［摘要］根据延安黄河引水工程取水断面的水沙关系和特征，研究工程规划设计阶段采用削峰填谷的调节计算方案的合理性，以及利用源水含沙低峰时段(p＜15kg/m3)完成抽水充库工作的可行性。分析认为采用此方案技术上安全可靠，经济合理可降低供水工程建设费用和水价，有利于工程运行的良性循环。
［关键词］黄河引水;水沙分析;取水方案
延安市是一个资源性缺水地区，人均占有水资源量仅463m3，为全省人均水资源占有量的35%，全国人均水资源占有量的21%，属于陕西省严重的缺水地区。为解决当地水资源短缺问题，制定了从黄河和清涧河联合引水的战略水源方案，以解决延安市及周边区县的长期供水水源问题。然而黄河为世界著名的多泥沙河流，合理确定取水方案是成为该工程的关键。
1工程取水方案
经过前期的初步选线选址，可行性分析论证，初步选定在延川县延水关镇王家渠附近取水，经沉淀简单处理后，经加压输送至各个受水区水厂进行二次处理后配送至用户。为提高供水保证率，在取水口附近设调蓄水库。因此，工程取水方案由取水泵站、泥沙预处理站、调蓄水库以及提水设施等部分组成。
2工程设计的合理性分析
2．1取水方式合理性
首先设计选定的工程取水口位置选择黄河中游晋陕峡谷段五个“S”型大转弯的延水湾断面该段河道经长期的蛇曲河势演变后水流上提下挫，河道主槽靠近右岸，并在右岸形成弯道凹岸，且河流下切超过了老河谷谷底而达到并出露基岩，站址水文地质条件良好;从选址上尽可能避免了泥沙淤积和脱流问题。其次，取水泵站采用合建式岸边取水泵站，进水口设计采用斗槽式双向进水廊道，既解决了大体积漂浮物和流凌对取水口的淤堵问题，又能形成良好水利条件，确保斗槽冲沙拉沙问题。
2．2泥沙预处理工艺
黄河为多泥沙河流，原水具有汛期高温高浊和冬季低温低浊的双重特征。工程抽水沙限为60kg/m3，即当每方水的泥沙含量低于60kg时，取水泵站正常工作，将水抽送至泥沙处理站进行处理，否则抽水泵站停止运行。针对泥沙含量低于量低于60kg的黄河水来说，目前可供选择的处理构筑物主要有辐流式预沉池、平流式预沉池、水旋澄清池等。结合工程任务规模、取水口现状地形地质条件、受水区用水水质要求等因素，经综合分析比较，本次设计处理的高浊度水沉淀(澄清)处理流程的选择和一般水源不同，不但要考虑原水含沙量的特点，还要考虑其他复杂因素。综上所述，考虑到该水源洪峰含沙量达到60kg/m3，(供水保证率大于95%)，设计处理后的水质浊度不高于30NTU，鉴于黄河流域高浊度水处理工程成功经验，设计拟采用的高效水力旋流澄清池(HPS)，更适宜于本工程的水量和处理要求。
2．3调蓄水库合理性
为了提高供水保证率，拟在黄河～高家湾水厂输水干线上设置1座调蓄水库———南河水库工程，作为延安黄河引水工程的反调节水库，其目的是为解决供水区因水源泥沙超限和供水设施事故检修缺水时段的用水问题，确保工程供水保证率不低于95%。该水库规模论证采用了长系列削峰填谷的方法进行黄河和南河水库联合调节计算，按照黄河枯水期供水时泥沙超限、断流期长(清涧河)等原因，1952年～2010年共59年，基本每年均有不同程度的缺水，缺水量小于1000万m3的年份有53a，现就缺水量大于1000万m3的有5a各年缺水情况见表1.将1966年、1997年、1969年列为主要研究对象，对其1966年、1997年、1969年的缺水原因及缺水情况进行了详细的统计分析，从图1可以看出1966、1997年缺水原因主要5月—6月、10月份来水不足造成，1969年缺水主要是受水源含沙量超标引起。根据工程设计供水规模，新建南河调蓄水库总库容2718万m3，死库容1350万m3，兴利库容1100万m。3，滞洪库容268万m3。本工程属于Ⅲ等中型工程，相应主要建筑物大坝、泄洪洞、输水建筑物为3级，次要建筑物为4级，临时建筑物为5级。水库枢纽工程的防洪标准按50a一遇设计，1000a一遇校核。水库死水位为837．30m;正常蓄水位为847．60m，枢纽由均质土坝、放水建筑物等组成。可解决泥沙超限时工程受水区的供水问题。
3取水工程不同运行工况合理性分析
从工程经济性角度分析，在工程运行安全的条件下，根据黄河取水口大断面水大沙大、水小沙少的来水来沙特征，分析研究不同工况(供水+充库)下设计取水规模和泥沙处理站处理能力的合理性，以提高工程的经济效益和设计的有效使用率。根据吴堡、龙门水文站实测泥沙资料统计:采用区间面积加权法计算，得延水关站多年平均年输沙量为7．18亿t，多年平均含沙量为25．3kg/m3。针对本工程的泥沙处理设施而言，工程设计的辐流式沉砂池的设计处理能力为:源水含沙量为60kg/m3时，沉砂池的处理能力可满足日最高供水量32．91万m3/d的要求;而源水含沙量不高于15kg/m3时，辐流池的日产水量可达到35万m3/d，因此为保证充库时不影响正常供水，充库时段的含沙量应控制在15kg/m3以下。依据图1所示，枯水期(10月～4月)的含沙量基本处在15kg/m3以下，枯水期满足充库时段的含沙量要求。为了进一步确保工程充库时段科学合理性，需进一步核算来沙量超标年份工程充库时段的源水含沙量。通过分析1952－2010年延水关断面的泥沙资料，发现1971年，1956年、1973年，1954年、1959年、1961年、1963年为1952年－2010年59年间源水含沙量超过15kg/m3的天数超过100d，分别为:129d、120d、118d、114d、106d、106d、105d、为了保证工程的供水保证率(95%)，分别研究前4年的来沙量及来沙时段，具体见图2通过对图2分析，超过15kg/m3含沙量的最大4年1971年，1956年、1973年，1954年10月～4月含沙量基本小于15kg/m3，因此在10月～4月可进行充库。
4结语
通过上述分析研究，延安黄河引水工程规划设计方案中的取水设施及抽水规模、泥沙处理站处理能力以及整个抽水系统等主体工程，在黄河来水含沙量p≤60kg/m3保证正常供水的设计工况下，在不扩大设计取水规模的情况下，通过分析黄河取水断面水沙特征，采用削峰填谷的调节计算方案，充分利用源水含沙低峰时段(p＜15kg/m3)完成抽水充库工作。因此整个取水工程无论在规划设计、还是在运行方案中均满足了技术上经济评论期刊安全可靠、经济合理可行、运行管理便捷的设计理念，降低了供水工程的建设费用和水价，有利于工程运行的良性循环。
作者：王张斌 单位：陕西水环境工程勘测设计研究院
