北地区水资源短缺问题,实现黄淮海地区水资源的合理配置。第一期工程利用江苏省江水北调工程扩大规模,向北延伸,供水范围是苏北、皖东北、鲁西南、鲁北和山东半岛。规划一期抽调江水规模500m3/s,入南四湖下级湖200m3/s,出南四湖上级湖100m3/s,过黄河50m3/s,送山东半岛50m3/s;二期抽江600m3/s、过黄河100m3/s、到天津50m3/s、送山东半岛50m3/s;三期抽江800m3/s、过黄河200m3/s、到天津100m3/s、送山东半岛90m3/s。从长江至东平湖设计总水头差40.0m,沿线设13个梯级、共34座泵站抽水入东平湖,其中利用江苏省江水北调工程现有6处13座泵站,初定新建21座泵站。总装机160台,总装机容量36.46万kW,总装机流量4444.2m3/s,其中利用现有泵站装机台数65台、装机容量13.105万kW、装机流量1468m3/s,新建泵站装机台数95台、装机容量23.354万kW、装机流量2976.2m3/s。所有新建泵站均为一等工程,各泵站设计参数分别见表1和表2。2.2按水泵集输方案,建议可根据党内南水北调东线工程沿途多为淮河流域的湖、荡、低洼地区,洪涝矛盾突出,内涝问题严重,一直没有很好解决,为充分发挥南水北调泵站的作用,利用有条件的泵站在不影响调水的前提下,结合排涝,改善地方的排涝条件。再者由于南水北调抬高了河(湖)蓄水位,对原有排涝系统造成不利影响,可利用南水北调泵站结合排涝,消除影响。根据南水北调工程建设的的重要性和紧迫性,依照东线工程的基本任务,初拟东线第一期工程泵站结合地方排涝的原则是:①不改变泵站调水运行工况,不加大扬程和流量(加固泵站除外),不增加装机规模;②不过多建设配套建筑物,导致泵站工程总体布置复杂化,增加工程投资和调水成本;③因南水北调工程对相应排涝系统造成不利影响的工程,应予以处理和补偿。3水泵国家水泵排放南水北调东线第一期工程输水线路以黄河为脊背,分别向南、北倾斜,穿黄河处水位高于长江水位约40m,因此根据地形条件,东线工程的输水方式东平湖以南需建泵站逐级提水北送,从东平湖向鲁北和胶东可采用自流输水。泵站梯级的设置,主要根据地形条件和各级湖泊水位差确定。从长江至东平湖输水主干线长约617km,地形平缓,地面坡降1/8000～1/10000。沿线利用洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖4个调蓄湖泊,湖泊与湖泊之间形成4大段输水工程,长江潮位和各湖泊蓄水位是泵站梯级布置的控制性水位。长江与洪泽湖以及其它湖泊之间的水位差大约都在10m左右,泵站提水的总扬程并不高,但由于沿线地势平坦,有的河段位于湖泊河网地区,为不致造成输水河道的高填方和深挖方,或造成高水位河段的涝渍影响,宜采用低扬程多级泵站输水,分级控制河道水位。根据东线现状情况,分两段叙述泵站梯级布置问题。3.1方案一:河道和灌溉、灌溉系统已完善该段主要利用京杭大运河输水,调水工程的布置既利用现有航运梯级,又不能影响现有通航条件。建国以来,经几十年的规划和逐步建设,京杭运河从扬州至济宁已建成10个航运梯级,里运河、中运河、不牢河已基本达二级航道标准,韩庄运河和南四湖东线航道已达三级航道标准,以上河段已全部渠化,并大部分建有复线船闸。江苏省江水北调工程从长江至徐州也建成9级抽水泵站。经多年运用和配套建设,与各梯级水位相适应,沿线已形成较为完善的灌溉、排涝系统。轻易改变目前已形成的格局,会对灌溉、排涝、防洪和航运等造成影响。因此,南水北调东线工程从长江至南四湖上级湖设置10个泵站梯级。3.2建设河段水岸景观南四湖与东平湖段设计水位差7.5m(梁济运河口为32.8m,东平湖为40.3m),河道长度80.17km,其中梁济运河57.89km,柳长河22.28km。1976年《南水北调近期工程规划》和1983年《南水北调东线第一期工程可行性研究报告》该段设置济宁、长沟、邓楼、八里湾4个梯级,后因交通部要求,1984年《南水北调东线第一期工程设计任务书》及以后的历次规划均采用3个梯级,即长沟、邓楼、八里湾。该河段位于黄泛冲积平原,土层岩性主要为砂性土,局部有淤泥质壤土,存在边坡稳定和渗漏问题。梁济运河经过地区的地势低洼,易涝易碱,另外,该段提高水面坡降或加大深挖断面都有较大难度,不宜减少梯级因此,该段设3个梯级。综上所述,东平湖以南共设13个调水梯级,南四湖以南为双线输水,共设泵站枢纽22处(一条河上的每一梯级泵站,不论其座数多少均作为一处),各枢纽设置如下:长江至洪泽湖设3个梯级,即第1级的江都站、宝应站,第2级的淮安站、金湖站,第3级的淮阴站、洪泽站;洪泽湖至骆马湖设3个梯级,即第4级的泗阳站、泗洪站,第5级的刘老涧站、睢宁站,第6级的皂河站、邳州站;骆马湖至南四湖设3个梯级,即第7级的台儿庄站、刘山站,第8级的万年闸站、解台站,第9级有韩庄站、蔺家坝站;南四湖下级至上级湖设1个梯级,即第10级的二级坝站;南四湖至东平湖设3个梯级,即第11级的长沟站,第12级的邓楼站,第13级的八里湾站。4总体布局及建筑目标南水北调东线工程站址选址及总体布置原则为:①按照南水北调东线工程总体规划原则,充分利用现有河道、湖泊调蓄和输水;②在一期工程泵站布置的同时考虑二期(或三期)泵站的总体布局;③所有泵站均以调水为主,适当结合地方排涝;④尽量减少对已有工程的影响和移民拆迁数量,节约工程投资;⑤便于工程总体布置,方便施工及运行管理;⑥总体布置应兼顾防洪、除涝、航运等各方面因素。5站站建筑设计5.1项目总结5.1.1为发挥了程序水平双边站作用江苏省江水北调工程始建于20世纪60年代,现有泵站是在四十多年中陆续建成的,大体分为两类:一类是设备比较完善的正规泵站,有江都、淮安、淮阴、泗阳、刘老涧、皂河、刘山、解台、睢宁等泵站,南水北调东线工程规划中考虑继续发挥这些站的调水作用。另一类是为抗旱灌溉或除涝而突击修建的临时性泵站或者设备简陋规模较小的泵站,如石港、蒋坝、高良涧越闸、沿湖等泵站,不宜用于南水北调工程。在拟利用的现有泵站中,除1993年以后兴建的淮安三站、淮阴二站、泗阳二站、刘老涧一站、睢宁一站设备较新外,其余泵站由于多年运行,程度不同地存在设备老化、运行效率低等问题。近几年江苏省曾对江都一、二站、淮安一站进行了改造。经过比较论证,南水北调一期工程拟对江都三、四站、淮安二站、皂河一站进行更新改造,废弃刘山一站、解台一站和泗阳一站,重建新站。5.1.2多站点建设及工程根据各泵站枢纽设计规模和利用现有泵站的装机情况确定新建泵站的设计规模,并且考虑一定的备用机组。截至2004年6月,江都站、宝应站、淮安四站、淮阴三站、刘山站、解台站、万年闸站、韩庄站、二级坝站、长沟站、邓楼站、台儿庄站、蔺家坝站、八里湾站等14项泵站单项工程可研或初步设计已通过水利部审查,宝应站于2002年12月开工建设,其它所有泵站工程均已完成项目建议书设计。5.2泵类型选择5.2.1按水泵扬程最低的工况运行①广泛收集适合各泵站特点的泵型资料,在选用新的水力模型时,力争达到同行业领先水平;②机组设备先进、技术成熟,运行安全可靠,正常运行与大修间隔时间尽可能长,装置效率高,且有较好的抗气蚀性能;③以调水工况为基准,考虑机组特性,在泵站调水平均扬程时,水泵运行在最高效率区;在调水设计扬程时,满足泵站设计流量;在调水最高与最低扬程时,水泵能安全、稳定运行;④机组安装、检修方便,便于维护和管理。5.2.2项目三站钻机情况根据南水北调总体规划和各泵站的扬程大小,在项目建议书阶段新建的21座泵站中,有10座采用立式轴流泵,2座采用立式混流泵,9座采用灯泡贯流泵,各站的装机情况详见表2。5.3这个加油站的能源消耗是很自然的5.3.1电源设置要求南水北调东线第一期工程泵站负荷等级均为二级,各泵站首先考虑采用双电源供电,并优先从两个相互独立的电源点接引电源,若第一期工程接引双电源确有困难而不得不采用单电源供电时,在选择电源点时均结合东线二期工程规划及电网实际情况进行了论证。需改造加固的泵站首先考虑充分利用其原有电源线路,需改造原电源线路或改变电源点位置,新建电源线路时,均进行了充分比较论证。泵站两回电源线路一般采用同电压等级供电,当一回电源线中断供电时,另一回电源线应能满足全部二级负荷需要。5.3.2主连接线和主连接线主变压器高压侧110kV供电的泵站主变压器高压侧一般采用桥式接线或单母线分段接线,或暂用线路--变压器组接线及单母线接线,待二期再过渡为上述两种接线方式;35kV供电的泵站主变压器高压侧一般采用单母线分段接线或单母线接线。对一、二期工程位置相近的新建泵站,现阶段主变压器高压侧主接线设计充分考虑一、二期泵站共用一座变电所的可能。对一期工程中的改造泵站,其主变压器高压侧主接线设计一般结合泵站原有变电所的现状进行。对一期既有改造泵站,又有新建泵站的枢纽工程,其主变压器高压侧电气主接线设计一般与改造泵站的变电所现状相结合,尽量合用一座变电所。线或单线条分段接为保证调水连续性,泵站主变压器低压侧接线一般采用单母线或单母线分段接线。对一、二期工程位置相距较近的泵站,其主变压器低压侧电动机母线一般考虑两回联络线或预留其位置。对泵站枢纽工程,在技术合理的前提下泵站间增设联络线。5.4单站主要设备的设置南水北调东线第一期工程是一项跨流域大型调水工程,其金属结构主要包括进水池控制闸工作闸门、检修门、泵站进出水流道检修门、快速工作门、事故备用门、防洪闸工作门、拦污栅及相配套的启闭设备和清污设备等。金属结构设计的一般原则如下:①金属结构设计应满足工程布置设备运行要求,并符合相应的标准和规程、规范。②进水池控制闸、防洪闸工作闸门采用平面钢闸门或弧形钢闸门,启闭设备一般选用液压启闭机或固定卷扬式启闭机。检修门采用平面钢闸门或叠梁门,一般采用移动式启闭机或汽车吊。出水流道快速工作门、事故备用门采用平面钢闸门(必要时快速工作上可设小拍门),启闭设备一般采用液压启闭机。③泵站防洪闸一般不设检修门,特殊情况或切实需要可设检修门。④清污设备:清污机有固定格栅式清污机、回转式清污机和移动格栅式清污机等,一般根据来水河道的污物种类、污物量等,结合本地区已建工程的使用经验和泵站建筑物本身的布置要求选用清污机设备。⑤拦污设备:东线一期工程的输水河道、调蓄工程大都利用现有河道和湖泊,为保证泵站工程的正常运用,一般设置两道拦污及清污设备,根据泵站的运用特点,第一道为机械清(拦)污设备;第二道设固定拦污栅。拦污栅结构设计在满足强度、布置及运用等要求的情况下,应尽量减小过栅的水头损失。利用站身挡洪的泵站,在进水渠道上设清污机桥,清污机桥上布置第一道清(拦)设备,第二道拦污栅布置在进水流道进口;在泵站上、下游设挡洪闸的泵站中,第一道机械清(