江苏皂河水利枢纽

基本概况

  江苏皂河水利枢纽位于宿迁市皂河镇北5km的中运河与邳洪河夹滩上,东临大运河(二级航道)、骆马湖,西接邳洪河,南部紧邻皂河一、二线船闸。枢纽主要包括皂河抽水站、皂河二站、110kV变电所、皂河闸等大型水工建筑物及其附属工程。其中主体工程皂河抽水站由工程院士周君亮亲手设计,具有“亚洲第一泵”的美誉,曾获国家设计金质奖,为南水北调第六梯级泵站。

  该主体工程1978年11月开工兴建,1980年底泵站厂房主体工程基本完成,1981年工程停缓建,1983年恢复施工,1986年4月抽水试运行,1987年3月通过验收,2010年10月开始进行一站更新改造,新建下游引水闸及穿邳洪河地涵,对2台套主机进行改造,更换所有高低压设备,新建皂河二站作为皂河抽水站的备用站,新建室内110kV变电所。皂河抽水站自投运以来,为保证徐州、宿迁地区抗旱、排涝、灌溉、航运以及我国南水北调发挥了重大作用,有力地促进了区域经济社会发展,取得了巨大的经济效益和社会效益。

  皂河抽水站安装2台混流泵,主泵叶轮直径5700mm,单机流量为100m3/s,转速75r/min,是亚洲单机流量最大的混流式泵站,被称为“亚洲第一泵”。在目前各国统计的水泵统计资料中,皂河站的混流泵直径为世界最大,因此皂河站又被水利界称为“世界第一大混流泵站”。配用TL7000-80/7400型立式同步电动机,额定电压10kV,额定容量7000kW,总装机容量14000kW。站身采用半堤身式块基结构,钟形进水流道,双螺旋蜗壳式出水室,平直管出水流道,采用快速闸门断流。

  皂河二站设计流量75m3/s,设计扬程4.7m,安装立式轴流泵3台套。水泵叶轮直径2.70m,叶轮中心高程15.0m。单台流量25m3/s,配套电机功率2000kW,总装机容量6000kW。采用堤身式块基型结构,站身两侧设置检修间和中控室,泵站采用肘形进水流道、低驼峰虹吸式出水流道,真空破坏阀断流。设计抽水水位组合:上游23.00m,下游18.30m。

  皂河抽水站110kV室内变电所配、变电设备包括110kV GIS组合开关、SSZ11-31500、S11-31500型主变各1台、10kV和35kV高压开关柜、所变及低压配电设施等。

  皂河闸设计为6 孔,单孔净宽10m,总宽度为68.0m,闸室顺水流向长22.0m。闸室底板面高程与老闸相同为15.85m,底板厚1.5m。闸墩顶高程27.5m,工作桥面高程34.9m。闸室下游侧设钢筋混凝土胸墙挡水,上游侧设检修门槽,闸门采用平板钢闸门,配卷扬式启闭机。闸室东侧岸边布置4 孔小水电,单孔净宽3.7m,总宽20.0m,顺水流向宽度26.0m。小水电底板面高程同闸室底板为15.85m,顶板面高程27.5m,装机容量4*160kW。

  江苏皂河水利枢纽的主要任务:江水北调时,与刘老涧泵站、泗阳泵站一起,通过中运河向骆马湖调水100 m3/s;南水北调时,与南水北调运西线共同实现向骆马湖调水275m3/s的目标;承担黄墩湖滞洪区排涝、骆马湖泄洪、改善中运河航运条件等任务。自1988年运行至2020年两台机组累计运行71719.48台时,抽水177.72亿m3

兴修背景

  骆马、黄墩两湖原为一体,水面相连,陆地相通。清康熙二十五年(1686年),总河靳铺为“黄运分立”,从骆马湖西侧开凿中运河,改变航道,始分骆马、黄墩两湖。这一带由于地处沂、沭、泗水系下游,容易发生洪涝灾害。清代以前,统治者只顾引水济运,维持南粮北运进京,贡奉官府,从来不考虑洪、涝、旱灾综合治理。民国年间,河道仍然失修,致使沂、泗水系紊乱、淤塞,灾害连年不断。中华人民共和国成立后,党和政府决定导沂整沭,本着蓄泄兼筹的原则,实行综合治理。1952年在皂河北刘甸建中运河控制闸,1958年在宿迁城北建中运河控制闸,1959年在新沂河西首建嶂山节制闸,实现了蓄水兴利,把骆马湖改为常年水库,黄墩湖为滞洪区。为了调整灌溉水源,改造灌溉工程,提高排灌效益,江苏省人民政府决定对骆马湖实行进一步整治,于1978年建皂河抽水站,作为江水北调第六级梯站,淮水北调第三阶梯站,正常情况下提水补给骆马湖,保障沿湖地区农田灌溉用水以及排除黄墩湖地区内涝,并为宿迁市、徐州市工农业生产和人民生活提供用水,同时保障航运畅通,使天然湖泊变为综合利用的人工控制湖泊。

  江水北调是江苏省政府既定决策。1960年在江都建立第一个抽水站,继而在淮安又建立一个抽水站,按照顺序本应在泗阳、刘老涧先建立抽水站,后在皂河再建立抽水站。但省政府为了加快抽取长江水向北输送,解决徐(州)、淮(阴)、宿(迁)、连(云港)春季农田灌溉用水和中运河航运水源,以及沿河几个县工农业生产和人民生活用水,决定下一步“跳棋”,抢先在皂河建立抽水站。

  皂河抽水站工程于 1978年4月开工建设,1981-1982年缓建,1985年7月泵站设备安装全部完成,1985年7月进行第一次试行抽水,1986年4月1日-15日进行了第二次试行抽水,1987年4月通过竣工验收,正式交付使用。

  皂河抽水站工程经过长时间运行后,泵站机组性能下降,已经不能满足南水北调工程调水要求,为此必须进行更新改造。2009年4月,根据国务院南水北调办(国调办投计〔2009〕39号)《关于南水北调东线一期长江-骆马湖段其他工程皂河一站更新改造工程初步设计报告(技术方案)的批复》批准了皂河站更新改造工程,批复改造工程投资12219万元。改造工程于2010年10月份开工建设,2012 年5月基本完成,先后通过了省南水北调办公室组织的通水验收、南水北调江苏段试通水验收、南水北调东线一期正式通水验收。

文化阐述

  江苏皂河水利枢纽位于宿迁市皂河镇北5km的中运河与邳洪河夹滩上,东临中运河、骆马湖,西接邳洪河。主要包括皂河抽水站、皂河闸、皂河二站等大型水工建筑物及其附属工程。其中主体工程皂河抽水站由工程院士周君亮亲手设计,具有“亚洲第一泵”的美誉,为江水北调第六梯级泵站,亦是南水北调第六梯级泵站。皂河枢纽从规划设计到工程建设,背后有着许多精彩的趣闻轶事,再融合独特的工程设计和人文景观,这些多样因素共同构成了江苏皂河水利枢纽独有的工程文化。

  一、工程起源

  骆马、黄墩两湖原为一体,水面相连,陆地相通。清康熙二十五年(公元1686年),总河靳铺为“黄运分立”,从骆马湖西侧开凿中运河,改变航道,始分骆马、黄墩两湖。这一带由于地处沂、沭、泗水系下列,历年发生洪涝灾害。清代以前,统治者只顾引水济运,维持南粮北运进京,贡奉官府,从来不考虑洪、涝、旱灾综合治理,民国年间,河道仍然失修,致使沂、泗水系紊乱、淤塞,灾害连年不断。中华人民共和国成立后,党和政府决定导沂整沭,本着蓄泄兼筹的原则,实行综合治理。1952年在皂河北刘甸建中运河控制闸,1958年在宿迁城北建中运河控制闸,1959年在新沂河西首建嶂山节制闸,实现了蓄水兴利,把骆马湖改为常年水库,黄墩湖为滞洪区。为了调整灌溉水源,改造灌溉工程,提高排灌效益,江苏省人民政府决定对骆马湖实行进一步整治,于1978年建皂河抽水站,作为江水北调第六级梯站,淮水北调第三阶梯站,正常情况下提水补给骆马湖水库,保障沿湖地区农田灌溉用水以及排除黄墩湖地区内涝,并为宿迁市、徐州市工农业生产和人民生活提供用水,同时保障航运畅通,使天然湖泊变为综合利用的人工控制湖泊。

  江水北调是省政府既定决策。1960年在江都建立第一个抽水站,继而在淮安又建立一个抽水站,按照顺序本应在泗阳、刘老涧先建立抽水站,后在皂河再建立抽水站。但省政府为了加快抽取长江水向北输送,解决徐(州)、淮(阴)、宿(迁)、连(云港)春季农田灌溉用水和中运河航运水源,以及沿河几个县工农业生产和人民生活用水,决定下一步“跳棋”,抢先在皂河建立抽水站。

  二、工程建设

  江苏省皂河抽水站工程于1978年4月开工建设,皂河抽水站由省水利勘测设计院设计,宿豫县(原宿迁)民工团负责土方工程,省矿物建筑工程第二工程处负责建筑安装施工。宿豫县抽调4个公社1100民工进入工地,抢挖抽水机塘,运土全靠车推筐抬,以人力施工为主。因场地小、工期紧,千余民工窝在一块难施拳脚,便改为昼夜轮班作业,提高效率。挖到塘底时,场地更小,塘下塘上坡度陡,运程长,施工难度加大,并有危险性。于是,设法安装爬坡器和人工滑轮倒拉,解决了施工难度大和安全保障问题。与此同时,建站指挥部决定采取分两地施工,调一半民工到站北侧200米处另开挖三个机塘(预备下期江水北调再装三台机组),将其土方运来建筑施工围堰,以防汛期机塘进水淹没工棚和其他设施,影响工程进度和造成不必要的损失。千余民工以血肉之躯,硬是用车推筐抬,日夜奋战,如期完成了140万土方工程任务。

  土方工程完成后,浇筑安装工程队立即上阵。从四面八方抽调来的干部、工程技术人员等,住临时工棚,办千人大食堂就餐。因工程时间紧,上马快,有些设计图纸没有来得及赶制出来,省水利勘测设计院水工室组长杜选震等十余位技术干部住到工地,一边修改,一边补充设计,一边组织施工。遇有设计不合理和施工中的疑难问题,便实行领导、技术干部、工人三结合攻关,解决难题。浇铸工程开始,坚持“百年大计,质量第一”的方针,做到循序渐进,科学安排施工,严格按照工艺流程,实行流水作业。时间虽紧,一丝不苟,每项工程都须经质检小组 验收合格后,才能进行下一道工序,使整个浇铸安装实现了优质高效。共完成混凝土和钢筋混凝土2.3立方米,砌石块(片)3.8万立方米。

  抽水站站房布置采用半堤式钢筋混凝土整体结构。站身速流部分采用钟形平面涡轮进水流道、双螺旋形蜗壳压水室和平直管出水流道。在站身两侧布置检修室和控制室,站房内设有125/20吨桥式行车。在平直出水管顶部设置启闭机室,其启闭机均纳入机组的程序控制,确保主机组安全。

  1983年2月,抽水站开始安装设备,为两台6HL—70型立式全调节混流泵。水泵叶轮直径5.7米(号称6米大泵),两辆五吨载重汽车可在泵内对开。此泵单机流量为亚洲第一大泵,设计扬程6米,单泵流量100立方米每秒,定额转速75转每分钟。由于6米大泵在亚洲史无前例,许多新设备、新工艺难免有一些不可预见的问题。工地成立了以工程师朱道洪和吴甫良负责的技术革新小组,攻关克难。各机壳和机中心轴都是庞然大物,体重十几吨,搬运、吊装就位难度大。当时技术革新小组召“诸葛亮会”研究,大家献计献策,设法专建一个码头,专铺一条铁路,专造一台红旗吊车,把机壳和机中心轴卸船上岸,运送到位。泵房墙高,浇筑难度大,技术革新小组独辟蹊径,研制出液压滑模板进行浇铸的新技术,使高直的泵房墙浇铸得又快又好。为减轻机房墙高的压力,还专门组织技工到苏州学习使用加气混凝土空心砖的技术,解决了减压的问题。工程技术人员以自己的聪明才智和国家主人翁的精神,攻克了安装过程中的一道道难关,解决了一个个难题,使机泵安装实现高标准高质量。

  皂河站工程设计在1989年全国第四次优秀工程设计评选中,获国家金质奖。

  三、工程特色

  机、泵选型符合当时国际水泵站建设的发展趋势,选型合理。皂河抽水站设计建造时,泵站设计流量愈来愈大是世界各国大型泵站的发展趋势。不仅低扬程排涝泵站设计流量很大,高扬程灌溉泵站设计流量也达上百立方米每秒;机组大型化、运行自动化程度日益提高,从而带动管理现代化,有利于各梯级站的配合调度。

  泵站流道线型流畅,水力损失小,站房挖深小。泵站采用平面钟型蜗壳进水流道,双螺旋蜗壳压水室和平直出水管,水力损失小,土建挖深小,建筑高度小,在我国大型泵站上第一次采用此种通道。根据装置模型试验换算成原型装置效率达85.8%,比我国已建公认为最好的泵站装置效率高3.3-3.8%。

  采用液压快速门断流装置,设计有创新。皂河站对泵站的断流装置做了详细的方案比较,采用液压快速门断流装置,在当时,国内为第一次采用,在国外的大型泵站上也未见介绍。对采用快速门断流装置的一些技术问题,做了一定深度的研究;根据实测数据和使用情况,断流装置安全可靠,满足泵站运行的要求。对快速门关门时间的选用和水泵停机断流时间的计算,推导出计算方法,经实测符合实际,可为今后设计快速门断流装置作参考。

  站址处于高烈度地震区,技术难度大。站址位于郯庐地质大断裂带,经南京地震大队测定未来百年基本烈度为9度。因站址位于9度和10度交界处,皂河站除按8度烈度设防外,又采取了一定的结构措施和工程措施,进一步提高泵站厂房的抗震能力(后经水利部研究,皂河水利工程按8度烈度设防)。泵站厂房结构合理,工程量省。经方案比较,泵站厂房采用半堤后式,工程量省,主厂房放在40.7*34.4米的整块底板上,结构牢固,抗震性能好。在设计中考虑了钢筋混凝土的温度控制和干缩影响,主厂房经完建后五年的考验,在放水前检查验收时,水泵层以下未发现裂缝。水泵层以上如预计,出现了一些细小裂缝。土建设计选型合理,计算正确,工程量省,经20多年考验,各部位工作正常。厂房设计中考虑了遮阳、通风、噪音控制等因素,改善了工作人员的工作条件。

  辅机设备齐全,工作正常,总功率较省。辅助机械设有技术供水、压力油系统、压缩空气系统、润滑油系统、泵站排水、水力量测、通风设备、起重设备和捞草设备装置等,设备齐全,布置简单明了。辅机总功率约为主机功率的5%,小于一般泵站。辅机各项参数都满足主机运行要求。除水力量测中有部分预埋管道被混凝土堵塞,未能全部实现设计要求,其他都正常工作。

  重大技术问题处理

  对皂河站水力模型进行同台对比试验。在水泵轮毂未更换的情况下,通过优化了水泵叶片的叶形,提高了水泵效率,泵站实际抽水能力较改造前提高10%以上。

  皂河站更新改造过程中,通过对叶片调节机构刮板式接力器油缸密封结构进行改进,使油缸内泄量减少50%左右,同时基本解决了机组叶片调节机构配压阀的振阀形振动问题。

  如今,江苏皂河水利枢纽不仅重视工程管理,更加注重工程文化的挖掘与展示,利用独有的水利工程、水文景观,以及宿迁、皂河的人文特色,以此作为工程文化建设基础,并将工程文化建设与水利风景区建设相结合,以景区为载体,不断发掘、体现枢纽特色工程文化。通过更新改造和多年的维修养护,皂河枢纽工程设备焕然一新,陆续完成了冷水机组、液压减载、视频监视系统等设备改造,完成了水政码头建设、石质景观栏杆更换、厂房外墙改造等工程项目,同时打造了一批独具皂河枢纽特色的景观小品:亚洲第一泵广场、樱花大道、最美水地标雕塑、世界第一大混流泵广场等。

  其中亚洲第一泵广场内包含了多种水泵模型和零部件,有“亚洲第一泵”雕塑模型,按照1:1的比例雕塑而成,有亚洲第一泵的转叶油缸及单只叶片,还有浏老涧抽水站的2.3米的灯泡贯流泵部分部件和沙集一站的叶轮,目前利用刘老涧一站改造的机会,计划将一整套3.1m立式轴流泵机组实物展示给大家,特别是把推力瓦、镜板等核心部件的展示,具有较好科普教育作用。

  江苏皂河水利枢纽独有的主机泵和全面的辅助设备,配合上水泵类型众多的亚洲第一泵广场,俨然已成为水利专业学校的教育基地,扬州大学等高校及宿迁中、小学校每年都会带着众多学子前来参观学习,水泵科普效果显著,工程文化得到有力宣传!

水文化建设情况

  宿迁位于江苏省北部,属淮海经济带、沿海经济带、沿江经济带的交叉辐射区。自古便有“北望齐鲁、南接江淮,居两水中道、扼二京咽喉”的地理优势。境内平原辽阔、土地肥沃、河湖交错,所谓中运河碧波荡漾,马陵山郁郁苍苍;古黄河源远流长,骆马湖浩浩汤汤,是著名的“杨树之乡”“水产之乡”“名酒之乡”“花卉之乡”和“蚕桑之乡”。皂河枢纽水利风景区正坐落于宿迁市皂河古镇之中,地理位置独特,上接中运河,保障骆马湖,补给古黄河,下接邳洪河,亦连通黄墩湖小河,枢纽周围水资源丰富,水系复杂。皂河水利枢纽围绕独有的工程特色、水文景观,及宿迁、皂河两地的人文特色,以此作为水文化建设基础,以水利风景区建设为载体,不断挖掘、打造枢纽特色水文化。

  江苏皂河水利枢纽主要包括皂河抽水站、皂河闸、皂河二站等大型水工建筑物及其附属工程。特别是皂河抽水站是由工程院士周君亮亲手设计,是亚洲单机流量最大的混流式泵站,被称为“亚洲第一泵”,皂河站的主机、辅机都是一部全国水利泵站专业大学生的活教材。枢纽东至京杭运河,南至皂河节制闸,西至邳洪河,北至皂河二站。面积约98.3公顷,其中水域面积约为41.4公顷。枢纽内人文景观丰富,每年都能吸引相关领导与专家学者来站考察指导,也成为各中小学校,甚至大学院校水利科普的重要场所。2001年原国务院副总理温家宝曾亲自考察皂河抽水站。

  2017年,皂河水利枢纽被评为“水工程最美水地标”,为凸显最美水地标成果,皂河枢纽在设计制作了 “最美水地标雕塑”。雕塑主体部分为泵站轮机的造型,采用红色、金色的不锈钢材质组合。中间部分为宿迁特色文化——楚汉时期建筑构造元素,后部是宿迁市花—桂花造型的抽象表现,既体现桂花六瓣花瓣的特点,又结合水流的蜿蜒曲线美感。雕塑寓意在皂河泵站轮机的转动下,将宿迁的水流和文化赋予了新的生命和色彩,达到了古今结合、技术与艺术相结合的要求。核心就是皂河水利枢纽的“亚洲第一泵”,与左侧景观石交相呼应,既指出皂河水利枢纽的功能,又点明皂河水利枢纽的核心重要性。雕塑下方是江苏最美水地标台座,台座下图形是骆马湖的缩影,指明水利枢纽位置。雕塑外有2道圆环,从空中鸟瞰,呈同心收缩关系,目的是能在更大的视野下聚焦江苏最美水地标,聚焦皂河水利枢纽。同时,两环也起到构建场地关系的作用,左侧是高耸的“亚洲第一泵”石刻,右侧相呼应的就为开敞的平缓空间关系,形成“主从、开合”关系,确保入口空间得体、大方、舒适。雕塑除了有丰富的水利内涵外,外观也魅力非凡,如展翅欲飞的蓝色“水蝴蝶”,是皂河水利枢纽美好前景的展望。

  在目前各国统计的水泵统计资料中,皂河站的混流泵直径5.70m,为世界最大的混流泵,因此皂河站又被水利界称为“世界第一大混流泵站”。为展现其特色,枢纽在主厂房南门前新建了世界第一大混流泵广场,由一块巨大的泰山石作为主要景观,泰山石高厚约1米、高约3.5米、长约10米,重约50吨,泰山石的纹理清晰、美丽大方,是一副天然的巨画,其底座镌刻“世界第一大混流泵”,寓意着皂河站的两台直径5.7米的混流泵,为全世界混流泵中最大的混流泵;两个洁白的陶瓷“聚宝盆”躺卧在广场的西侧,像皂河站的两台主机组源源不断地将长江水送往北方;地面上的六条不锈钢银色扩散状水波纹,寓意皂河站为南水北调第六级梯级站;巨石的旁面青松盘踞,前面布置小型景观石、纯天然洗手池、成片的花草,寓意着皂河站将178亿立方米一江清水穿过高山、踏平草原,恩泽万物;整个广场采用枯山水法浓缩式园林风格,将我们水利人上善如水精神暗喻其中,整个广场从各个角度欣赏,都是一副美丽经典的山水画。

  同样吸引眼球的还有位于枢纽中心的“亚洲第一泵”中心广场。皂河抽水站是当年单机流量亚洲第一大混流泵站(指单机流量为亚洲第一),“亚洲第一泵”雕塑是利用大修时更换下来的叶片,按照 1:1 的比例雕塑而成;广场上还摆放着亚洲第一泵的转叶油缸及单只叶片、浏老涧抽水站的2.3米的灯泡贯流泵部分部件、沙集一站的叶轮。目前利用刘老涧一站改造的机会,计划将一整套3.1m立式轴流泵机组实物展示给大家,特别是把推力瓦、镜板等核心部件的展示,具有较好科普教育作用。他们静静的躺在那,凸显亚洲第一的地位,用历史的沧桑与凝重衬托出皂河站的恢弘气势。

  多项景点的建设,正是验证了皂河枢纽挖掘与打造水文化的决心和成果。经过数年的建设,枢纽内自然景观与人文景观的高度融合,形成了水利工程的独有景致。水系、林地、湿地、岸坡与花草树木、亭台小品等高低错落,组成丰富的立体空间,携运河沿线的秀美景色,共同展现一幅锦绣的风光画卷。

  随着新时期水利工程持续加大建设,水文化内涵挖掘的持续深入,工程设施与水文化必将相辅相成,水乳交融。皂河枢纽将抓住发展机遇,秉持工程与文化交融的发展方针,继续打造枢纽特色水文化工程景观。

工程照片

主厂房

 

皂河二站

 

变电所

 

皂河闸

 

主厂房南大门

 

亚洲第一泵雕塑

 

亚洲第一泵景石

 

亚洲第一泵广场

 

世界第一泵广场

 

皂河抽水站机组

视频资料