排灌潛水軸流泵站在引黃灌區(qū)中的應(yīng)用

宋淑紅

（聊城市東昌府區(qū)水利局，山東 聊城252000）

1 灌區(qū)概況

王鋪灌區(qū)屬黃泛沖積平原，灌區(qū)位于馬頰河以北，地勢(shì)西北高東南低，涉及梁水鎮(zhèn)鎮(zhèn)、斗虎屯鎮(zhèn)兩個(gè)鎮(zhèn)的106 個(gè)行政村，受益人口8.35 萬(wàn)。灌區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)糧食種植以小麥、玉米為主，兼做棉花、蔬菜等，對(duì)灌溉排澇要求較高。王鋪灌區(qū)骨干排水河道是馬頰河，下級(jí)排澇體系由灌排合一的灌溉渠系組成。灌區(qū)原有水源王鋪泵站，設(shè)計(jì)提水流量14.4 m3/s，共12 臺(tái)機(jī)組，配套功率960 kW，由王鋪分干、王崗分干兩條輸水干渠供水，長(zhǎng)27.48 km，下轄支渠30 條，長(zhǎng)97.33 km，配套建筑物177座，渠系及建筑物相對(duì)完整。通過(guò)新建李莊灌排潛水軸流泵站作為第二水源，解決灌區(qū)存在的用水矛盾，并增強(qiáng)排澇能力。

2 泵站設(shè)計(jì)方案

2.1 站址選擇

馬頰河位于王鋪灌區(qū)的南部，是該區(qū)域的骨干排澇河道，河內(nèi)常年有水，水質(zhì)清澈能滿足灌溉用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，并且馬頰河下游薛王劉節(jié)制閘閘底高程26.20 m，閘門(mén)5 孔，寬度10 m，高度5.0 m，正常蓄水量430 萬(wàn)m3，最大蓄水量520 萬(wàn)m3，年調(diào)蓄水量2 000 萬(wàn)m3。因此在薛王劉節(jié)制閘上游建提水泵站，水源有保證。

根據(jù)王鋪灌區(qū)水系分布，王鋪分干二支是向下游送水的主要渠道，由王鋪分干樁號(hào)7+140 處分出，運(yùn)行9.6 km 后穿聊臨路之后繼續(xù)向東北方向延伸直到灌區(qū)最下游。擬選站址李莊泵站位于馬頰河與聊臨路交匯處下游，馬頰河左岸樁號(hào)62+945，是距王鋪分干二支距離最短處，并且該現(xiàn)狀位置是該區(qū)域入馬頰河排水口，適于建設(shè)排灌泵站。

2.2 設(shè)計(jì)方案

2.2.1 總體設(shè)計(jì)

李莊排灌泵站位于馬頰河與聊臨路交匯處下游，馬頰河左岸，樁號(hào)62+945，是排灌泵站。泵站設(shè)計(jì)流量為3.6 m3/s，配套700QZB-70G 潛水軸流泵2 臺(tái)、500QZB-100GA 潛水軸流泵2 臺(tái)，總裝機(jī)容量290 kW。

李莊泵站包括進(jìn)口段、引水管道、泵站前池、引水閘、泵室、出水管、出水池、出口排水閘、穿堤涵洞及出口段等10 部分。當(dāng)水泵引水灌溉時(shí)，引水閘門(mén)開(kāi)啟，排水閘門(mén)關(guān)閉；當(dāng)汛期排澇時(shí)，排水閘門(mén)開(kāi)啟，引水閘門(mén)關(guān)閉。泵站各部分呈直線排列，與馬頰河大堤正交。

站址處馬頰河現(xiàn)狀灘地寬210 m（均為耕地），內(nèi)外堤腳寬30 m，堤外為聊臨路邊溝外接王鋪分干二支渠。為了少占耕地，李莊泵站除進(jìn)、出口段外，所有結(jié)構(gòu)都在現(xiàn)狀地面以下，設(shè)計(jì)為下沉隱蔽式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，地下隱蔽式結(jié)構(gòu)的排灌泵站在東昌府區(qū)建設(shè)尚屬首次。

2.2.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

1）泵站引水段設(shè)計(jì)。泵站引水段長(zhǎng)210 m，結(jié)構(gòu)形式選擇分別對(duì)明渠襯砌、砌石蓋板涵、鋼筋混凝土管3 種形式進(jìn)行了比較：明渠襯砌結(jié)構(gòu)施工簡(jiǎn)便易行，造價(jià)低，但需要永久占地；砌石蓋板涵結(jié)構(gòu)施工工期長(zhǎng)，石材采購(gòu)困難，造價(jià)較高，不需要永久占地；鋼筋混凝土管結(jié)構(gòu)施工工序簡(jiǎn)單，施工工期短，造價(jià)和砌石蓋板涵基本一樣，不需要永久占地。綜合以上因素，經(jīng)過(guò)分析，在盡量不占用耕地的前提下，確定泵站引水管道采用2 孔直徑為2 m 的鋼筋混凝土承插管，管底高程27.86 m，上游端與進(jìn)口段八字墻相連，并設(shè)鋼制攔污柵2 扇，下游端與泵站前池連接。

2）泵室段設(shè)計(jì)。在盡量少占用耕地的前提下，將電機(jī)層下沉到地面以下，設(shè)計(jì)為下沉隱蔽式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，操作室移到管理房進(jìn)行遠(yuǎn)程可視操作。泵室采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)10.265 m，凈寬4.4 m，分為上下兩層，全部在現(xiàn)狀地面以下。

2.2.3 泵站水力機(jī)械設(shè)計(jì)

1）泵型選擇。根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)立式軸流泵、潛水軸流泵、潛水混流泵進(jìn)行比較。選用潛水軸流泵和潛水混流泵，具有立式軸流泵不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，一是電機(jī)與水泵構(gòu)成一體，無(wú)需在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行電機(jī)、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、水泵軸線對(duì)中的裝配工序，現(xiàn)場(chǎng)安裝方便、快速；二是能省去機(jī)泵間長(zhǎng)軸和軸承，機(jī)組運(yùn)行更為可靠；三是能減少泵站上部工程，從而節(jié)約工程造價(jià)。但是潛水混流泵相對(duì)潛水軸流泵揚(yáng)程較高，流量較小，因此本設(shè)計(jì)采用潛水軸流泵。

2）單機(jī)流量選擇。單機(jī)流量大的水泵機(jī)組，雖然機(jī)組數(shù)量減少，廠房規(guī)模減小，但單機(jī)設(shè)備功率增大，需要的淹沒(méi)深度增加，不利于渠道水位變化時(shí)機(jī)組的調(diào)節(jié)運(yùn)用；如選用單機(jī)流量過(guò)小的水泵機(jī)組，則水泵數(shù)量增多，廠房及出水池規(guī)模增大，投資增加較大。因此，根據(jù)多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮進(jìn)水池水位、灌區(qū)用水需求，選用兩套不同功率、不同流量的4 臺(tái)潛水軸流泵，分別為：700QZB-70G2 臺(tái)，設(shè)計(jì)流量為1.2 m3/s，配套電機(jī)功率為90 kW；500QZB-100GA2 臺(tái)，設(shè)計(jì)流量為0.6 m3/s，配套電機(jī)功率為55 kW。當(dāng)水位高、用水需求大時(shí)開(kāi)啟大功率軸流泵；當(dāng)水位低、用水需求較小時(shí)開(kāi)啟小功率軸流泵，既滿足用水需求，又達(dá)到節(jié)能目的。

3）水泵出水鋼管布置。李莊泵站4 臺(tái)機(jī)組橫向梅花型布置。水泵出水鋼管通過(guò)鋼制三通分別伸向上下游兩個(gè)方向，出水鋼管上安裝手電兩用蝶閥控制出水方向。

2.2.4 泵站遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了便于操作，在管理房?jī)?nèi)設(shè)置了控制室和操作室，4 臺(tái)軟啟動(dòng)柜呈一字型布置，啟動(dòng)柜內(nèi)分別設(shè)有限流器、限位器和限壓器和電機(jī)相連，進(jìn)行非常狀態(tài)下的自動(dòng)控制，對(duì)電機(jī)進(jìn)行多重保護(hù)。在泵站進(jìn)口設(shè)有水位遠(yuǎn)程控制，與操作室的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)相連。在泵站出口輸水區(qū)段設(shè)有自動(dòng)測(cè)流儀，對(duì)泵站出水流量進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量。

2.2.5 出口段輸水渠道設(shè)計(jì)

出口段輸水渠道長(zhǎng)135 m，下游接王鋪分干二支渠向下游送水。輸水渠道設(shè)計(jì)斷面為復(fù)式斷面，輸水?dāng)嗝娼Y(jié)構(gòu)形式為全斷面現(xiàn)澆混凝土，厚度10 cm。由于站址處地勢(shì)較低，輸水渠道設(shè)1 m高堤防，堤防為均質(zhì)土堤，頂寬2 m，邊坡1∶2，內(nèi)堤腳處設(shè)1 m 寬混凝土硬化戧臺(tái)，既保證了土堤的安全，也作為管理人員巡視水情的交通便道。

3 實(shí)施及運(yùn)行效果

李莊排灌泵站于2017 年12 月底建成運(yùn)行。作為王鋪灌區(qū)的第二水源，與上游的王鋪泵站共同運(yùn)行，互為水源補(bǔ)充。以聊臨路、京九鐵路為邊界，王鋪泵站承擔(dān)邊界以西區(qū)域，李莊泵站承擔(dān)邊界以東區(qū)域的灌溉任務(wù)。項(xiàng)目建成后，經(jīng)歷了2018 年、2019 年兩年灌溉提水檢驗(yàn)，共開(kāi)機(jī)4 350 臺(tái)時(shí)，提水量達(dá)到1 277.71 萬(wàn)m3，完成灌溉1.06 萬(wàn)hm2，春灌灌溉周期由原來(lái)的47 d 縮短到39 d；由于馬頰河常年有水，李莊泵站根據(jù)需要可以隨時(shí)開(kāi)機(jī)提水，除春秋灌溉外共開(kāi)機(jī)提水1 872 臺(tái)時(shí)，提水量543.45 萬(wàn)m3，使王鋪灌區(qū)下游區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了適時(shí)灌溉，提高了灌區(qū)的適時(shí)灌溉率，每年新增糧食產(chǎn)量110 萬(wàn)kg，增產(chǎn)效益達(dá)到220 萬(wàn)元。李莊泵站運(yùn)行兩年來(lái)，工程設(shè)備完好率、安全運(yùn)行率、裝置效率、能源單耗等各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求，運(yùn)行情況良好。該泵站的投入使用緩解了王鋪灌區(qū)的用水矛盾，實(shí)現(xiàn)了水資源的科學(xué)調(diào)配和合理使用，解決了王鋪灌區(qū)下游用水難的問(wèn)題，同時(shí)也可減少區(qū)域洪澇災(zāi)害發(fā)生的頻次，降低洪澇災(zāi)害損失。