關(guān)于解決江河提水灌溉系統(tǒng)的排污除泥問(wèn)題的探討

李林強(qiáng)　傅定文　宋振宇　楊德先　敖選

摘 要：灌溉農(nóng)業(yè)在大背景下發(fā)展的越來(lái)越好，各種各樣的灌溉裝置相繼出現(xiàn)，水泵在提水灌溉中占有非常重要的地位。水泵在工作過(guò)程中極易造成損壞的一個(gè)重要原因是水中含有大量的泥沙和污垢雜質(zhì)，會(huì)堵塞水泵、損壞葉片、燒壞電機(jī)等一系列問(wèn)題，嚴(yán)重影響灌溉系統(tǒng)的正常使用和造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。水泵60%以上都是在江河流域使用，由于泥沙問(wèn)題致使損壞的幾率占70%左右[1]。為解決這一問(wèn)題，將水源的泥沙除去是關(guān)鍵問(wèn)題，利用沉沙池原理和泥沙泵進(jìn)行有機(jī)組合成一種應(yīng)用于江河提水灌溉的排污除泥裝置，可有效解決水泵損壞問(wèn)題，降低江河提水灌溉系統(tǒng)的日常維護(hù)成本。

關(guān)鍵詞：灌溉；水泵；泥沙；沉沙池

隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展和人類的進(jìn)步，人類越來(lái)越依賴科技對(duì)農(nóng)業(yè)所產(chǎn)生的影響，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)文明的實(shí)現(xiàn)，不僅滿足了人類對(duì)能源、資源的需求，同時(shí)也推動(dòng)了經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式的轉(zhuǎn)變，意味著對(duì)傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)組織的顛覆與改造?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)文明帶給當(dāng)代人類的不僅僅是一種新能源，更是繼工業(yè)革命之后的又一次經(jīng)濟(jì)形態(tài)轉(zhuǎn)型的新革命。灌溉農(nóng)業(yè)在大背景下發(fā)展的越來(lái)越好，各種各樣的灌溉裝置相繼出現(xiàn)，水泵在提水灌溉中占有非常重要的地位。

隨著農(nóng)業(yè)灌溉需求的擴(kuò)大，大、中型提水灌溉項(xiàng)目越來(lái)越多，在水泵的應(yīng)用上，高揚(yáng)程大流量的水泵，真葉輪間隙很小，水泵易被泥沙阻塞后輕則停止工作，重則燒壞電機(jī)，泥沙會(huì)損壞水泵葉片，影響正常生產(chǎn)且?guī)?lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。這類問(wèn)題在江河流域抽水更是麻煩，江河受雨季影響含泥沙量都比較大，抽水過(guò)程中泵損壞幾率更大，半年甚至幾個(gè)月就得重新更換水泵。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，現(xiàn)在大多數(shù)都是在抽水點(diǎn)建設(shè)沉沙池，然后定期對(duì)池子底部進(jìn)行清理，但由于江河中含泥沙量較大，短時(shí)間內(nèi)就需要清理泥沙，這樣產(chǎn)生高昂的維護(hù)費(fèi)用，增加了勞動(dòng)成本，且各地條件不一樣，清理難度極大，維護(hù)都比較困難。

一、排污除泥技術(shù)原理

江河水流中的砂如果不預(yù)先沉降分離去除，則會(huì)影響后續(xù)處理設(shè)備的運(yùn)行。最主要的是磨損機(jī)泵、堵塞管網(wǎng)，干擾甚至破壞生化處理工藝過(guò)程。沉砂池主要用于去除污水中粒徑大于0.2mm，密度大于2.65g/cm2的砂粒，以保護(hù)管道、閥門等設(shè)施免受磨損和阻塞。其工作原理是以重力分離為基礎(chǔ)，使得比重大的顆粒下沉。泥沙泵是用于抽取泥沙作業(yè)的雜質(zhì)泵，潛水泥沙泵，是電機(jī)與水泵同軸潛入水中工作的，該泵過(guò)流部件采用高合金耐磨材料制造，具有較好的耐磨性，過(guò)流通道大。潛水泥沙泵吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)設(shè)計(jì)制造，獨(dú)特的密封裝置能夠有效平衡油室內(nèi)外壓力，最大限度保護(hù)了機(jī)械密封的可靠性，電機(jī)采用過(guò)熱保護(hù)、進(jìn)水檢測(cè)保護(hù)等多種保護(hù)措施，能夠在惡劣的工況條件下長(zhǎng)期安全的運(yùn)行。在沉沙池中輔助以濾網(wǎng)和泥沙泵裝置可自動(dòng)去除泥沙。其原理分級(jí)沉降泥沙，沉降池底部設(shè)計(jì)為錐形漏斗裝置，最底安裝大間隙泥沙泵，每天定時(shí)控制排污，不讓泥沙堆積，此裝置簡(jiǎn)潔實(shí)用，其實(shí)際應(yīng)用效果良好。

二、排污除泥裝置

1.裝置工作流程

江河流域提水灌溉的排污除泥裝置，如圖1和圖2，包括沉沙池Y1、Y2、Y3，濾網(wǎng)L1、L2、L3，泥沙泵A、B，抽水泵B1、B2、B3。工作原理為：水在經(jīng)濾網(wǎng)L1、L2、L3后泥沙在Y1和Y2底部聚集，泥沙泵A、B在抽水泵B1、B2、B3停止工作期間將泥沙混合水抽出Y1、Y2底部，達(dá)到排污除泥目的。

沉沙池Y1、Y2、Y3：原理是以重力分離為基礎(chǔ)，沉砂池主要用于去除污水中粒徑大于0.2mm，密度大于2.65 g/cm2的砂粒，以保護(hù)管道、閥門等設(shè)施免受磨損和阻塞。且Y1和Y2池子底部為倒立的四棱錐，便于泥沙聚集。濾網(wǎng)L1、L2、L3：濾網(wǎng)層層過(guò)濾，濾網(wǎng)間隙逐級(jí)遞減，水中泥沙被迫沉入池底。泥沙泵A、B：泥沙泵A安裝于Y1池子最底部，在抽水泵B1、B2、B3停止工作期間啟動(dòng)，將池子Y1底部的泥沙混合水抽出Y1；泥沙泵B安裝于Y2池子最底部，與A同時(shí)啟動(dòng)工作，將池子Y2底部的泥沙混合水抽出Y2。抽水泵B1、B2、B3：水流經(jīng)過(guò)L3之后流入Y3的水已經(jīng)達(dá)到抽水泵工作允許的范圍，經(jīng)B1、B2、B3抽送到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。沉砂池Y1、Y2每天的排污次數(shù)N1、N2，滿足N1>N2，污水泵真葉輪間隙要S1、S2，滿足S1>S2。

2.裝置實(shí)施建設(shè)

如圖3，排污除泥裝置為：沉沙池Y1、Y2、Y3的容積和深度逐級(jí)遞增，Y1和Y2的池子底部為倒立的四棱椎，棱錐錐度大于350，便于泥沙沉降。濾網(wǎng)L1、L2、L3為網(wǎng)格間隙距離逐漸減小的鐵絲網(wǎng)，逐級(jí)過(guò)濾泥沙，便于沉入池底。分別安裝于沉沙池頂部對(duì)角位置。泥沙泵A、B安裝于L1和L2池子底部。抽水泵安裝于Y3池子底部邊緣。

在安裝建設(shè)使用過(guò)程中，先挖掘建設(shè)一個(gè)容積和深度逐級(jí)遞增的三級(jí)沉沙池，并將沉沙池一二級(jí)底部設(shè)置為倒立的四棱椎；將三個(gè)間隙逐級(jí)減小的濾網(wǎng)分別安裝于沉沙池隔離邊的對(duì)角位置；池子建設(shè)完成后在Y1和Y2池子最底部安裝泥沙泵A和B；在Y3池子的底部邊緣安裝抽水泵B1、B2、B3；最后安裝建設(shè)管網(wǎng)和線路；A和B在抽水泵停止工作期間啟動(dòng)工作，將Y1和Y2池子底部的泥沙混合水抽出，達(dá)到排沙除泥之用，以提高抽水泵的使用壽命和降低抽水系統(tǒng)的維護(hù)成本。

三、 應(yīng)用前景分析

中國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)歷史悠久的國(guó)家，農(nóng)業(yè)在整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。自1949年新中國(guó)成立以來(lái)，尤其是80年代改革開(kāi)放以來(lái)，中國(guó)的農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，如今國(guó)家對(duì)農(nóng)業(yè)的越來(lái)越重視，糧食價(jià)格持續(xù)走高、以及氣候問(wèn)題引發(fā)逐年的旱澇問(wèn)題，諸多因素引發(fā)了全球?qū)r(nóng)用水泵的需求持續(xù)上漲。近年，全球糧食價(jià)格持續(xù)走高，預(yù)計(jì)未來(lái)三到五年全球農(nóng)田灌溉投資可能將大幅增長(zhǎng)，帶動(dòng)全球農(nóng)業(yè)水泵需求提升。21世紀(jì)以來(lái)，全球農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格，剝離通脹因素，已經(jīng)增長(zhǎng)近100%，2011年，全球糧食價(jià)格創(chuàng)下來(lái)了90年代以來(lái)的新高。這種糧食價(jià)格持續(xù)高漲的情況預(yù)計(jì)將推動(dòng)類似于上世紀(jì)70年代大規(guī)模農(nóng)田灌溉投資的歷程，帶動(dòng)全球農(nóng)用水泵需求增長(zhǎng)。太陽(yáng)能水泵亦稱光伏水泵，是當(dāng)今世界上陽(yáng)光豐富地區(qū)，尤其是缺電無(wú)電的邊遠(yuǎn)地區(qū)最具吸引力的供水方式，利用隨處可取、取之不竭的太陽(yáng)能，系統(tǒng)自動(dòng)地日出而作，日落而歇，無(wú)需人員看管，維護(hù)工作量可降至最低，是理想的集經(jīng)濟(jì)性、可靠性和環(huán)保效益為一體的綠色能源系統(tǒng)。光伏水泵系統(tǒng)是中電電氣太陽(yáng)能研究院繼光伏（風(fēng)力）電站、光伏建筑一體化、光伏照明系統(tǒng)之后的另一種新能源應(yīng)用系統(tǒng)。

中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息研究網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示：2012年中國(guó)泵產(chǎn)量為8502.03萬(wàn)臺(tái)，同比下降4.15%，2013年中國(guó)泵產(chǎn)量為9346.65萬(wàn)臺(tái)，同比下降0.37%，2014年中國(guó)泵產(chǎn)量為12402.58萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng)5.67%。

圖4中數(shù)據(jù)表明中國(guó)使用水泵數(shù)量是巨大的，而這些水泵中有超過(guò)60%的量是在江河流域使用，也就每年有超過(guò)7500萬(wàn)臺(tái)的水泵在工作環(huán)境極其惡劣的泥沙下工作，這造成的經(jīng)濟(jì)損失和水泵維護(hù)成本是極其巨大。發(fā)展推廣使用江河提水排污除泥裝置極其重要，前景廣闊，市場(chǎng)容量大。

四、結(jié)語(yǔ)

加快江河流域提水系統(tǒng)排污除泥技術(shù)的研究和發(fā)展是加快現(xiàn)代化灌溉產(chǎn)業(yè)進(jìn)步的關(guān)鍵，對(duì)提高中國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)量至關(guān)重要。江河流域提水灌溉排污除泥裝置采用分級(jí)沉降泥沙，沉降池底部設(shè)計(jì)為錐形漏斗裝置，最底安裝大間隙泥沙泵，每天定時(shí)控制排污，不讓泥沙堆積，此裝置簡(jiǎn)潔實(shí)用，其實(shí)際應(yīng)用效果良好，能有效解決因泥沙阻塞而導(dǎo)致水泵損壞影響灌溉系統(tǒng)的正常運(yùn)營(yíng)的問(wèn)題，減少系統(tǒng)維護(hù)成本，降低生產(chǎn)成本，在生態(tài)、環(huán)保、節(jié)能等方面具有重要的社會(huì)效益。

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