郟縣煙草泵站提水方案分析

□李　颯　□牛國(guó)強(qiáng)（河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司）

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郟縣煙草泵站提水方案分析

□李颯□牛國(guó)強(qiáng)（河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司）

摘要：提水工程是引（輸）水、調(diào)水工程中常見的工程類型，提水方式和泵站布置也都各有特點(diǎn)。文章結(jié)合實(shí)際工程案例，通過(guò)對(duì)各提水方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析、論證，最終選定合理的提水方案。希望文章能夠給經(jīng)常做提水工程的同行們帶來(lái)有益的參考。

關(guān)鍵詞：泵站；提水工程；方案

1前言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，水資源作為戰(zhàn)略性要素資源的重要性日益顯現(xiàn)。但現(xiàn)實(shí)中由于受特殊的自然、地理環(huán)境，水資源的賦存條件等因素影響，需要采取工程措施對(duì)有限的水資源進(jìn)行合理調(diào)配，才能使寶貴的水資源發(fā)揮更大的利用效率和效益，更好的支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。而提水工程是引（輸）水、調(diào)水工程中常見的工程類型，為充分、高效、低成本地利用好有限的、寶貴的水資源，通過(guò)對(duì)項(xiàng)目中的工程背景和提水特點(diǎn)的進(jìn)行分析，擬定出中常見的提水方案，并對(duì)其進(jìn)行分析，選定因地制宜、經(jīng)濟(jì)合理的提水方案。

2工程概況

本提水工程位于平頂山市郟縣，農(nóng)業(yè)以種植小麥、玉米等糧食作物為主，經(jīng)濟(jì)作物主要是煙葉、蔬菜、瓜果?？h內(nèi)水利工程主要分布于北部丘陵區(qū)、汝河北岸平原區(qū)及汝河南岸平原區(qū)，而廣闊渠以北地勢(shì)較高的丘陵、崗地可用水利工程較少，地下水埋藏較深、不宜開采，區(qū)域農(nóng)作物常年處于“望天收”境況。為解決郟縣廣闊渠以北地勢(shì)較高的丘陵、崗丘區(qū)的農(nóng)業(yè)缺水問(wèn)題，通過(guò)在北汝河新建橡膠壩，抬高廣闊渠渠首引水水位，同時(shí)利用現(xiàn)狀廣闊渠作為輸水通道，在廣闊渠沿岸趙寨村、張臨渠村附近分別設(shè)分水閘、節(jié)制閘及提水泵站，通過(guò)提水管道提水至廣闊渠以北的丘陵、崗丘缺水地區(qū)，以解決本區(qū)域的農(nóng)田灌溉問(wèn)題。

依據(jù)區(qū)內(nèi)自然特點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)狀況、農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)、可用水量、灌溉面積及灌溉方式，對(duì)灌區(qū)進(jìn)行水量平衡計(jì)算分析。在充分利用當(dāng)?shù)厮Y源和北汝河水的條件下，可滿足0.17萬(wàn)hm2的農(nóng)業(yè)灌溉用水需求，其中：趙寨泵站覆蓋灌溉區(qū)0.10萬(wàn)hm2；張臨渠泵站覆蓋灌溉區(qū)0.07萬(wàn)hm2。趙寨灌溉區(qū)、張臨渠灌溉區(qū)通過(guò)廣闊渠引水流量分別為0.56 m3/s、0.42 m3/s。

3提水方案分析

3.1提水方案擬定

趙寨泵站位于廣闊渠入北汝河口上游180 m處，泵站處地面高程為145.30～146.70 m。趙寨灌溉區(qū)內(nèi)最高處位于上丁村東部崗地上，高程為298.85 ～299.32 m。趙寨泵站至上丁村輸水線路長(zhǎng)為11.43 km，凈揚(yáng)程154 m。

張臨渠泵站位于廣闊渠距入北汝河口6.52 km處，泵站處地面高程為144.38～145.98 m。張臨渠灌溉區(qū)內(nèi)最高處位于天成洼村南部崗地上，高程為261.31～262.70 m。張臨渠泵站至天成洼村輸水線路長(zhǎng)為4.33 km，凈揚(yáng)程118 m。

兩個(gè)灌溉區(qū)中趙寨區(qū)、張臨渠區(qū)設(shè)計(jì)灌溉面積均超過(guò)0.07萬(wàn)hm2，最大提水高度均超過(guò)100 m，由于揚(yáng)程較高，提水方案直接決定提水工程的投資規(guī)模和工程建成后的泵站運(yùn)行、維護(hù)、能耗等費(fèi)用，為了使提水工程投資合理、技術(shù)可行、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)、維護(hù)方便，應(yīng)對(duì)多種提水方案進(jìn)行比較。

在同一灌溉區(qū)灌溉面積和灌溉天數(shù)相同的條件下，對(duì)趙寨灌溉區(qū)、張臨渠灌溉區(qū)泵站提水工程考慮以下四種提水方案并進(jìn)行方案比較。

方案一：不分級(jí)提水，泵站設(shè)在廣闊渠分水閘后，單管輸水，泵站內(nèi)設(shè)一組工作水泵，提水時(shí)一次加壓至灌溉區(qū)內(nèi)的崗地蓄水池，灌溉時(shí)從輸水線路末端崗地蓄水池自流至灌溉區(qū)內(nèi)田地；

方案二：分段、分時(shí)提水，泵站設(shè)在廣闊渠分水閘后，單管輪灌，泵站內(nèi)設(shè)兩組不同揚(yáng)程的水泵，通過(guò)叉管分別連至輸水干管上，提水時(shí)根據(jù)灌溉田地的高程，啟動(dòng)相應(yīng)揚(yáng)程的水泵工作，在輸水線路中部和末端分別設(shè)一級(jí)蓄水池和崗地蓄水池，灌溉期間分段供水，輸水線路中部一級(jí)蓄水池和輸水線路末端崗地蓄水池不同時(shí)灌水；

方案三：分段、同時(shí)提水，泵站設(shè)在廣闊渠分水閘后，采用雙管獨(dú)立提水，泵站內(nèi)設(shè)兩組不同揚(yáng)程的水泵，在輸水線路中部和末端分別設(shè)一級(jí)蓄水池和崗地蓄水池，灌溉期間分段同時(shí)供水，一級(jí)蓄水池和崗地蓄水池可同時(shí)灌溉田地；

方案四：分級(jí)提水，在廣闊渠分水閘后和輸水線路中部一級(jí)蓄水池后分別設(shè)一、二級(jí)泵站，單管接力提水，崗地蓄水池的水通過(guò)一級(jí)蓄水池和二級(jí)泵站加壓供水至崗地蓄水池。

3.2提水方案比較

方案一：不分級(jí)提水，該方案的優(yōu)點(diǎn)為蓄水池、泵站、機(jī)組、管線等各項(xiàng)設(shè)施數(shù)量較小，工程布置簡(jiǎn)單，占地較小，運(yùn)行管理簡(jiǎn)便；缺點(diǎn)為一次加壓提水，對(duì)于片區(qū)地勢(shì)較低的下段不必要提水過(guò)高，易形成能源浪費(fèi)及運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)的情況。

方案二：分段、分時(shí)提水，泵站設(shè)在廣闊渠分水閘后，由于揚(yáng)程相差較大，故采用不同機(jī)組提水，水泵后管道通過(guò)叉管和主輸水管連接，采用單管輸水，在輸水線路中部和末端各設(shè)一級(jí)蓄水池和崗地蓄水池，由于受灌溉時(shí)節(jié)限制，灌溉期間一級(jí)蓄水池和崗地蓄水池分時(shí)段灌水。該方案的優(yōu)點(diǎn)為一條輸水管線，分段提水較節(jié)能，機(jī)組集中于一座泵站廠房?jī)?nèi)，占地較省、管理較簡(jiǎn)便；缺點(diǎn)為一級(jí)蓄水池與崗地蓄水池庫(kù)容均較大，占地較多，工程量較大，灌溉不同區(qū)域需切換相應(yīng)揚(yáng)程的水泵。

方案三：分段、同時(shí)提水，泵站設(shè)在廣闊渠分水閘后，采用兩型機(jī)組、雙管獨(dú)立同時(shí)提水，在輸水線路中部和末端分別設(shè)一級(jí)蓄水池和崗地蓄水池，灌溉期間上、下段灌區(qū)可同時(shí)灌水。該方案的優(yōu)點(diǎn)是分段提水較節(jié)能，一級(jí)蓄水池與崗地蓄水池庫(kù)容較小，總庫(kù)容與方案一相同，泵站廠房占地較省、運(yùn)行管理較簡(jiǎn)便；缺點(diǎn)是輸水線路下段為雙管布置，涉及臨時(shí)占地較多。

方案四：分級(jí)提水，在廣闊渠分水閘后和輸水線路中部一級(jí)蓄水池后分別設(shè)一、二級(jí)泵站，崗地蓄水池通過(guò)二級(jí)泵站及一級(jí)蓄水池加壓供水。該方案的優(yōu)點(diǎn)是一條輸水管線，分級(jí)提水較節(jié)能，一級(jí)蓄水池與崗地蓄水池庫(kù)容較小，總庫(kù)容與方案一相同；缺點(diǎn)是需設(shè)兩座泵站廠房，土木工程、占地較多，運(yùn)行管理較復(fù)雜。方案一至方案四特性見表1。

3.3提水方案選擇

從工程布置上，方案一只設(shè)一座提水泵站，2臺(tái)機(jī)組（容量2×710 KW），一條輸水管線，設(shè)一處蓄水池；方案二設(shè)一座提水泵站，4臺(tái)機(jī)組（容量2×400 KW/2×710 KW），一條輸水管線，在管線中部階地和末端崗地分別設(shè)一大、一小兩座蓄水池；方案三設(shè)一座泵站，4臺(tái)機(jī)組（容量2×250 KW/2×355 KW），兩條輸水管線，在管線中部和末端分別設(shè)一大、一小兩座蓄水池；方案四設(shè)兩座泵站，每座泵站設(shè)2臺(tái)機(jī)組，機(jī)組容量分別為2×500 KW/2 ×132 KW，一條輸水管線，在管線中部和末端分別設(shè)一大、一小兩座蓄水池。由此可以看出，方案一工程布置最簡(jiǎn)單，方案二、方案三工程布置較方案一復(fù)雜。方案四在四個(gè)比選方案中最復(fù)雜。

從運(yùn)行管理上，方案一灌溉時(shí)直接由一級(jí)泵站提水至崗地蓄水池內(nèi)，然后由田間管道輸送至灌區(qū)耕地，運(yùn)行操作簡(jiǎn)單；方案二灌溉時(shí)先由泵站提水至一級(jí)蓄水池或崗地蓄水池內(nèi)，輪流灌溉各自控制范圍內(nèi)的田地內(nèi)。由于兩級(jí)蓄水池?fù)P程不同，須根據(jù)供水目標(biāo)對(duì)泵站不同機(jī)組進(jìn)行相應(yīng)的操作；方案三灌溉時(shí)由于采用了兩條不同的輸水管線，可同時(shí)開啟不同揚(yáng)程的機(jī)組，同時(shí)提水至相應(yīng)蓄水池并進(jìn)行灌溉且不受時(shí)間限制；方案四灌溉時(shí)先由一級(jí)泵站提水至二級(jí)泵站處一級(jí)蓄水池內(nèi)，然后二級(jí)泵站同時(shí)提水至崗地調(diào)節(jié)池，運(yùn)行操作復(fù)雜。此外，方案四由于新建兩處泵站，需配置運(yùn)行管理人員較多，設(shè)備年運(yùn)行費(fèi)較前三個(gè)方案高。

表1　各比選方案特性表

從工程投資效益分析，四方案中方案二土建工程部分投資較大；方案四涉及管理人員工資、設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用較多；方案一每年運(yùn)行電費(fèi)最多，其他三個(gè)方案每年運(yùn)行電費(fèi)基本持平。對(duì)運(yùn)行期25年的投資效益進(jìn)行計(jì)算，在滿足灌溉目標(biāo)的前提下，方案四總費(fèi)用最多，方案三總費(fèi)用最少。各方案投資對(duì)比情況見表2。

表2　分級(jí)提水方案投資對(duì)比情況表　單位：萬(wàn)元

綜合考慮建筑物工程布置、設(shè)備運(yùn)行管理及投資效益等方面進(jìn)行分析，推薦采用方案三，即分級(jí)提水，泵站設(shè)在廣闊渠分水閘后，采用雙管獨(dú)立提水，在輸水線路中部和末端分別設(shè)一級(jí)蓄水池和崗地蓄水池，灌溉期間一級(jí)蓄水池和崗地蓄水池同時(shí)提水且同時(shí)灌水。

4結(jié)語(yǔ)

提水工程作為引（輸）水、調(diào)水工程中常見的工程類型，是水利設(shè)計(jì)工作者經(jīng)常接觸的工程類型。滿足提水要求的提水方式和工程布置也是多種多樣、各有特點(diǎn)。只有熟悉工程所在地的水環(huán)境，因地制宜地進(jìn)行分析，才能制定出合理的提水方案。

（責(zé)任編輯：趙鑫）

中圖分類號(hào)：TV671

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1673-8853（2016）05-0120-02

作者簡(jiǎn)介：李颯（1981-），男，工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作。

收稿日期：2016-04-28