寶雞峽信邑溝泵站擴(kuò)容改造方案探析

周 燕

1 概況

寶雞峽信邑溝泵站地處塬上總干灌溉系統(tǒng)信邑溝水庫，位于扶風(fēng)縣東北7.5 km的美陽河上、寶雞峽塬上總干渠115+300樁號(hào)處，其主要任務(wù)是向總干渠補(bǔ)水。泵站于1971年建成，2003年利用世行貸款進(jìn)行了部分改造，設(shè)計(jì)流量7.04 m3/s，設(shè)計(jì)總揚(yáng)程27 m。安裝臥式24 Sh-19型離心水泵機(jī)組8臺(tái)，配套8臺(tái)Y355-6、355 kW異步電動(dòng)機(jī)，電壓等級(jí)為6 kV，泵站總裝機(jī)功率2840 kW。泵站采用母管進(jìn)水，正向出水，泵站主要建筑物包括主廠房、壓力出水管道、出水池等；水泵進(jìn)水管與水庫引水洞相接；主廠房為框架結(jié)構(gòu)，建筑面積483.53 m2，廠房?jī)?nèi)水泵電動(dòng)機(jī)組呈單列式布置，內(nèi)設(shè)5 t電動(dòng)單梁橋式起重機(jī)，副廠房位于出水側(cè)，與主廠房連同，建筑面積236.83 m2；泵站出水采用拍門斷流方式；壓力管道為單機(jī)單管，為DN800鋼筋砼管，單根長(zhǎng)約120 m；泵站建有35 kV變電站1座，主變?yōu)镾9-4000-35/6.3，容量4000 kVA，35 kV輸電線路長(zhǎng)6 km。

信邑溝水庫由于2003年除險(xiǎn)加固后，興利庫容顯著增加?，F(xiàn)狀泵站抽水能力是根據(jù)水庫以前的興利庫容、灌溉制度及灌區(qū)需水情況設(shè)計(jì)的，且隨著灌區(qū)近年抗旱需水量增大，時(shí)間集中，原抽水設(shè)備裝機(jī)偏小，未能使灌區(qū)有限水源及時(shí)充分利用，已不能滿足新形勢(shì)下抗旱灌溉要求，亟待擴(kuò)容改造。

2 存在問題

2.1 泵站工程設(shè)施安全隱患較多

壓力管道基礎(chǔ)大面積沉降，管床變形，管道漏水，管坡沖刷嚴(yán)重，危及廠房安全。出水池直墻有2 mm寬的縱向裂縫3條，其中長(zhǎng)度1.3 m的1條。底板沖刷嚴(yán)重，石址裸露，周圍基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降。

2.2 水庫除險(xiǎn)加固后有效庫容增大利用不足

信邑溝水庫以抽水灌溉為主，兼有防洪、養(yǎng)殖等綜合效益。樞紐工程包括大壩、充庫進(jìn)水渠、放水洞(兼泄洪洞)、壩后抽水站等四部分。水庫于2002年除險(xiǎn)加固后增設(shè)溢洪道，溢洪道堰頂高程570.00 m，正常蓄水位相應(yīng)抬高為570.00 m。由于水庫多年淤積死水位由536.00抬高為538.00 m，除險(xiǎn)加固改造后興利庫容為2659萬m3，較前增加1223萬m3。而現(xiàn)狀每個(gè)灌季抗旱結(jié)束后水庫均有較多余水，未能充分利用。

2.3 機(jī)組現(xiàn)狀抽水能力與灌區(qū)抗旱需要不符

水庫除險(xiǎn)加固后，由于興利庫容增加了1223萬m3，灌季抽空水庫興利庫容從25 d延長(zhǎng)到45～50 d。而近年來隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)改革不斷深化，群眾抗旱用水時(shí)效性明顯增強(qiáng)，表現(xiàn)為：爭(zhēng)灌適時(shí)水、需水上峰快、時(shí)間短，特別是夏灌每輪用水一般為15～20 d，因灌區(qū)作物生長(zhǎng)期差異可達(dá)到20～30 d?，F(xiàn)狀水泵裝機(jī)偏小，泵站抽水天數(shù)較長(zhǎng)，這就造成了灌區(qū)急需灌溉用水與泵站抽水能力不足的矛盾，使水庫余水無法及時(shí)抽出，以滿足灌區(qū)抗旱實(shí)際需要。

3 擴(kuò)容改造方案設(shè)計(jì)

3.1 主要建筑物形式

信邑溝水庫工程，其主要建筑物已形成固定模式，本次泵站擴(kuò)容改造工程以不改變?cè)O(shè)計(jì)各建筑物布局和施工期盡量不影響水庫正常運(yùn)行為原則。

結(jié)合庫區(qū)現(xiàn)狀地形地貌，選定浮船泵站站址為水庫大壩上游左壩肩處。該處578.00高程有約4000 m2的平臺(tái)，施工期可作為施工用地，后期可征為管理用地。浮船泵站緊靠上游左壩肩布置，輸水管道直線埋管至塬上總干渠。通過新建浮船泵站設(shè)施，可增強(qiáng)信邑泵站的抽水能力，解決灌溉季節(jié)灌區(qū)抗旱缺水、水庫有水卻不能及時(shí)補(bǔ)充渠灌需要的矛盾。

新建浮船支座承臺(tái)，采用C20鋼筋砼澆筑；新建卷揚(yáng)機(jī)支墩，采用C20鋼筋砼澆筑；570.00高程以下護(hù)坡為干砌石護(hù)坡，570.00高程以上護(hù)坡為M7.5漿砌石護(hù)坡；輸水管鎮(zhèn)墩采用C20鋼筋砼澆筑。

出水管道改造采用直徑1.6 m鋼筋砼管，管床采用C15砼現(xiàn)澆，管床基礎(chǔ)采用碎石墊層。出水池改造底板和坡板采用C20鋼筋砼現(xiàn)澆，板下襯復(fù)合土工膜防滲，出水池與總干渠采用扭面平順連接。

3.2 泵站揚(yáng)程設(shè)計(jì)

信邑溝水庫正常蓄水位570.00 m，死水位538.50，信邑溝水庫正常蓄水位以下庫容曲線見表1。

表1 信邑溝水庫庫容曲線表

3.2.1 特征水位確定

①上水位：

出水池最低水位：按Q=50m3/s的40%流量計(jì)算出水渠的水位：

Z渠min=573.60+1.76=575.36m

出水池設(shè)計(jì)水位：按Q=50 m3/s的流量計(jì)算出水渠的水位

Z渠設(shè)計(jì)=573.60+2.96=576.56m

②下水位（水庫）

Z庫max=570.00（開機(jī)水位），對(duì)應(yīng)庫容2659萬m3；

Z庫min=552.00（停機(jī)水位-停機(jī)水位的確定：結(jié)合岸邊地形條件，主要考慮水庫蓄水盡可能多的讓壩前和壩后泵站聯(lián)合抽水，以減少新建泵船抽水流量，同時(shí)盡可能減少泵船輸水臂或管橋長(zhǎng)度，以減少泵船造價(jià)），對(duì)應(yīng)庫容551.53萬m3。

Z加權(quán)平均=（∑HiQiti）/（∑Qiti）+552.0=8.09m+552.0=560.09m。

3.2.2 特征揚(yáng)程

①最大凈揚(yáng)程：Z渠設(shè)計(jì)-Z庫min=576.56-552.00=24.56m

②最小凈揚(yáng)程：Z渠min-Z庫max=575.36-570.00=5.36 m

③加權(quán)平均揚(yáng)程：Z渠設(shè)計(jì)-Z加權(quán)平均=576.56-560.09=16.47 m

3.3 水泵機(jī)組選型

根據(jù)設(shè)計(jì)流量、揚(yáng)程，本次設(shè)計(jì)初選接近設(shè)計(jì)值的兩種不同泵型方案，分別計(jì)算工況點(diǎn)、效率、總出水量等參數(shù)。

方案Ⅰ，KQSN1000-M27(756)型水泵4臺(tái)，兩兩并聯(lián)運(yùn)行；方案Ⅱ，KQSN1200-M27(963)型水泵2臺(tái)，并聯(lián)運(yùn)行。

3.3.1 水泵工作點(diǎn)

工況點(diǎn)計(jì)算采用圖解法，水泵特性曲線通過水泵樣本核查，管路特性曲線通過計(jì)算繪制，計(jì)算過程如下：

水頭損失計(jì)算：

式中：S 為管路阻力系數(shù)，s2/m5；S=S沿+S局；S沿=10.29×n2×L/d5.33；S局=0.083Σζ/d4；n 為管道糙率；L 為管道長(zhǎng)度，m；ζ為局部水頭損失系數(shù)；d為管道內(nèi)徑，m。

在管材、管徑、管長(zhǎng)一定情況下，S為定值，據(jù)此給出一組Q值，求出對(duì)應(yīng)的一組h，以Q為橫坐標(biāo)，h損為縱座標(biāo)，繪制管路特性曲線，與水泵特性曲線的交點(diǎn)即為水泵工況點(diǎn)，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 推薦方案水泵工況點(diǎn)參數(shù)表

3.3.2 機(jī)組選型

按上面兩種水泵選型方案和方案工作點(diǎn)計(jì)算成果，對(duì)兩種選型方案作如下比較。

方案Ⅰ，安裝4臺(tái)水泵，設(shè)計(jì)單泵抽水流量2.53 m3/s，總抽水流量10.12m3/s，效率為85.6%，總裝機(jī)功率2520 kW，與壩后泵站聯(lián)合抽完庫水約需20.6 d。泵船（包括水機(jī)設(shè)備）總造價(jià)約2115萬元。

方案Ⅱ，安裝2臺(tái)水泵，設(shè)計(jì)單泵抽水流量4.21 m3/s，總抽水流量8.4 m3/s，效率為87.9%，總裝機(jī)功率2240 kW，與壩后泵站聯(lián)合抽完庫水約需22.0 d。泵船（包括水機(jī)設(shè)備）總造價(jià)約1850萬元。

根據(jù)上面選型分析比較，方案Ⅰ抽水流量大，且機(jī)組臺(tái)數(shù)多，運(yùn)行靈活，若遇機(jī)組故障檢修，對(duì)抽水流量影響較小，但泵站裝機(jī)功率大，造價(jià)大。方案Ⅱ造價(jià)低，水泵機(jī)組效率高，但方案Ⅱ抽水流量小，且機(jī)組臺(tái)數(shù)少，運(yùn)行不夠靈活，若遇機(jī)組故障檢修，對(duì)抽水流量影響較大?？紤]到該泵站為灌溉泵站，季節(jié)性強(qiáng)，抽水天數(shù)短，可充分利用灌溉間隙對(duì)水泵進(jìn)行維修保養(yǎng)，且根據(jù)灌區(qū)泵站多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，即使灌期遇到故障，應(yīng)急檢修一般不超過1天，方案Ⅱ最大運(yùn)行天數(shù)不大于23 d，響應(yīng)灌溉用水較方案Ⅱ略差，但也能滿足灌溉用水要求，且方案Ⅱ造價(jià)低，僅泵船一項(xiàng)較方案Ⅰ低265萬元，加之機(jī)電設(shè)備、土建部分方案Ⅱ較方案Ⅰ低約400萬元，故選方案Ⅱ?yàn)橥扑]方案。

4 結(jié)語

泵站增容改造后，可增加抽水量1223萬m3，灌溉定額349.83 m3/畝，折算當(dāng)量面積3.5萬畝，根據(jù)灌區(qū)作物種植比例計(jì)算，改善灌溉面積新增效益為2294萬元；泵站增容工程效益分?jǐn)傁禂?shù)取0.25，分?jǐn)傂б嬷禐?73.50萬元。泵站擴(kuò)容改造后各方面運(yùn)行將趨于合理、規(guī)范，能有效保證機(jī)組正常安全高效抽水，充分發(fā)揮機(jī)電設(shè)備抗旱效能，水庫蓄水將得以充分利用，必能緩解塬上灌區(qū)缺水情況，進(jìn)一步增加灌區(qū)抗旱效益。