提升灌溉泵站提水效率的措施探討

鄭保林

（寧夏回族自治區(qū)紅寺堡揚水管理處，寧夏 中衛(wèi) 755100）

灌溉泵站是農(nóng)業(yè)供水的重要設施，隨著鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實施，灌溉泵站要進一步提高提水效率，以此滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的要求。紅寺堡揚水工程是寧夏扶貧揚黃工程的重要組成部分，于1998年開工建設，被譽為寧夏中部干旱帶上的“生命工程”。揚水工程為灌區(qū)帶來了巨大的經(jīng)濟、生態(tài)、社會效益。但隨著生態(tài)人口的不斷增加，灌區(qū)耕地面積也逐年增加，同時，灌區(qū)種植結構相對單一，主要為玉米和林草，導致灌區(qū)在灌溉用水高峰時期容易出現(xiàn)灌水調(diào)度緊張甚至泵站供水不足的問題，水資源供需矛盾日益突出，嚴重影響灌區(qū)農(nóng)民的收入水平。因此，如何提高灌溉泵站提水效率成為節(jié)約用水、解決水資源供需矛盾的重要舉措。

1 提高灌溉泵站提水效率的意義

隨著灌區(qū)人口的增加及現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的要求，提高紅寺堡泵站的提水效率具有重要意義：首先，提升泵站提水效率是滿足紅寺堡灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的必然要求。紅寺堡灌區(qū)作物種植結構單一，高溫干旱時田間土壤水分蒸發(fā)快，農(nóng)作物需水量大。提升灌溉泵站提水效率能夠有效提升泵站的供水質(zhì)量，根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人畜飲水等不同要求合理調(diào)整泵站供水，以此滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水，解決供水不足的問題[1]。其次，提升灌溉泵站提水效率是提升灌溉泵站經(jīng)濟效益的重要手段。“雙碳目標”戰(zhàn)略的實施要求灌溉泵站不僅要追求經(jīng)濟效益，還要突出生態(tài)效益。長期以來灌溉泵站一直致力于提升供水效率，但是往往忽視供水量與用戶需求之間的精準對接，導致泵站供水的整體效益不高。通過提升泵站提水效率可以促使灌溉泵站構建以客戶需求為準的供水服務模式，同時也在一定程度上增強了用戶的節(jié)水意識。例如紅寺堡地區(qū)多以旱作農(nóng)業(yè)為主，大部分地區(qū)采取漫灌、串灌的用水模式，但是隨著供水量的下降，用戶不得不選擇節(jié)能性能的管材或者灌溉技術，無疑促進了用戶的節(jié)水意識[2]。

2 影響灌溉泵站提水效率的原因

提高灌溉泵站提水效率是解決供需用水矛盾，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的重要保障措施。雖然紅寺堡揚水工程的建設規(guī)模在不斷擴大，但是其灌溉泵站供水效率依然難以滿足農(nóng)業(yè)灌溉用水的要求。筆者結合多年工作實踐，分析得出影響紅寺堡揚水泵站提水效率的因素主要表現(xiàn)為以下三個方面。

2.1 水質(zhì)條件相對較差，影響泵站提水效率

供水水質(zhì)條件是影響紅寺堡泵站供水效率的關鍵，如果供水水質(zhì)條件不高，則會直接影響泵站機電設備的運行效率，造成提水效率下降。由于紅寺堡泵站水源為黃河水，含沙量比較多，尤其是灌區(qū)用水高峰時期屬于黃河上游雨水多發(fā)季節(jié)，這樣的情況下黃河水中的泥沙量會顯著升高。而供水水質(zhì)泥沙含量的增加對泵站的運行效率會產(chǎn)生較大的影響：一方面，供水水質(zhì)含沙量的升高增加了提水機電設備的故障發(fā)生率，會影響泵站提水工作的持續(xù)開展。機電設備是泵站提水的主要動力設施，主要通過機械動能將供水水源輸送到供水管道中。如果供水水質(zhì)含沙量比較高，那么就會增加機電設備在提水的過程中水泵葉輪表面與水體間的摩擦，久而久之必然會導致水泵出現(xiàn)機械故障，從而迫使水泵停止工作，影響水資源的持續(xù)供給，給灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉造成巨大損失。例如由于水泵中的黃河水攜帶泥沙進入到主水泵中容易造成機封磨損，引起主水泵軸端漏水，甚至損壞機封迫使泵站停機停水，造成系統(tǒng)供水中斷、灌區(qū)灌溉中斷等不良后果。另一方面，泥沙水流會增加水力損失，降低泵站機電設備效率。水中泥沙含量的增加使得水容量增加，這樣在泵站機電設備進行提水操作時，水流中容易產(chǎn)生漩渦，導致泵站機電設備提水的總容量降低，使得水力損失增加，影響提水效率[3]。

2.2 配套供水設施不完善，供水管道設計不合理

構建完善的供水配套設施是提高泵站提水效率的重要舉措。紅寺堡揚水工程灌區(qū)面積越來越大，對泵站供水質(zhì)量要求越來越高，但是通過分析發(fā)現(xiàn)紅寺堡的配套供水設施相對不完善，尤其是供水管道設計的不合理問題成為影響泵站提水效率的重要因素。主要體現(xiàn)在以下三個方面：一是紅寺堡泵站供水配套設施不完善，影響供水效率。以進出水池為例，由于紅寺堡泵站地處寧夏，該區(qū)域常年少雨。特殊的地理環(huán)境及氣候特點使得泵站進水管向垂直水流方向吸水，當水頭發(fā)生90°轉彎時，就會導致水流中產(chǎn)生漩渦，造成水泵進氣，使得水位較低時前池末端機組出現(xiàn)取水不足的問題。同時伴隨動力下降產(chǎn)生振動，影響水泵的出水效率。二是供水管道設計不合理，增加水阻，影響提水效率。實踐證明供水管道設計不合理就會增加提水阻力，進而影響供水的工作效率。例如紅寺堡泵站供水管道多為鋼筋混凝土預制管道，由于管壁受出水沖刷，管壁內(nèi)表面出現(xiàn)粗糙麻面，這樣會增大流阻系數(shù)，導致水頭損失較為嚴重[4]。三是管道日常維護不到位，導致泵站提水受阻嚴重。由于紅寺堡泵站供水管線比較長，夏、秋季渠內(nèi)雜物比較多，如果不及時撈出，會堵住水流，抬高渠道水位，降低前池水位，進而影響水泵的正常運行。但是根據(jù)實踐調(diào)查，紅寺堡泵站在日常管道維護上缺乏對渠內(nèi)垃圾的清理工作，這也在一定程度上影響了泵站提水效率。

2.3 機電設備運行效率相對較差，信息化控制程度不高

機電設備是泵站提水灌溉的重要工具，機電設備運行效率直接影響泵站的提水效率。紅寺堡泵站機電設備種類繁多，雖然近些年紅寺堡泵站加大了對機電設備的檢修力度，并且對泵站設備進行了升級改造。但是根據(jù)調(diào)查結果，灌溉泵站機電設備運行效率不高的問題仍然是制約提水效率的重要因素：一是灌溉泵站機電設備老化現(xiàn)象突出，運行效率不高。而泵站機電設備的運行效率與提水效率有著直接關系，由于灌溉泵站機電設備運行環(huán)境相對惡劣，在機電設備

運行的過程中如果出現(xiàn)故障，則會直接影響泵站的供水質(zhì)量。以水泵為例，水泵是灌溉泵站提水的重要設備，由于灌區(qū)用水量的增加，而灌溉泵站并未提升水泵功率，導致提水效率不高。其原因主要是灌溉泵站機電設備老化，導致運行功率難以滿足提水效率的要求。二是灌溉泵站機電設備故障發(fā)生率比較高，影響泵站供水工作質(zhì)量。機電設備安全運行是泵站運行的基本保障，但是灌溉泵站機電設備在運行的過程中因管理不到位、零部件老化等問題容易出現(xiàn)各種機械故障。一旦發(fā)生機械故障則會直接影響灌溉泵站機電設備的正常運行，從而影響泵站持續(xù)供水。三是灌溉泵站機電設備信息化控制水平不高。以渠道直開口為例，紅寺堡揚水工程共有127座直開口，閘門開關是控制直開口的重要設施。雖然紅寺堡揚水工程構建了測控一體化閘門，但是卻存在測控一體化閘門數(shù)據(jù)與無喉道量水槽配水數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差的問題，導致部分直開口因配水流量較小，閘門開度小，容易被渠道雜物堵塞，造成流量不足[5]。

3 提高灌溉泵站提水效率的具體措施

針對影響灌溉泵站提水效率的因素，筆者認為紅寺堡泵站應該采取以下措施提高提水效率。

3.1 改善灌溉泵站供水水質(zhì)和泵站基礎設施

基于泵站水質(zhì)對泵站機電設備運行的影響，灌溉泵站要加強對供水水質(zhì)的監(jiān)測，降低泥沙含量過高水質(zhì)對機電設備的影響：一是要加強水泵機組改造工作，改善取水條件。針對供水水質(zhì)泥沙含量過高會對機電設備運行帶來諸多影響的問題，泵站要加強對水泵機制的改造升級。例如針對供水水質(zhì)泥沙含量高的特點，對前池進行擴容，選擇正向取水，這樣可以有效改善水泵取水的條件和進水流狀，減少水流阻力，以此降低水頭損失。二是要改善泵站基礎設施，優(yōu)化泵站機電設備運行效率。機電設備是提升泵站提水效率的關鍵工具。針對水質(zhì)泥沙含量較高影響機電設備運行效率的問題，灌溉泵站要結合水質(zhì)特點選擇相應的機電設備，以此提升泵站機電設備的運行效率，增加提水功率。例如針對紅寺堡水質(zhì)泥沙含量較高導致水泵葉輪與水體摩擦較大造成的故障問題，灌溉泵站要選擇功率更大的機械設備，以此降低機電設備的故障發(fā)生率，提升機電設備的工作效率[6]。

3.2 完善泵站提水基礎配套設施，合理設計供水管道

供水配套設施的完善與否與泵站提水效率有著直接的關系，針對泵站提水管道設施老舊、不完善的

問題，需要做好以下工作：一是要進一步完善供水基礎配套設施建設。影響泵站提水效率的因素比較多，任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會直接影響到提水效率。針對進出水池布局不合理導致提水效率不高的問題，泵站要提高進出水池效率。具體措施就是要改進不合理的進出水池的形狀及尺寸，將進出水池的擴散角、延長前池長度改為折線形、曲線形等，以此減少進氣渦流的產(chǎn)生。為了避免水池水力損失的發(fā)生，泵站可以在進出水池內(nèi)增加消旋裝置，通過增加消旋裝置解決進水池流態(tài)紊亂的問題，降低水泵故障概率。例如可以在進水池內(nèi)設置可隨水位變化的消渦裝置，以達到提升提水效率的目的。二是要提高管道系統(tǒng)效率。管道系統(tǒng)效率是泵站裝置揚程與水泵揚程之比，管長、管徑、數(shù)量以及安裝質(zhì)量等因素都與管道效率有著內(nèi)在關系。因此灌溉泵站要采取有效措施提升管道系統(tǒng)效率，針對紅寺堡灌區(qū)面積大、用水量大的特點，泵站要結合具體灌區(qū)地形實施相應的管道布局方案。例如在管道鋪設上要盡量減少附件，這樣可以有效減少水流阻力系數(shù)，提升水流的運動速度。三是要加強對提水管線的日常維護，及時消除滲水漏水等故障。由于紅寺堡地區(qū)地處寧夏，常年少雨。供水管線相對比較長，如果供水渠內(nèi)存在垃圾則會影響到水流速度，無形中造成水資源浪費。因此灌溉泵站管理人員要加強對提水管線的日常維護工作，尤其是在用水高峰時期要定期清理渠內(nèi)垃圾，以此減少水流阻力，提升供水效率[7]。

3.3 提高機電設備運行效率和提水系統(tǒng)自動化控制水平

機電設備是提升泵站提水效率的關鍵設施，為了降低機電設備的故障發(fā)生率，泵站要采取有效措施提高機電設備運行效率，提升泵站提水系統(tǒng)的自動化水平。可以從以下三個方面入手：一是灌溉泵站要及時更新機電設備，提高動力機的效率。動力機效率是動力機輸出功率與輸入功率之比。泵站動力機的種類比較多，因此泵站需要結合用水量合理配置動力機功率。根據(jù)相關統(tǒng)計，電動機負荷率大于或者等于0.7較為經(jīng)濟，因此泵站需要及時更換不符合提水效率的機電設備。泵站要更換合適的電動機型號，調(diào)整電動機的轉速，在不降低傳動功率的前提下使泵站處于高效運行的狀態(tài)。二是要加強對機電設備的維修保養(yǎng)，確保泵站安全運行。實踐證明機電設備出現(xiàn)故障后會直接影響提水效率，因此泵站要加強對機電設備的日常檢修維護，尤其是要做好高低壓室、中控室、進出水管道、液控蝶閥、變電所等隱蔽部位的安全監(jiān)控和隱患排查，確保其安全運行萬無一失[8]。以水泵維護為例，水泵在工作一段時間后，會產(chǎn)生摩擦，增加水泵的內(nèi)部損失，同時葉輪的光澤度也會降低。因此泵站機電設備管理人員要加強對水泵的維修保養(yǎng)，當水泵填料函中的填料發(fā)生損壞后要及時更換，以此提高提水效率。三是要構建自動化控制系統(tǒng)，以提升灌溉泵站的提水工作效率[9]。例如泵站要進一步優(yōu)化測控一體化的閘門控制系統(tǒng)，提升測量精度，減少管護工作量。

當然除了上述舉措之外，灌溉泵站還要做好提水調(diào)度工作，針對不同土質(zhì)、作物、天氣，科學靈活精準地調(diào)配水量。加強水庫、蓄水池的科學調(diào)度，利用渠庫聯(lián)調(diào)和調(diào)峰錯峰新機制，優(yōu)先保證農(nóng)灌用水。并且大力發(fā)展節(jié)水技術，轉變用戶灌溉理念，提升灌溉泵站用水效率[10]，助推鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略。

4 結語

綜上所述，提高灌溉泵站提水效率是滿足灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、推動農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的必然舉措。因此，灌溉泵站要采取有效措施提高提水效率，以此發(fā)揮泵站在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的價值。