關(guān)中某大型灌區(qū)分干系統(tǒng)五級泵站改造規(guī)模研究

郭 琰

（陜西黃河古賢水利樞紐開發(fā)有限公司,陜西 西安 710001）

1 概況

近年來,陜西省各大中型灌區(qū)建設(shè)于二十世紀八九十年代的泵站經(jīng)過多年運行,泵站工程設(shè)施、機電設(shè)備存在問題較多,泵站提水能力逐年下降。經(jīng)水利部評審,某大型灌區(qū)分干系統(tǒng)的五級泵站被列入大型泵站改造任務中。該分干系統(tǒng)由四級泵站、五級泵站、六級泵站、七級泵站、八級泵站等組成,列入本次陜西省大型灌溉排水泵站更新改造規(guī)劃的為前4 座泵站。五級泵站改造時面臨其所轄灌溉面積增大的實際情況,根據(jù)泵站改造的指導思想及上級主管部門的意見,確定泵站改造后的規(guī)模就成為該座泵站改造的首要任務。以下本文系統(tǒng)地闡述五級泵站規(guī)模確定的過程及各座泵站機組選型情況。

2 五級站設(shè)計規(guī)模確定

2.1 分干系統(tǒng)擴灌井灌區(qū)灌溉面積落實

該灌區(qū)在規(guī)劃設(shè)計階段,經(jīng)大量調(diào)研將幾個系統(tǒng)的控制灌溉面積中已有的井灌區(qū)面積做了核減,這種規(guī)劃原則在當時的社會歷史條件下,無疑是合理的,也得到了上級審批部門的認可。具體到本分干系統(tǒng)控制灌溉范圍內(nèi)核減了6.92 萬畝井灌區(qū),其中屬五級泵站提灌控制范圍內(nèi)有6.28 萬畝,這些機井零散的分布在灌區(qū)范圍內(nèi)。灌區(qū)開灌后,井灌區(qū)經(jīng)多年運行至今,因井位分散管理難度大、維修費用高,致使井泵嚴重失修,機電設(shè)備日趨老化。加之近年來,灌區(qū)地下水位下降,出水量銳減,井灌區(qū)供水保證率嚴重不足,這些問題致使井灌區(qū)已經(jīng)逐步失灌,轉(zhuǎn)而逐步完善了本灌區(qū)的斗農(nóng)渠,納入到本灌區(qū)中,也不可能再將那塊農(nóng)田強行返回井灌區(qū),這已經(jīng)形成事實。由此導致五級站實際供水面積增加,供水流量嚴重不足,尤其到夏灌無法滿足農(nóng)灌需要,客觀上急需良村站擴容增大流量。

本次改造灌區(qū)管理局對該分干系統(tǒng)五座泵站所控制的渠系灌溉面積進行了調(diào)查復核,除四級站控制的面積增加0.64萬畝井灌區(qū)外、涉及到五級站現(xiàn)狀實際所控制的灌溉面積及原規(guī)劃控制灌溉面積匯總見表1。

表1 空氣閥設(shè)置統(tǒng)計

續(xù)表1

續(xù)表1

由表1統(tǒng)計表可知,五級站后原規(guī)劃控制灌溉面積為8.68 萬畝,后來實施完成面積8.04 萬畝,現(xiàn)狀實際控制灌溉面積為14.32 萬畝,比原設(shè)計實施值8.04 萬畝增加了6.28 萬畝。

2.2 分干系統(tǒng)灌水率復核

在對本分干系統(tǒng)灌水率進行復核時,參考原灌區(qū)規(guī)劃成果及《黃河古賢水利樞紐工程陜西受水區(qū)規(guī)劃報告》中對該灌區(qū)灌水率的描述內(nèi)容,并采用式（1）進行灌水率計算：

式中：q凈為灌水率,m3/（s·萬畝）；為作物種植面積占灌區(qū)總面積比例,%；m為作物灌水定額,m3/畝；T為灌水延續(xù)時間,d。

需要特別說明的是,對于自流灌區(qū),每天灌水延續(xù)時間一般以24 h計,式（1）中常數(shù)為8.64；而良村系統(tǒng)為泵加壓抽水灌區(qū),每天抽灌時間一般以20 h~22 h計,則相應式（1）中常數(shù)一般取7.2~7.92,本式取7.5。據(jù)式（1）計算可得該灌區(qū)現(xiàn)狀灌溉制度,見表2。

表2 灌區(qū)現(xiàn)狀年灌溉制度

由表2可得到灌區(qū)現(xiàn)狀灌水率圖,見圖1。

圖1 工程位置圖

則由表2 及圖1 可知,該灌區(qū)泵站及續(xù)灌渠道設(shè)計流量應采用0.333 m3/（s·萬畝）。

2.3 分干系統(tǒng)擴灌后各級泵站流量確定

2.3.1 四級泵站本次改造后抽水流量

四級站從干渠抽水,為本分干系統(tǒng)首級站,原設(shè)計抽水流量3.99 m3/s、控制灌溉面積18.18 萬畝,本級灌溉面積3.859 萬畝,對應本級所需流量為0.96 m3/s,本次擴灌后本級新增0.64 萬畝井灌區(qū)灌溉面積,按灌水率計算,需新增灌溉流量0.21 m3/s,總計約1.17 m3/s。

根據(jù)本次四級泵站更新改造設(shè)計,改造后的四級泵站共安裝5 臺同型號的水泵電動機組,單臺機組設(shè)計流量為1.1 m3/s,泵站設(shè)計抽水流量5.5 m3/s?？鄢浔炯壒喔让娣e所需的約1.1 m3/s流量后,可以提供給五級站的流量為4.4 m3/s。

2.3.2 五級泵站本次改造后抽水流量

由表1 統(tǒng)計內(nèi)容可知,五級泵站現(xiàn)狀實際控制灌溉面積為14.32 萬畝,則其所需灌溉流量應為：14.32×0.333=4.77（m3/s）。而四級泵站實際可提供給五級站的流量為4.4 m3/s。

按照“以供定需”的指導原則,綜合考慮確定五級泵站的設(shè)計流量為4.4 m3/s。

2.3.3 六級、七級泵站本次改造后抽水流量

四級站扣除本級分水流量后,給其后面4 級泵站的供水流量不能滿足五級站后新增井灌區(qū)的灌水保證率,總?cè)彼髁繛?.37 m3/s。設(shè)計綜合考慮后按照五、六、七級等3 座泵站本級新增的井灌區(qū)面積大小情況,逐級逐站按所占總面積比例計算缺水流量配額。

（1）五級站

設(shè)計流量：4.4 m3/s；本級灌溉面積：4.65 萬畝（含本級新增井灌區(qū)面積：1.88 萬畝）；按灌水率確定本級實需流量：4.65×0.333=1.55 m3/s；按比例不能滿足的流量：1.88/6.28×（4.77-4.4）=0.11 m3/s；則五級站本級的實際灌溉流量為：1.55-0.11=1.44 m3/s。

（2）六級站

六級站設(shè)計流量為五級站的設(shè)計流量與其本級實際灌溉流量的差值。設(shè)計流量：4.4-1.44=2.96 m3/s；本級灌溉面積：3.08 萬畝（含本級新增井灌區(qū)面積：1.43 萬畝）；按灌水率確定本級實需流量：3.08×0.333=1.03 m3/s；按比例不能滿足的流量：1.43/6.28×（4.77-4.4）=0.09 m3/s；則六級站本級的實際灌溉流量為：1.03-0.09=0.94 m3/s。

（3）七級站

七級站設(shè)計流量為六級站的設(shè)計流量與其本級實際灌溉流量的差值。即：設(shè)計流量：2.96-0.94=2.02 m3/s。

由此就確定了五、六、七級等三座泵站的設(shè)計流量依次為：4.4 m3/s、2.96 m3/s和2.02 m3/s。

3 改造后系統(tǒng)各站流量匹配及機組選型

3.1 系統(tǒng)各站機組選型情況

本分干系統(tǒng)由四~八級泵站組成,結(jié)合各級泵站新增井灌區(qū)面積,設(shè)計對擴容改造后新抽水流量進行逐級逐站分配,并對各站按擴容抽水流量后設(shè)計工況機組臺數(shù)進行選型統(tǒng)計,具體見表3。

表3 分干系統(tǒng)改造后各站機組臺數(shù)選型表

3.2 系統(tǒng)級間抽水流量匹配分析

①設(shè)計工況

系統(tǒng)上一級泵站扣除本級灌溉分水流量后,余水揚至下一級站內(nèi),下一級站按設(shè)計流量選用水泵臺數(shù)即可。即系統(tǒng)各級泵站按設(shè)計臺數(shù)開機運行。具體如下：四級站開啟5 臺水泵機組抽水,其中單臺機組滿足本級抽水灌溉流量1.1 m3/s。其余4.4 m3/s揚水至五級站。五級站開啟4 臺水泵機組抽水,設(shè)計流量為4.4 m3/s,扣除本級抽水流量1.44 m3/s后,其余2.96 m3/s揚水至六級站。六級站開啟4 臺水泵機組抽水,設(shè)計抽水流量為2.96 m3/s,扣除本級流量0.94 m3/s后,余水2.02 m3/s由七級站開啟2 臺大流量泵抽水。

②小于設(shè)計流量工況

四級站可開啟1～4臺機組,抽水流量1.1 m3/s～4.4 m3/s,對應五級站、六級站均開啟1～4臺機組,從五級站開始每級扣除本級分水流量后,級間匹配滿足要求。

七級站原設(shè)計安裝3臺水泵,2大1小,流量擴容后,根據(jù)原廠房土建不大改、電壓等級不提高的改造原則,仍維持原機組臺數(shù)方案不變,機組抽水能力按設(shè)計工況時按2.02 m3/s選型。六級站單機抽水時,來水0.74 m3/s,扣除其本級灌溉分流流量后,七級站開啟一臺小流量泵,抽水能力為0.4 m3/s,可滿足級間流量匹配。

4 結(jié)論

本文結(jié)合泵站急需擴容改造的現(xiàn)狀情況,在對現(xiàn)狀實際控制灌溉面積進行核實的基礎(chǔ)上,進行灌溉制度的復核計算,最終確定該提灌系統(tǒng)各級泵站的設(shè)計流量。在此基礎(chǔ)上考慮級間流量匹配等問題進一步確定了各級泵站的機組選型,從而確定了泵站改造的規(guī)模,為下一步設(shè)計工作確定了原則和方向。上述泵站改造規(guī)模確定的過程也可為同類型提灌泵站規(guī)模的確定提供有益的借鑒經(jīng)驗。