灌溉泵站的施工技术（精选4篇）
灌溉泵站的施工技术 篇1
灌溉泵站作为一项水利工程项目, 对当前建设小康社会, 推动农村经济快速发展具有非常重大的现实意义。怎样使灌溉泵站积极发挥其排灌效益, 是现今水利工作需要重点处理的问题。再加之水管体制改革的日益深入以及灌溉泵站的快速更新换代, 有效解决该问题已经是一件刻不容缓的事情了。
1 实例概况
南海区狮山街头灌溉泵站主要包括进水渠、拦污栅闸1座、进水前池、泵站、出水涵洞等建筑物, 节制闸一座, 净宽24.0 m。其中泵站设计装机3台, 装机容量540 kW, 设计引水流量13.74 m3/s。泵站按引水流量及装机功率定中型泵站, 等级为三等, 主要建筑物为三级, 次要建筑物为四级, 临时建筑物为五级。
2 施工方法
2.1 施工排水系统
泵站或者是挡土墙底板等区域中的土质不良、水分较高, 为了使基础顺利施工, 通常对基坑地下水选择井点方式进行排水。
2.2 预制钢筋砼桩
(1) 定桩位:应根据基础施工图确定桩基础轴线, 并将桩位测设到地面上, 桩位可用石灰点或钉桩标出。 (2) 打桩的顺序:打桩顺序要考虑群桩在平面上的密集程度, 以及对桩周围土的挤压的均匀性。根据不同情况可采用三种顺序:自中间向两翼对称地进行;自中间向四周展开进行;由一端向另一端逐排打设。 (3) 定锤吊桩:打桩机就位后, 先将桩锤和桩帽吊升起来, 其高度应超过桩顶, 并固定在桩架上, 以便开始吊立桩身, 待桩吊至垂直状态后送入龙门导杆内。吊桩时应合理选择吊点, 吊点数和位置与桩的规格长短有关, 吊点应符合设计要求和起吊弯矩最小的原则。 (4) 沉桩:桩立正后即开始打桩, 起始几锤应控制锤的落距 (短距轻击) , 待桩入土一定深度稳定以后, 再以全落距施打。这样可以保证桩位准确, 桩身垂直。桩的施工原则应是“重锤低击”“低提重打”, 以尽量减少对桩头的冲击力, 不损伤桩顶, 加快桩的下沉。
2.3 砼工程的施工
2.3.1 模板的制作以及架立
(1) 模板质量好坏对砼外露的美观性有很大的作用, 因此模板制作要符合标准的质量控制。制作模板要采取那些材质优良难开裂的木材, 等到彻底干燥后才可以使用。钢模板材料通常都用3号钢材, 要尽可能选择组合模板, 此外要确保钢模连接缝的紧密性以及光滑性。 (2) 关于模板架立问题:外部选择钢管进行支撑并加以固定, 而内部选择对拉结合限位的方式。在墙身结构内选择对拉螺栓, 其中对拉螺栓需要通过相关螺母进行焊接以当做墙宽尺寸进行限位。螺栓均为一次使用, 此外还要在模板外采取双夹围令钢筋并相关蟹壳螺母对对拉螺栓进行固定, 等到拆模后再将围令钢管拿掉, 先清理掉对拉螺栓附近的一些混凝土, 然后将对拉螺栓割裂, 最后再通过高标号防水砂浆将孔堵塞。
2.3.2 钢筋的加工以及架立
(1) 钢筋施工过程中要坚持试验先行使用在后这一原则, 当其进场后要先开展焊接试验, 采取分批方式实施取样试验, 选择好焊条, 与此同时还要确保施工电焊抽检工作做到位。在施工过程中按照图纸并有关变更通知单, 进行钢筋放样图的制作, 提供规格大小不一的钢筋用量表, 交给监理进行审批。当钢筋加工结束后, 应该就地堆放并且离地距离要达到15 cm, 同时注意防雨。 (2) 关于钢筋架立问题:基础底层部位的钢筋根据设计保护层厚进行垫块的放置, 而面层钢筋需要通过砼柱进行支撑并加以固定。砼柱标号和施工处的砼强度一样, 其表面部位的凿毛清洗, 关于柱顶面高度主要取决于面层钢筋位置。而其他处的钢筋保护层需要根据不同位置的保护层厚进行等标号砼垫块的制作, 关于垫块埋设, 需要通过铁丝以及钢筋将其扎紧, 彼此之间要错开, 而且要确保均匀分散, 这样才能使结构受力筋具有的砼保护层满足设计标准。不管是钢筋绑扎还是其焊接都要根据规范进行, 与此同时要确保钢筋表面没有锈蚀, 油污以及污物, 保持平直。
2.3.3 浇筑工作与相关准备
(1) 在气候不符合, 不能顺利开展浇筑工作时, 不宜开展混凝土施工。 (2) 混凝土结构物构造的地基一定要验收达标, 并通过工程师检验, 才能为混凝土浇注施工做准备。 (3) 在开展混凝土浇筑工作前, 要及时让工程师对相关准备进行审核, 主要有冷却系统, 地基处理, 止水设备, 模板, 预埋件, 钢筋以及灌浆系统等, 以确保其切实根据图纸要求进行, 要注意做好记录工作。只有工程师认可后才能进行浇筑施工。 (4) 关于基面浇筑仓问题, 在对首层混凝土进行浇筑前, 一定得先设置一层大约2~3 cm厚的水泥砂浆。关于砂浆水灰比, 相比于混凝土来说应该降低0.03~0.05。而砂浆强度, 相比于混凝土来说, 应多出一级, 铺设工艺务必要使新浇混凝土可以和基岩以及混凝土进行良好结合。若仓面不进行水泥砂浆的设置, 那么应交论证报告获取工程师认可。 (5) 混凝土浇筑施工, 要根据工程师认可的方向, 厚度, 分层以及次序开展, 以使混凝土的供给能够均匀增长。在倾斜面上进行混凝土浇筑施工的过程中, 要由低处出发进行浇筑, 要确保浇筑面的水平性。 (6) 浇筑层厚, 要按照浇筑速度, 拌和能力, 气温, 运输长短以及振捣器性能等方面的因素进行确定。浇入仓面部位的混凝土应该一边浇一边平仓, 禁止堆积。仓中如果出现粗骨料堆积, 要将其均匀摊开在砂浆较多的地方, 不过禁止水泥砂浆将其覆盖, 以防引发内部蜂窝问题。 (7) 不满足要求的混凝土不得入仓。拌制完成的混凝土禁止再次拌和, 所有变硬而无法确保顺利浇筑施工的混凝土一定要清除并将其废弃。浇筑混凝土的过程中, 不得在仓中添水。 (8) 混凝土浇筑要不间断进行, 如果因放中断且大于规定间歇时间, 那么要算作施工短处理看待。关于规定间歇时间, 一般都取决于实验。 (9) 对混凝土施工缝进行的处理:浇筑完成的混凝土强度没有上升为1.5~2.5 MPa前, 禁止为上层浇筑做相关的准备。混凝土表面通过刷毛机, 压力水以及风砂等制作成毛面, 用水对其进行清洁后清理积水, 同时根据规定进行处理后, 才能对新混凝土进行浇筑。
2.3.4 养护与保护
混凝土表面通常在浇注结束后的大约12~18 h进行养护, 不过在炎热以及干燥环境中要事先进行养护。早期阶段混凝土表面常选择麻袋等物来遮挡并保持湿润, 以防受到阳光暴晒。混凝土关键处以及使用后期阶段强度的混凝土, 并在炎热以及干燥环境中, 合理增加养护期通常都在28天以上。所有混凝土工程在验收前, 不仅要满足以上养护要求, 而且要加强维护以及保护。尤其是浇筑块棱角以及突出处要重点保护。
2.3.5 对沉降缝的处理
止水直接决定着建筑物使用是否安全, 为使止水施工质量合格, 施工过程中务必要相当重视, 紧抓施工过程的不同阶段: (1) 水平以及垂直止水:不管是水平止水还是垂直止水, 其需要材料, 规格, 尺寸大小以及品种都要符合设计标准, 选择搭接, 其长度最小为20 mm, 同时选择双面焊, 在焊接施工过程中需要在试焊样品后报请监理审核同意后才能开展。 (2) 在开始制作紫铜片前, 需要在加工场进行火烤, 等到铜片回软后再开展模压加工, 同时实施试水试验。等到现场安装好后再开展试水验收工作, 接着治理烘干并进行水平止水, 最后进行热沥青的灌注。 (3) 水平止水交叉以及垂直止水相交的部位需要首先于加工场进行水平止水交叉点的制作, 现场完成水平以及垂直止水二者之间的搭接焊接, 关于垂直止水铜片, 一定要和该基础厚度保持一致, 以使渗径长度满足要求。止水槽在还未进行热沥青灌注前, 一定要清理干净并将其烘干。热沥青灌注需要一次酒实, 当其冷却后收缩一些, 再开展二次灌注将其灌平。如果气温较低.那么灌注沥要注意做好保温工作。
2.3.6 砼表面质量
因为闸墩较大, 因此对砼表观质量提出的要求较高, 专门选择这些措施: (1) 合理以及均匀分层进行浇筑, 不仅能使振捣充足而且能防止过振问题。 (2) 为使迎水面以及背水面保持平整并使外观质量合格, 模板选择木模平整、而且接缝平滑, 不管是强度还是刚度都要满足要求。 (3) 关于砼接缝问题:如果条件允许, 要尽可能保证接缝处为原来下层模板的上面一段长度, 以避免接缝错台以及漏浆问题。
3 结语
该工程项目通过水利主管单位以及相关质量监督部门进行了单位工程验收并试运行后对一些遗留问题做了整改。从试运行开始运行直到现今为止, 泵站符合设计标准, 被选为优良工程。
摘要：南海区狮山街头灌溉泵站工程在街头水闸自流引水的基础上, 增加了动力提水, 提高了引水的可靠性, 解决了狮山镇官窑、松岗和大沥镇农业水质性缺水问题。本文主要对此灌溉泵站的施工技术进行探讨。
关键词：灌溉泵站,施工技术,实例
参考文献
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[4]刘泽俊, 张占, 李延安, 等.新建睢宁二站泵站深基坑施工方案优化[J].水电能源科学, 2011 (10) .
灌溉泵站的施工技术 篇2
据不完全统计,目前我国已建成抽黄灌溉的高扬程泵站主要分布在甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西等五省区,共有泵站约3.1万多处,装机功率310多万k W[1]。另外,在河南、山东等省也还有少部分抽黄灌溉的高扬程泵站,但数量相对较少。五省区的泵站中绝大部分从黄河及其支流抽水灌溉,灌溉面积约29.33万hm2,为改善当地农业生产条件、居民生活条件、生态环境和促进农业增效、农民增收、农村经济乃至经济社会发展等做出了重大贡献。但是,这些泵站大多建于20世纪80年代及以前,限于当时的经济、技术等条件,设备选型不配套、施工质量不可靠,建设之初就形成了“先天不足”,重建轻管又引起“后天失调”,工程老化失修、功能下降、效益衰减和装置效率低、运行能耗高等问题严重,导致泵站运行的可靠性和稳定性差、安全运行无保障,工程整体效益长期得不到有效发挥。泵站存在的问题得到了党中央、国务院的高度重视,于2009年启动了包括五省区的大型高扬程梯级泵站在内的全国大型灌溉排水泵站更新改造工作。
据全国大型灌溉排水泵站更新改造资料统计,上述五省区共有大型灌溉泵站42处831座,装机3 851台,装机功率177.15万k W,设计流量868 m3/s,其中列入全国大型灌排泵站更新改造计划的39处488座,装机2 593台,装机功率132.86万k W,设计流量718 m3/s。目前,这些泵站已完成或正在进行改造工作,在改造中,为解决抽黄灌溉的高扬程泵站进出水池泥沙淤积、水泵磨蚀和水泵机组运行稳定性差等问题,应用了大量的新技术、新设备、新材料,取得了较好的效果。
1 抽黄灌溉的高扬程泵站存在的主要问题
黄河是世界上含沙量最大的河流,根据2010年实测资料显示,黄河水文代表站潼关站多年平均输沙量为10.5亿t,多年平均含沙量8.65 kg/m3。自黄河干、支流抽水的泵站普遍存在进水池泥沙淤积、水泵磨蚀、水泵选型不尽合理、出水池设计不合理等问题。
1.1 进水前池泥沙淤积及流态恶化
泵站进水前池是把引渠和泵房合理衔接起来的重要进水构筑物,其作用是使水流均匀平顺地从引渠流入进水池,为泵站运行创造良好的水力条件。对多泥沙河流泵站而言,前池内的大尺度回漩或漩涡会引起泥沙淤积,缩减进水断面,改变流向,从而导致进水条件的恶化。严重的进水前池泥沙淤积,不仅改变了前池水流的原始形态,前池内大量泥沙淤积必然造成过水断面被泥沙挤占,严重影响前池的行水通道和有效空间,降低了水泵的运行效率,进而增加输水能耗和成本;而且水流的高含沙量加剧了水泵机组的过流部件磨蚀,增加了机组维护费用等[2]。
1.2 水泵存在的问题
水泵存在的问题主要包括以下3个方面:
(1)水泵自身设计的问题。部分水泵的水力模型是20世纪60、70年代设计的,性能指标落后,效率较低。水泵自身在设计上存在很多问题,如汽蚀余量高、叶道内二次流严重、高效区窄等[3]。
(2)双吸离心泵的运行稳定性问题。双吸离心泵具有流量大、扬程高、轴向力小、运行平稳等特点,在高扬程抽黄灌溉泵站中被普遍采用。但是,目前双吸离心泵常存在比较突出的运行稳定性问题,内部表现为较强的压力脉动,外部表现为剧烈振动和噪声[4]。例如,某引黄工程二级站在2009年安装了4台1200S-32型双吸离心泵,运行1个月后,4台水泵的叶片均因压力脉动和振动而出现裂纹,一直处于停机状态。随着在建和新建大型泵站中水泵流量和扬程的不断增加,面临的压力脉动和水力振动问题将更加突出。
(3)过流部件磨蚀严重。在抽黄灌溉的高扬程泵站中,水泵磨蚀问题较为突出。水泵过流部件受泥沙磨损、汽蚀或两者共同作用后,部件形状发生改变,对水流流态产生一定影响,同时高低压区串水,容积损失加大,水泵出水流量减少,装置效率下降,对泵站安全运行、经济运行产生严重不利影响:首先是严重影响了水泵的容积效率,由于磨蚀后间隙增大,高压侧水流向低压室泄漏,泵体隔舌缩短后使泵内部分水流始终在泵体内作环向运动而甩不到出水口,致使水泵效率降低,一般情况下,抽黄高扬程泵站的水泵运行一个灌溉季节(1 500~3 000 h),效率下降3%~5%,严重的下降10%,甚至叶轮报废;其二是水泵磨蚀后出现蜂窝、麻面、沟槽,使水流阻力系数增大,同时引起水泵振动和噪声;其三是由于磨蚀严重,缩短了水泵使用寿命,增加了设备维修和更新的费用;其四是叶轮磨损后,出水量明显减少,对能源单耗影响更大[5]。
1.3 出水建筑物设计不合理
出水建筑物包括出水池以及相关的辅助设备,其主要功能是有效地扩散水流、回收动能。从目前已建抽黄灌溉的高扬程泵站出水池的情况看,一是部分泵站出水池的结构尺寸较小,池中流速较大,故水头损失比较大;二是部分泵站出水管与出水池、出水池与渠道之间的连接不顺畅,水池形状和相对尺寸不符要求,造成出水池的水头损失较大;三是部分正向出水池,出水管道出水流速较大,出水池结构尺寸较小,当水流冲进出水池时,水流不能及时扩散,各台机组的出水管道水流之间相互挤压排斥,阻塞出水,导致出水管道无法正常出流,同时交互作用下的相互出流,引起出水池中流速不均、压力不等,从而使水流在惯性力作用下,令部分区域形成负压,产生回流、偏流、脱流等现象,不仅增大了能量消耗而且恶化了水流条件;四是侧向出水池中的水流需要经90°转弯后进入渠道,但部分出水池宽度过窄,出水管的出流会冲击池壁,挤压出流,从而壅高出水池水位,降低出水池效率。另外,对抽黄灌溉的泵站来讲,还存在由于出水池形式和结构尺寸设计不合理所导致的泥沙淤积问题[6]。
2 泵站改造中应用的新技术及效果
为给大型灌排泵站更新改造提供技术支撑,国家科技部和水利部将“灌区大型泵站改造关键技术研究”、“大中型排灌泵站改造与高效运行关键技术与设备”、“大功率灌排泵研制与开发”和“引黄灌区大功率泵站改造技术研究与示范”等课题或子课题列入国家科技支撑项目开展研究,其中针对抽黄灌溉的高扬程泵站改造,经研究形成了许多新技术,并应用于实际泵站改造工程。
2.1 泵站前池与进水池控涡技术
2.1.1 基本原理
大中型灌溉泵站由于运行环境和设计方面的原因,前池、进水池存在数量较多、尺度较大的表面旋涡。进水喇叭口附近的吸入涡、附壁涡和附底涡现象与恶劣来流条件、进水喇叭口的淹没深度、悬空高和后壁距等密切相关,可导致水泵机组剧烈振动。对于已建成泵站,淹没深度、悬空高和后壁距往往难以改变,在前池、进水池底安设消涡装置是最主要的消涡手段。
前池设置导流墩有利于调整水流的流向和流量分配,使水流平稳,水量分配均匀。加设导流墩实际上减小了前池扩散角,不仅削弱了回流和偏流,也减小了前池的有效过水断面面积,增大池中流速,防止泥沙淤积,如图1所示。为了二次整流,在八字形导流墩后设置川字导流墩,以保证来流均匀的进入吸水喇叭口。川字导流墩相较八字导流墩而言,长度小,高度低,但足可切断前池底部横向流动。前池和进水池的整体流动更加平顺,也避免了泥沙的淤积。相比传统单一形式的导流装置,八字导流墩与川字导流墩的组合能起到更好的控涡除淤效果。在吸水喇叭口引入十字消涡板,附底涡显著减小。原吸入口正下方底面大面积的附底涡被十字消涡板阻隔,强度大大削弱[7]。
2.1.2 关键技术和设计特征
综合前池与进水池流态分析与控制研究成果,形成了定量化的前池与进水池控涡技术。主要技术要点如下:
(1)前池与进水池控涡设施主要由组合式导流墩与X型消涡板组成。其中,组合式导流墩由顺水方向高度逐渐减小的八字型和川字型导流墩构成;X型消涡板由4块拟三角形钢板组成。
(2)八字型导流墩位于进水池中间,长度和高度尺寸较大,主要抑制前池大尺度空间旋涡,调整流动均匀性,避免局部泥沙淤积;川字型导流墩置于八字导流墩之后的合理区域内,较为短矮,对八字型导流墩的尾迹场进行二次整流,当机组工作台数较少时切断吸水喇叭口前端空间旋涡;X型消涡板位于进水池吸水喇叭口正下方,其作用是切断水泵吸水喇叭口下方的回转流动,特别是附底涡和附壁涡。
(3)八字导流墩参数:如图2所示,头部距离前池进口断面L1=(1/3~1/2)L(L为前池池长);长度L2=(1/5~1/4)L,高度H1为最低水位时水深的90%,其安放角度需保证每条导流墩位于前池进口与进水池边机组吸水喇叭管中心的连线上。
(4)川字导流墩参数:长度L5=(1/5~3/10)L2,高度H2=(2/5~3/5)H1,距离L4=1/6 L,其安放角度需保证每条导流墩位于八字型导流墩尾端与进水池隔墩前端的连线上。
(5)消涡板(单块三角形钢板)参数:如图3所示,底边长D=(0.4-0.6)D0(D0为吸入喇叭口直径);高度H=(0.5-0.6)hc(hc为喇叭口悬空高);顶边长Dt=(0.1-0.2)D0。三角板下部去除尖角。
(6)以上配置针对4台机组的情况;当机组台数变为5时,川字型导流墩的安放位置以两个边机组为准;当机组台数变为3时,取消川字型导流墩,将八字型导流墩延伸至进水池,并与隔墩相连。当机组台数大于5时,在内修建长导流墩,将前池和进水池分隔成由3、4或5台机组组成的独立单厢。
2.1.3 应用效果
“组合式变高度导流墩+X型除涡板”控涡技术在山西、甘肃等地多座抽黄灌溉的高扬程泵站前池与进水池改造中应用,经现场观测或测试,进水前池、进水池的回转流动区特别是水泵吸水喇叭口下方的附底涡和附壁涡明显减少、泥沙淤积状况得到了明显改善,从而提高了水泵进水效率、减轻了水泵气蚀和振动。
2.2 水泵装置选型优化技术
2.2.1 基本原理
水泵装置选型优化技术是指以水泵装置选型过程中涉及到的泵站前池、进水池、进水流道、出水流道、出水池和水泵为研究对象,利用现代计算流体动力学(CFD)理论对泵站各部分水流状态和水力损失进行计算,然后根据计算结果对泵站有关结构尺寸进行调整,从而保证泵站各部分处于最优匹配状态,达到水泵运行平稳、整体水力损失最小的目的。CFD是20世纪末期开始出现的一种用于求解复杂三维流动的新型工具,它将一个泵站复杂区域内的流体力学连续问题,用数百万个单元离散,然后在单元上求解离散方程组,从而得到各计算节点的速度和压力,再据此计算出任意两个断面间的水力损失,包括泵站水流区域三维造型、计算网格划分、边界条件和初始条件设置、湍流模型选择、近壁区处理、控制方程空间域及时间域离散格式设定、方程组求解、后处理等多个环节。CFD提供的是流场中任意一点的三维速度与压力。泵站优化参数一般包括前池长度、前后宽度、扩散角、池底坡度、进水池吸水喇叭管淹没深度、悬空高、后壁距、水泵安装高度、弯肘形进水流道转变半径、虹吸式出水流道顶点位置等。
2.2.2 关键技术特征
水泵装置选型优化技术整体流程如图4所示。其中,CFD部分流程包括:①针对准备更新改造的已有泵站,在UG或Pro E等软件中进行过流区域的实体造型(对于泵段部分,如无木模图,可采用FAN模型来模拟);②采用六面体或四面体单元对整个计算域划分计算网格,一般生成至少包含数十万个单元的网格域;③设置流速、壁面等边界条件;④采用CFD软件进行流场计算[8]。
2.2.3 应用效果
水泵装置选型优化技术在山西等多座泵站进行了试点应用,测试表明,泵站装置效率提高3%以上,降低泵站能源单耗0.2 k Wh/ktm以,节能效果显著,而且还大大提高了水泵机组运行的可靠性和稳定性。
2.3 双吸离心泵叶轮交替加载与V形交错技术
2.3.1 基本原理
针对双吸离心泵双侧进水叶轮,以特定的内流场分布为目标(即反问题设计方法[9]),在叶片前盖板和叶片后盖板上设定不同的载荷加载方式,主加载区随泵性能而变,同时,载荷加载方式与叶片出口边倾斜相结合,实现对射流尾迹的控制,并对双侧叶轮适当交错,最终实现双吸泵叶轮V形交错叶片构形。
反问题设计方法是目前离心泵叶轮水力设计的主要方法之一。与常规设计方法中通过叶片几何参数控制叶片形状不同,反问题设计方法是根据已知设计性能要求,计算出叶轮形状。利用反问题进行设计计算,需给定一定的流场条件和叶片初始形状的轴面投影图开始迭代计算,通过计算得到符合流场需求的叶片形状,是一个正反问题迭代计算的过程。由于反问题可以比较直接的控制流场条件,正问题收敛性好,因此,在水力机械设计领域应用越来越广泛。
2.3.2 设计方法
结合上述反问题设计原理,采用叶片交替加载技术设计理论对需要改造的双吸离心泵叶轮进行优化设计[10]。该技术采用前后盖板交替加载的载荷分布方式,结合双侧叶片出口边倾斜呈“V”字型,并均匀交错双侧叶轮的方法对叶轮进行优化设计。其中优化后的叶轮在原始叶轮的基础上运用叶片交替加载技术进行再设计,在后盖板位置增加一定厚度(根据水泵的扬程、流量等参数的不同,其厚度不同)的隔板,再均匀交错布置两侧叶轮。应用双吸离心泵叶轮交替加载与V形交错技术优化设计前后的双吸离心泵叶轮形状如图5所示。
2.3.3 应用效果
应用双吸离心泵叶片交替加载与V形交错技术设计的双吸离心叶轮,用于山西某抽黄泵站二级站改造的3号、9号机组(叶轮直径1 150 mm、设计扬程32.0 m、单机流量3.0 m3/s、配套功率1 400 k W),水泵机组在泵站安装后,进行了泵站现场装置效率及振动、压力脉动等测试。经测试,双吸离心泵高效区拓宽30%以上、设计工况效率提高3.19%、压力脉动峰峰值平均降低50%以上,取得了很好的效果,不仅降低了双吸离心泵在高效区运行时泵内压力脉动峰峰值和叶频成分压力脉动幅值,而且还使双吸离心泵的高效区拓宽,从而有效提高了效率、降低了能耗,大大提高了运行稳定性。
2.4 基于转子变频的离心泵机组调速技术
2.4.1 基本原理
基于转子变频的离心泵机组调速技术是在离心泵机组上采用内馈电机及其转子交流变频调速装置和自动调节控制装置,在离心泵机组运行中,根据泵站供水量或泵站扬程(进水池水位)的变化情况,自动调节电动机转速,以保证在满足泵站抽水流量的前提下使水泵机组效率最高,或在泵站扬程发生变化时使水泵机组在高效区运行。
2.4.2 关键技术特征
基于转子变频的离心泵机组调速技术,采用的是高压电机低压变频,相对电机定子侧高压变频装置,成本低、安全可靠。内馈电机的调速原理如图6所示,该技术有效解决了因灌溉离心泵站需要流量发生变化,采用变阀调节或分流调节来满足流量目标而不节能、运行不稳定等问题,提高了泵站装置运行效率、降低了泵站能源单耗,保证了泵站工程效益的充分发挥[11]。
2.4.3 应用效果
基于转子变频的离心泵机组调速技术,在陕西省某抽黄灌溉工程的五级站和七级站进行了应用。经测试表明,五级站采用的无刷双馈调速系统[由一台400 k W双馈调速电机和2面控制柜(变频器柜、水阻柜)、变频电源变压器、切换辅助设备等组成],在额定转速下,调速电机的效率高于普通电机的效率,与离心泵节流调节分别压阀50%、65%和80%运行相比,在同样的流量调节目标下,机组调速调节的节能率分别达到4.30%、15.04%和26.03%;七级站采用的有刷内馈调速系统[由一台315 k W内馈调速电机和3面控制柜(电阻柜、启动柜、斩波柜)、切换辅助设备等组成],在额定转速下,调速电机的效率与普通电机的效率基本相同,与机组节流调节分别压阀50%、65%和80%运行相比,在同样的流量调节目标下,机组调速调节的节能率分别达到3.56%、6.93%和17.12%。从上述测试结果可以看出,当泵站需要调节的目标流量越小,节能效果越显著。
2.5 推荐使用的水泵抗磨蚀技术
对引黄灌溉的高扬程泵站,叶轮的母材采用高抗磨性能材料,叶轮采用硬喷涂,其他过流部件采用软喷涂,能有效提高水泵的抗磨蚀性能[5]。
(1)泵壳、叶轮、密封环等制造采用的抗磨蚀材料及要求。泵壳采用性能不低于ZG20Si Mn的材料铸造,其厚度应满足设计压力加上3~5 mm的最小允许磨损厚度;叶轮采用抗汽蚀、抗泥沙磨损并具有良好焊接性能的Q235钢板或0Cr13Ni4Mo(不锈钢,碳含量≤0.05%)钢板模压成型焊接,叶片表面硬度不低于HB260;泵轴采用性能不低于20Si Mn的材料,并应有足够的刚度和强度;动、静密封环均应采用抗泥沙磨损、耐磨、耐热、耐腐蚀且不易断裂的材料制造,动、静密封环硬度应有一个硬度差(转动部分的硬度高、固定部分硬度低),硬度差一般为30~40 HB。
(2)叶轮、密封环等采用的抗磨蚀喷涂材料及要求。叶轮、密封环等采用HVOF硬涂层,HVOF喷涂涂层应均匀,喷涂材料性能不低于WC-Co Cr(碳化钨金属陶瓷混合物),喷涂厚度不小于0.35 mm,喷涂层表面粗糙度Ra不低于6.3μm,喷涂黏接强度不低于90 MPa,硬度HV0.3不低于1 300。
(3)泵壳等采用的抗磨蚀喷涂材料及要求。泵壳等其他部件过流面采用软涂层,软涂层采用性能优良的材料,质点硬度不低于2 100 MPa,抗撕裂值不低于32 N/mm2,涂层厚度不低于2 mm,涂层聚合后应进行抛光处理,表面粗糙度Ra应不大于12.5μm。
(4)钢板焊接叶轮与焊补修复及表面涂敷非金属抗磨蚀材料技术。钢板焊接叶轮技术采用Q235钢板热压焊接成型的叶轮,由于机械性能优于不锈钢和铸铁,且易于加工,表面光洁度好,叶型符合设计要求,可提高水泵的抗磨蚀能力,其使用寿命可达铸铁叶轮的2倍以上。
对于新的Q235钢板焊接叶轮,叶片等过流表面采用改性聚氨酯复合树脂涂护技术进行涂护,叶轮与口环相摩擦的表面采用合金粉末喷涂(焊)技术进行涂护,可有效延长叶轮磨蚀时间;对于使用过且已磨蚀的Q235钢板焊接叶轮,首先对叶轮表面进行除油除锈,其次是采用焊补修复技术对叶轮表面磨蚀部位(主要是大的孔洞)进行焊补修复及打磨成型,再次是采用改性聚氨酯复合树脂涂护技术对叶片等过流表面进行涂护,叶轮与口环相摩擦的表面采用合金粉末喷涂(焊)技术进行涂护,修复利用并延长叶轮磨蚀时间,增加水泵抗磨蚀修复的时间间隔,降低水泵修复、维修成本。
3 结语
(1)目前抽黄泵站主要存在的问题包括:进水前池泥沙淤积及流态恶化、水泵设计和选型不当引起效率低、运行稳定性差、过流部件磨损严重以及出水系统设计不当引起能耗和泥沙淤积等问题。
(2)本文所推荐的泵站前池与进水池控涡技术、水泵装置选型优化技术、双吸离心泵叶轮交替加载与V形交错技术、基于转子变频的离心泵机组调速技术、水泵抗磨蚀技术等5项技术成果可以明显改善抽黄泵站存在的能耗高、稳定性差、泥沙磨损和淤积等问题,对于抽黄泵站的改造具有重要的应用价值。
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灌溉泵站的施工技术 篇3
广西是一个半山区、半丘陵的省区,境内降雨时空分布极度不均,降雨多集中在4-9月份,约占全年降雨量的70%～85%,加之河川径流量的地区分布及年内分配相差很大,不但容易形成江河的特大洪水和严重枯水,甚至发生连续大水年和枯水年,造成水旱灾害频繁交替发生。此外,广西境内石灰岩岩溶地区分布面积广,约占广西土地总面积的51%,由于石灰岩地区溶洞、溶孔、溶隙极为发育,且土壤覆盖层薄,土质多为砂壤土,造成表土层保水性能很差。基于广西境内特殊的水文气象和地质地貌,灌溉排水泵站历来是广西农业抗旱、水资源调节分配和有效利用的重要水利工程。当前,在中央切实保护好耕地特别是基本农田、确保基本农田总量不减并制定实施一系列惠农政策的强力支持下,农民种田积极性提高,灌溉排水泵站的重要性更加突出,加快推进广西中小型灌溉排水泵站建设显得更为迫切。
1 中小型灌溉排水泵站现状
截止2010年底,广西有中小型灌溉排水泵站1.321 0万座(不含涉及城市防洪、调水、冲污泵站,以及移动泵站、机电井泵站、喷微灌泵站和低压管道输水灌溉泵站),其中:灌溉泵站1.307 6万座,排涝泵站99座,灌排结合泵站35座。1.321 0万座中小型灌溉排水泵站总装机容量38.27万kW,总设计流量1 083.53 m3/s。其中:中型灌溉排水泵站31座(灌溉泵站27座,排涝泵站1座,灌排结合泵站3座),总装机容量5.23万kW,总设计流量110.34 m3/s;小型灌溉排水泵站1.317 9万座(灌溉泵站1.304 9万座,排涝泵站98座,灌排结合泵站32座),总装机容量33.04万kW,总设计流量973.19 m3/s。中小型灌溉排水泵站现状实际灌溉总面积31.40万hm2,约占全自治区2010年水利工程有效灌溉面积152.20万hm2的20.6%。灌溉排水泵站为促进广西农业生产的发展、减少水旱灾害损失、合理分配和有效利用水资源等方面发挥着巨大作用。广西现有的31座中型灌溉排水泵站均由市、县(市、区)行政主管部门管理,近几年平均水费收到率43.3%,维持正常运行资金缺口674万元;现有的1.317 9万座小型灌溉排水泵站,市、县(市、区)级直管的有15座,乡、镇一级、街道办和农垦、农场直管的有1 188座,由村、屯或农民用水者协会自行运营管理的有1.197 6万座,占中小型灌溉排水泵站总数量的90.7%,近几年平均水费收到率21.8%,维持正常运行资金缺口1.311亿元。中、小型灌溉排水泵站近几年平均水费收到率32.6%,与2006年调查统计的广西农业用水水费平均收到率37%相比,低4.4%。
广西现有的中小型灌溉排水泵站绝大部分建于20世纪60-80年代,建于该时期的中小型灌溉排水泵站建设标准低,设备配套不合理,加之运行了30～40多年,普遍存在机电设备老化、磨损严重,泵房结构陈旧老化严重,运行管理自动化、信息化水平低等问题,不少泵房已成危房,严重危及运行管理人员和机电设备的安全。由于设施的老化、磨损和落后,中小型灌溉排水泵站正常运行率仅为15.3%,带病运行率为81.8%,无法运行的占2.6%。
广西现有的1.321万座中小型灌溉排水泵站中需更新改造的总计1.114 5万座,占总数的84.4%,需更新改造装机功率31.95万kW,装机台数1.331万台。其中:
(1)中型泵站:需更新改造23座,占中型总数31座的74.19%,需更新改造装机功率3.82万kW,装机台数139台。
(2)小型泵站:需更新改造1.112 2万座,占小型总数1.317 9万座的84.39%,需更新改造装机功率28.13万kW,装机台数1.317 1万台。
目前为止,已进行更新改造的中小型灌溉排水泵站611座(中型8座,小型603座),仅占需更新改造的中小型灌溉排水泵站1.114 5万座的5.55%。
2 中小型灌溉排水泵站存在的主要问题
2.1 工程运用及运行状况总体上较差
广西中小型灌溉排水泵站绝大部分建于20世纪60-80年代,由于受当时设计施工水平的制约,现有泵站普遍存在标准低、设备技术落后等缺陷,且多数泵站已运行30～40多年,运行时间长,已超过20～25年的正常安全使用期,泵站机电设备和工程设施老化损坏较为普通和严重,绝大部分泵站设备带病运行,导致不安全因素时有发生,泵站运行效率逐步下降,能耗不断提高,运行管理费用增长,成本不断上涨,效益逐年降低,不少泵站已经无法正常运行甚至停止运行,严重影响了泵站安全运行和效益的发挥,工程运用及运行情况总体上较差。
(1)使用年限长,功能衰减。
中小型泵站绝大部分建于20世纪60-80年代,虽然这一时期泵站建设速度较快,但相当一部分泵站工程设计标准低,水工结构施工质量差,到现在大部分泵站超过20～25年的正常安全使用期,设备老化,运行功能日渐衰减。
(2)设计不规范,运行可靠性差。
由于历史的原因,大部分泵站可谓“先天不足”,有的泵站进水池设计不规范,导致进水池流态紊乱,并伴有旋涡、汽蚀、振动等现象,有的泵站出水池设计不符合要求,导致水头雍高,水头损失大,泵站运行可靠性较差,运行效率和工作性能急剧下降。
(3)工程老化,失修严重,灌排标准逐年下降。
许多泵站机电设备和结构老化,主机组陈旧破损,电气设备绝缘性能下降,安全可靠性明显降低。大部分泵站由于维修经费缺乏,年久失修,泵站的闸阀、钢管锈蚀、腐蚀严重,泵站结构碳化、开裂、沉陷、破损严重,机电设备故障频发,灌排标准在逐年下降,不少泵站仅能达到5～10年一遇的灌排标准,严重影响泵站安全运行和效益发挥。
(4)运行效率低,能耗超标。
大多数泵站由于缺乏管护资金,维护少,导致泵站工作性能下降,灌排流量比额定流量小许多,泵站装置效率远低于现行部颁标准,泵站运行工况点常年偏离泵站的高效区,运行效率低,能耗较高。
(5)效益衰减,抗灾能力显著减弱。
由于设备年久失修,老化严重,泵站设备的完好率和运行可靠性大大降低,抵御自然灾害能力明显减弱。在汛期,由于受洪水顶托,外河水位抬高,排水阻力增大,排水流量减少,在枯水季节和干旱年份,外河水位或者地下水位较低,提水扬程增大,由于设备老化,灌排效益下降,有的泵站在较高洪水位或较低水位时甚至被迫停机,泵站抗御洪水和干旱灾害能力显著减弱。
2.2 工程管理体制和运营机制问题突出
随着市场经济体制的逐步建立和发展,传统的工程管理和运营方式同新的生产体制不相适应。特别是中小型水利工程,多数由国家和集体投资、群众投劳兴建,随着农村生产关系的变革和联产承包责任制的实行,农业生产由集体经营转变为家庭经营,原来属于国家、集体所有的工程的管理体制与农村分户经营的模式不相适应,加大了工程管理和运营的难度,制约了工程效益的发挥。由于农村水利体制改革滞后于农村经济体制改革,致使工程设施处于建、管、用相脱节的状况,泵站工程管理体制和运营机制问题突出。
(1)管理体制不完善,管理责任不落实。
目前,广西的中型灌溉排水泵站由市、县(市、区)行政主管部门管理,小型灌溉排水泵站绝大部分由村、屯或农民用水者协会自行运营管理。农村实行家庭联产承包责任制后,农村集体经济组织逐渐退出了中小型灌溉排水泵站工程的建设和管理,工程的归属不明确,管理责任不落实,农民的分散经营和水利设施集体受益之间的矛盾日渐加剧。农民长期受计划经济的影响,承担义务与责任的意识淡薄,只用不管;市、县(市、区)水管单位只负责中型灌溉排水泵站和极少数比较重要的小型灌溉排水泵站的管理,绝大多数小型灌溉排水泵站管理缺失,老化失修严重,甚至丧失功能。近年来,灌区管理形式逐步改革,许多灌区为鼓励用水户参与灌区管理,帮助用水户成立用水者协会,但由于相关制度没有完善,很多协会成立后没能正常运行,大量以公益性、准公益性为主的小型灌溉排水泵站,运行管理和维护责任难以落实,老化失修的趋势没有得到遏制。
(2)管理单位性质定位不准,收入匮乏,运行管理十分困难。
水管单位基本都是自收自支、自负盈亏事业单位,财政基本终止对灌区运行管理的投入,灌区运行管理费用只能通过计收水费来解决,而灌区服务的对象农业为弱质产业,政府为了减轻农民负担一直在控制水价,水费收入要达到成本水价还有一定差距,加之水费收缴率低,灌区收入低下、资金短缺,造成水管单位难以正常运行及队伍不稳定,大部分水管人员不得不外出务工,至使不少灌区的运行管理已陷入瘫痪或半瘫痪状态,泵站工程设施得不到及时维护,灌溉排水泵站工程老化失修严重,工程效益日趋下降,影响了农业生产。
(3)“一事一议”操作难度大。
2004年,广西实行了农村税费改革,取消“两工”,小型水利工程的建设和维护由受益群众遵循“村民自治”和“量力而行,群众受益,民主决策,上限控制”的原则,采取“一事一议”方式进行筹资和筹劳。实行“一事一议”后,方式由指令性变成了指导性,群众成了主角, 从实施的情况来看,操作难度大,实际效果差。有项目带动的、有财政补助的一般能议成,且能取得较好的效果,但绝大部分项目因缺乏引导资金,事难议、议难决、决难成,效果不理想。主要原因有:①“一事一议”缺乏规范的操作性程序和管理办法。村内公益事业涉及教育、水利、道路等领域,要议的事多,但筹资非常有限。②“一事一议”缺乏表决和强制执行的约束机制,少数人不同意就造成事情办不成,即使议成的事也由于部分农民不出资投劳也无法办成。③青壮年劳力外出打工,留守在家的妇女、老人缺乏参与意识和决策能力,造成村内议事会难以开成功。④灌溉排水工程受益范围一般涉及多个村组,如果不能同步议成,工程不能整体建成并发挥效益。⑤有些农田灌溉排水工程投资大、收益低,超出农民的承受能力,往往议不成功。
(4)用水定价标准低,水费征收困难。
水价是分配水资源和促进节水的重要手段,然而由于受政治、经济、社会、制度等多方面的限制,如何确定水价一直没有达成一致意见。灌溉水价目标是多重的,主要包括最大化水资源的分配效率、弥补供水成本、促进水资源公平分配、保证用水者有能力负担、提高水资源利用效率等。
目前,广西大部分灌区仍沿用1988年制定的水费标准(每公顷172.5 kg稻谷),按当时的物价水平和采取由粮食部门统一代收的方式征收,收取额刚能满足水管单位基本支出。但随着各项改革的不断深入和经济社会的快速发展,农业用水水费标准已明显偏低,尤其是灌溉排水泵站其运行成本较大,尤为显得更低。据国家计委、水利部经济调节司联合调查组2002年的调查结果表明,中南四省一区农业供水成本为0.07～0.11元/m3,现行水价约占供水成本的35%左右。过低的水价对于用水者而言,不易形成水资源商品属性的观念,在用水上没有节约与效益的鼓励,对水管单位而言,造成亏损经营,水利设施维护不足,从而反过来影响灌溉排水服务,形成恶性循环。虽然广西物价局2004年出台了《广西水利工程供水价格管理办法》(桂物1号),对广西农业供水价格制定了新的标准,但由于缺乏有效的征收手段,未能得到很好的落实。
此外,水费征收形式由“以粮代收”改为与群众的直接货币结算后,水费征收困难成为制约农田水利灌溉工程发展的新问题。由于大部分灌区水费计收体制没有随之改变,未建立有效的水费计收机制,致使水费收缴难度加大。大部分用水户对水是商品的认识不足,特别在国家对农民实施减负政策,取消农业税及统筹提留等税费后,大大增加了农业水费征收难度。根据2006年统计,广西农业用水水费平均收取率为37%,收取率最高的市为61%,最低的市仅有3%,平均农业用水水费收取率比2005年下降了9%,比2004年下降了16%,呈逐年大幅递减趋势。
(5)管理体制不顺畅,经营机制不灵活。
由于受计划经济的影响,水管单位管理体制不顺畅,经营机制不活的问题仍没有得到根本解决,水利工程正常的运行管理和维修养护经费不能得到很好的落实,“事”“企”不分,“大锅饭”“大锅水”现象依然存在,愈来愈不能适应社会主义市场经济对水管单位的发展要求。在经营机制上,部分灌区虽然推行了企业化管理的模式,但由于受周边环境的影响,仍不能很好地实现自主经营和高效运转。
广西中、小型灌溉排水泵站分布范围广,权属情况复杂,在日常的运行管理中情况多样。由于产权不够明晰,管理不方便,而且权责不明确。而权属的多样性,则对泵站的管理和资金争取带来了很多困难。
2.3 投入严重不足,更新改造步伐缓慢
(1)国家及地方各级财政对更新改造建设资金投入不足,地方配套资金筹措渠道不多,筹措难度大。近几年来,虽然中央及地方各级财政加大了水利工程更新改造建设资金投入,但投入力度与国民经济增长的幅度不相称,与数量庞大急切需要进行更新改造的水利工程投资需求差距较大。广西为欠发达地区,全区大部分市(县、区)财政比较困难,对水利工程的投入极为有限,绝大部分县(市、区)没有能力将水利工程建设纳入年度财政预算,同时地方对配套资金的筹措渠道不多,筹措难度大,造成配套资金基本不到位或标准较低,导致资金缺口较大。
(2)农村税费改革后,取消了“两工”,农村基层政府组织农民兴修水利的能力削弱,村内事务实行“一事一议”后,部分农村开展小型水利基础设施建设出现了“事难议、议难成、成难办”的现象,加上我区劳务输出量大,留守农村的劳动力严重不足,农民投工投劳建设和维护农田水利设施的投入严重不足,基础设施建设及管护受到较大的影响。
(3)难以吸收社会资本的投入。农业灌溉排水泵站服务的直接对象是农民,加上现行的水价较低,水费征收也比较困难,投入和产出效益比较差,投资回报少,风险高,很难吸引社会资本的投入;此外,目前广西的农业经济发展水平还比较低,农民群众收入水平低,对于与自身利益密切相关的水利工程,能够进行自筹资金进行改造的很少,甚至无力筹集资金进行基本的维修和保养。
3 加快推进中小型灌溉排水泵站建设对策和建议
灌溉排水泵站是与农村、农业、农民“三农”直接相关的公益性水利基础设施,也是农民最关心、最直接、最现实的农村基础设施,在中央切实保护好耕地特别是基本农田、确保基本农田总量不减并制定实施一系列惠农政策的强力支持下,农民种田积极性提高,对泵站效益正常发挥的期望也与日俱增。
灌溉排水泵站基础设施薄弱、老化失修、管理不善、效益衰减、发展滞后,严重阻碍和制约农业和农村经济的发展,特别是2009年秋冬季和2010年春季广西经历持续旱情之后,广大农民群众对中小型灌溉排水泵站进行更新改造的要求更为强烈,也是各级政府急切解决的民生问题。要改变这种局面,仅靠地方各级政府的政策措施以及地方各级政府和受益区群众筹资投劳进行更新改造难以实行。因此,国家和地方省级政府应尽快出台有关中小型灌溉排水泵站更新改造的政策和措施,启动并加快中小型灌溉排水泵站更新改造的步伐,从而提高粮食安全生产保障能力。
针对广西目前灌溉排水泵站现状,在更新改造措施、资金筹措、建设管理体制及运行管理体制等几个方面提出以下对策和建议。
3.1 更新改造措施
对于需要进行更新改造的中小型灌溉排水泵站,以现代化技术改造为目标,因地制宜采用先进技术、先进设备、新材料和新工艺,既要对泵房及进出水建筑物进行更新改造,也要注重加大提高泵站机电设备的更新换代和升级力度,确保泵站灌溉排水能力满足当前农业生产和今后农业发展的需要;更新改造要以人为本,加大泵站运行管理自动化方面的投入,改善和提高灌溉排水泵站运行管理人员的生产生活条件,把灌溉排水泵站建设成为技术先进、运行稳定和安全、自动化管理水平高、标准高、效益好、生产生活环境好的水利工程。
3.2 资金筹措
广西地处边疆,为经济欠发达地区,各级地方政府财力有限,地方配套资金比较困难。为农业灌溉排水服务的灌溉排水泵站是服务于“三农”、以社会效益为主的公益性水利基础设施,应争取国家一级财政进一步加大对广西灌溉排水泵站更新改造资金投入力度,各级地方政府通过创新政策措施和拓宽筹资方式及渠道,建立水利多元化投融资机制,努力保障灌溉排水泵站建设资金的需要。
(1)农业灌溉排水泵站是公益性水利基础设施,项目建设投资必须以国家一级财政资金为主、地方各级财政为辅。国家和地方政府应通过对财税收入宏观调控措施提高对水利基础设施的投入力度,并出台相关政策加大对水资源费、土地整治费筹集力度,增加水资源费、土地整治费对农业灌溉排水泵站投入额度。
(2)加强水利投融资政策研究和机制改革,努力建立“政府投资、政策筹资、社会集资、企业融资”的多元化投融资新机制,保障建设资金的需要。建议各级政府尽快研究、制订和实施民间资金及农民筹资投劳各级财政实行补助的政策和措施,以政策和措施激励社会资金投入灌溉排水泵站工程建设。
(3)从中央到地方各级政府应建立稳定的水利基础设施建设财政资金投入机制,把建设资金纳入年度投资计划和财政预算,并建议从国家一级到地方各级政府,每年从财政增收部分中拨出适当比例的资金用于水利基础设施建设,并为中小型灌溉排水泵站更新改造设立更新改造专项资金。
(4)中小型灌溉排水泵站更新改造建设投入规模大,应通过政策引导,市场运作,拓展社会、企业和民间投入。调动中小型灌溉排水区域内受益企业和农民参与中小型灌溉排水泵站更新改造建设的积极性,通过建立受益企业工业反哺农业专项经费机制筹集专项经费,用于中小型灌溉排水泵站更新改造建设。
(5)各级政府要依法足额征收防洪保安费、堤防维护费、水资源费、河道采砂管理费、水土流失补偿费等规费,在保证目前规费征收的基础上,建议国家和地方政府研究制定提高防洪保安费、水资源费等涉水规费征收费率的可能性及相关政策措施,并划出一定比例专门用于中小型灌溉排水泵站更新改造建设。
(6)建议采取土地储备方式筹措中小型灌溉排水泵站更新改造建设资金。由政府授予投资人或业主土地储备职能,利用土地增值收益来弥补工程建设资本金缺口。
3.3 建设管理体制
中小型灌溉排水泵站更新改造建设,其公益性为主的性质决定了建设管理应以政府管理为主导,各级政府要创新建设管理体制,以科学有效的制度和措施规范建设管理,同时也应适应社会经济发展的需要,规范和引导民间投资者和受益农民、或者农民用水户协会积极有效参与工程建设管理。
(1)根据中小型灌溉排水泵站更新改造建设规模和受益范围的大小,实行分级负责、分类管理。对中小型灌溉排水泵站更新改造建设,在建设中要充分发挥农民用水户协会的作用,建立有效的用水户协会参与建设新机制,确定协会建设主体、项目法人的地位,将小型泵站工程交给协会建设与管理。
(2)对农民筹资筹劳政府补偿的泵站工程,采取以奖代补、先建后补、民办公助等办法,实行筹补结合、多筹多补,主要用于项目建设的材料费、设备费及机械作业费等补助。同时建立健全水利建设项目和资金管理的制度和办法,切实规范项目建设和资金使用的管理,并建立经常性水利项目资金专项检查制度,加强监督检查和跟踪问效。
(3)上级水利部门要建立对水利基层管理单位和农民用水户协会参加建设管理的能力和水平的技术指导工作和业务培训的长效机制,全面提高水利基层管理单位和农民用水户协会建设管理的能力和水平。
3.4 运行管理体制
中小型灌溉排水泵站,应结合各地区的实际情况和区域环境、内部机构和人事分配制度以及经营机构改革入手,调整理顺内部关系,完善水费政策措施,以政策和措施进一步促进和发挥农民用水者协会和受益农民直接参与水利工程运行管理的积极性,继续推进灌区管理体制及运行机制改革,建立良性循环的运行管理体制。
(1)在泵站和灌排区推行用水户参与灌排区管理的积极性,制定相应的管理模式,借鉴灌排区运行管理改革的成功经验,逐步实施推进;在水费计收办法上要根据各地区社会经济发展水平和当地农民的承受能力,实行新水新价、计量供水、按方收费,在收缴上根据工程规模和分布情况采取灵活的方式,成立供水经营专业队伍,依法收取,或以支渠、斗渠为单位,成立用水协会,负责工程管理和水费收缴。
(2)根据工程实际情况,泵站工程实行“定人员、定机组、定标准、定任务、定期维修经费、定奖罚办法”,使工程完好率和机电设备完好率达到较高水平。大力推广节水灌溉技术,科学调度、计划用水,以达到节水、节能、降耗、增效的目的。
(3)目前水费征收比较困难,尤其是小型泵站,水费几乎征收不到。农村税费改革后,目前面向农民收取的农业生产费用只有农业水费,农民群众对减免农业水费要求非常迫切,完全按成本水费标准直接向农民收取已经不可能。为了解决水管单位由于水费计收不到位造成的运行管理困难问题,确保水利工程良性运行,要进一步完善水费政策措施,建议国家尽快研究和制定并全面实施由国家和各级政府财政直接补贴农业水费政策,由国家和各级地方政府多级财政按一定的比例拨补给水管单位,全面实施由国家和各级政府财政直接补贴农业水费政策,将基层水管单位定性为准公益性事业单位,并将水利管理人员足额定编纳入国家编制,切实解决灌区水管单位的运行管理经费及工程维护经费困难问题,确保水利工程安全及长效运行。
(4)组织和发动农民用水者协会和受益农民直接参与水利工程运行管理,是目前农村小型水利工程管理中比较好的模式之一,建议出台有关办法,明确规定农民用水户协会等群众管理组织的职责与权力,明确用水户协会的法律地位,规范协会的建立与运行方式。进一步完善和明确农民用水者协会和受益农民直接参与水利工程管理的“责、权、利”,各级政府和水利部门应设立农民用水者协会和受益农民直接参与水利工程运行管理专项资金,促进运行管理“建、管、用”良性循环。
(5)各级水利部门要落实农村水利基层技术服务体系建设,加强工程运行管理技术指导,形成业务技术指导和培训长效机制,加强农村水利管理技术人员的业务技术培训,开展各种业务技术学习培训活动,全面提高各级农村水利技术人员综合素质,不断提高运行管理水平。
(6)建议将国有小型灌溉排水泵站工程产权移交农民用水户协会或农民用水合作组织。工程运行管理与维护等由用水户协会或用水合作组织具体负责。农民用水户协会或农民用水合作组织根据规定注册登记,依法开展相关管护活动,各级政府为农民用水户协会或农民用水合作组织设立专项管护资金。用水户协会或用水合作组织为非盈利社会组织,在规定的职权范围内自主管理、自主决策、自主运营。
4 结语
中小型灌溉排水泵站是广大人民群众最关心、最直接、最现实的农村基础设施,随着国家粮食安全生产重要性的日益提升,对中小型灌溉排水泵站的安全运行提出了新的更高的要求,建立一支稳定的管理队伍和长效的运行管理机制势在必行。在以现代化技术进行更新改造的同时,积极稳妥地推进中小型灌溉排水泵站管理体制、运行机制和水费制度的改革,使之能够良性运行,对提高粮食安全生产的保障能力显得十分迫切和重要。
灌溉泵站的施工技术 篇4
关键词：长距离输水管,浮船泵站,固定泵站,移动泵站,水位变幅
1 非洲某地农业灌溉项目概况
项目位于非洲某地宽扎河中游拦河建设的一座大型水库-卡潘达水库北岸的一个新建农场, 建设规模1.3万hm2, 其中耕地7 400hm2。原规划采用旱作, 完全靠自然降雨来灌溉, 雨季种植, 一年一季。农场采用边开荒边种植的发展方式, 分5年开荒逐步达到建设规模。但种植的前3年, 当地遭遇30年一遇的干旱期, 不仅降雨量减少, 而且降雨呈现出典型的暴雨型特性, 有效降雨次数不足, 严重影响作物生长, 作物减产达80%以上, 旱作农业遇到严重挑战。为探索灌溉农业的发展之路, 项目利用靠近卡潘达水库的有利条件, 采用高新节水灌溉技术, 建立了灌溉面积为500hm2农场灌溉示范区, 为以后大规模实施灌溉农业积累经验, 推动项目区所在地农业向着高产、稳产、高效的方向发展。
2 项目区基本条件及水源现状
2.1 项目区基本条件
项目区属于热带草原气候, 地处高原丘陵地貌区, 海拔高度在1 000~1 200m之间, 地形坡降约在1%~4%之间, 年均降水1 200~1 400 mm, 气候有旱季雨季之分, 雨季为高温季节, 每年的9月底至来年的4月初为雨季;旱季为低温季节, 整个旱季几乎没有降雨。年均气温21~22℃, 1月份最热, 7月份最冷。土壤为红色的沙壤土, 土壤呈酸性, pH值4.5~5.5, 项目区基本为原始森林所覆盖, 土地开垦难度较大。当地无地震、台风、霜冻等自然灾害。农业的主要灾害有暴雨、雷电、干旱、虫灾和野生动物侵害等。
水库库盘及其周边绝大多数区域为弱风化基岩结构, 岩性为砾岩。地下水不丰富, 主要以岩层裂隙水为主, 埋藏较深提取困难, 不能满足灌溉要求。
2.2 水源现状
项目区的灌溉水源来自地表水, 即宽扎河。
宽扎河从项目区南缘流过, 该河是当地具有重要经济价值的河流, 河流全长965km, 流域面积15.6万km2, 项目区地处河道的中游, 经项目区处断面的多年平均流量836m3/s, 多年平均径流量263亿m3。
卡潘达水利枢纽工程是建在宽扎河上的最大的水利枢纽, 位于项目区下游30km处, 最大坝高110m, 水库总库容48.0亿m3, 水电站装机52万kW。根据资料统计, 该库最高水位959.12m, 最低水位926.12m, 水位年变幅33m。受丘陵区缓坡地形的影响, 最高水位时和最低水位时的水面线距离在300~500m之间。水库回水线呈多支叉, 窄叶型, 并随河道弯曲, 吹程较小。
灌溉地选在距库区约4km的区域内, 最低水位到灌溉区平均高差119.2m。
3 灌溉泵站方案的选择
根据水源条件, 灌溉地位置, 引水工程采用的是提水灌溉方案, 通过多种方案比选, 确定的田间灌溉方式为圆形喷灌机喷灌;输水方式采用管道输水。本文主要讨论在现场环境中采用何种扬水泵站布置形式, 能够获得更好的技术经济指标和安全运行效果。
3.1 灌溉泵站边界条件
(1) 水源:卡潘达水库取水。
(2) 输水管道:由水库将水输入灌溉区的输水管道, 采用地埋式钢管, 共长3 859m, 管径800mm。
(3) 取水点条件:根据灌溉地位置, 选择出最有利于设置泵站的位置, 确定的位置的基本条件是:取水点及其周边为出露基岩, 岩性为砾岩, 且为微分化岩;最低水位时水面线到岸边距离450m。
(4) 泵站采用一级扬水, 采用4台水泵 (两用两备) , 全年工作。
3.2 方案拟定
针对本工程的具体情况及特点, 参考类似工程的经验, 拟定了两种泵站布置方案, 即浮船式泵站和竖井式固定泵站。
(1) 方案一:浮船式泵站。采用浮船式泵站, 即将泵站机组设备及其控制设备设置在浮船之上, 将浮船置于深水区, 采用一组浮箱将输水管道托于水面之上, 管道间采用球形金属补偿器连接, 形成柔性连接管道, 浮船及浮箱采用锚链将其限制在一定的活动范围之内。浮动输水管道再于岸边的固定管道连接, 在浮箱上设置人行桥, 构成了一座完整的浮动式泵站 (见图1) 。
本项目选用的是江苏河海给排水成套设备有限公司制造的模块化多级浮动泵站, 灌溉泵站的载体就是浮船及其船体, 包括取水口至岸边的所有机械设备及电气设备, 主要由浮船船体、托管箱、人行栈桥、球型密封接头、水泵、电机、各类控制阀、起吊设施、浮船泵房、水泵软启动柜、高压进线柜、PLC柜、低压配电箱、直流屏、岸上箱变室、工作艇、救生系统、消防系统、拦污设施、舾装设施等构成。
(2) 方案二:竖井式固定泵站。采用竖井式固定泵站, 即在深水区设置进水塔, 保证低水位时的引水要求;在进水塔与岸边之间设置栈桥, 为进水塔提供交通条件;在进水塔与岸边之间开挖引水隧洞, 并在岸边设置一眼竖井, 与隧洞末端联通, 构成引水通道;利用竖井设置级泵站, 泵站出水管与地埋管道连接, 构成了一座完整的固定式泵站。
本项目固定式竖井泵站方案由进水塔、栈桥、引水隧洞和取水竖井组成, 其中进水塔布置在水库的深水区, 距水库岸边400m, 塔身总高度49.75m, 进水塔进口处设置有两孔进水闸和两孔检修闸, 进水塔后接引水隧洞;栈桥为钢筋混凝土排架, 梁板桥结构, 长度394.2m;引水隧洞设计总长度为450m, 横断面采用城门洞形式;在放水隧洞的末端设置一口圆形取水竖井, 竖井直径3m, 采用30cm厚钢筋混凝土衬砌。竖井与隧洞相通。
3.3 方案比选研究
3.3.1 固定式泵站存在的主要问题
采用竖井式固定泵站, 进水塔施工须先建设围堰, 将围堰区域内的水全部抽干, 在进行清基浇筑, 同时开挖隧洞, 主要缺点如下。
(1) 围堰施工周期长, 工作量大, 费用高。
(2) 受水库水位涨落的影响, 低水位期, 限制着进水塔, 栈桥和隧洞的施工期。
(3) 泵站取水口设置在水库最低水位以下, 施工中需增加排水费用, 运行中取出的是底层的原水, 泥沙含量较高。
(4) 进水设备一直沉在水底, 如遇污物堵塞, 不易发现和很难清理。
(5) 泵站建设时对环境影响大, 安全系数低。
为了克服上述缺点, 近年来, 根据不同取水要求, 结合各地实际情况, 一些泵站设备企业专门研发了各类特种汲水泵站, 其中浮船式泵站就是比较典型的一种。
3.3.2 浮船式泵站主要优势
浮船式泵站以其建站简单方便、周期短、造价低、取水效率高、水质好、安全可靠、不受水位涨落变化等因素的影响, 比较成功的应用在城市供水、农业灌溉等取水工程中。适用条件为最高水位和最低水位落差大于40m, 岸坡较平坦, 取水口离岸边距离大于40m。其主要优势如下。
(1) 浮船采用工厂化生产, 分段组装, 形成多个浮仓, 既有利于运输, 也有利于浮船的安全运行, 在一仓进水后仍能保持正常运行。
(2) 由于采用工厂化制作, 现场安装的方式, 施工完全在旱地进行, 施工条件好, 施工周期也短。
(3) 由于不再进行围堰、基坑开挖、隧洞开挖和混凝土浇筑等工作, 工程造价较低。
(4) 浮动泵站随着水位涨落而自动升降, 水泵与吸水口的位置始终保持不变, 水泵吸水口一直保持在液面以下1~2 m的位置, 取出的水泥砂含量低, 污物减少。
(5) 由于基本没有土建工程, 对周边环境影响小。
成功的案例有:伊拉克华事德电厂、根廷火地岛电力化工厂、缅甸达贡山镍业集团、黄河水权转换工程、鄂尔多斯水利局农田灌溉工程、湖南宁乡水库取水工程等。
3.3.3 经济性比较
从投资方面看, 浮船式泵站比竖井式固定泵站投资少很多, 可节省投资30%。结合本工程的具体情况及特点, 经过综合考虑, 实施选择了浮船式泵站方案。
其他方面比较见表1。
3.4 比选结论
根据以上对两方案的叙述可以看出, 其优点、缺点是明显的。
(1) 浮船泵站主要优点投资低, 施工便利, 外界自然因素的影响较小;缺点就泵船和管道接头日常运行管理的要求较高。
(2) 地下固定泵站主要优点就是引水保证率相对较高, 运行可靠, 管理简单;缺点就是闸门和隧洞检修维修困难, 水力条件差, 投资相对高。
(3) 地下固定泵站较浮船泵站的建设内容、工程量相比, 多出许多, 而且施工难度大, 工期长, 运行条件受照明、通风、排水、垂直交通的影响。
4 建成后运行效果及经验教训
本文所述的浮船式泵站采用浮船为载体, 其建筑面积259.44m2。出水管采用一根DN700的钢管, 长4502m, 布设在水面上。
浮船泵站及配套设施主要建设参数情况详见表2。
浮船式泵站经过一年共3 500台时的运行考验, 证明各项性能符合要求, 达到比较理想的应用效果。这些成功的经验对于以后在非洲其他农业灌溉项目中推广应用浮船泵站有很好的借鉴作用。
本项目采用浮船泵站在农业灌溉工程中提水的成功经验, 使得当地有几处原计划用固定泵站的灌溉泵站, 已经决定用浮船泵站取代。
当然, 浮船泵站运行环境, 如水位的频繁变化, 造成水泵出水量、管道内压交替变化, 加之在建设初期水泵电机启动采用软启动, 运行工况稳定性较差, 从而建设中也有一些经验教训。
(1) 管理不便。为了改善浮船运行工况, 在水位变化很大时, 需要适时调整出水管路高度, 每次调整时都在半天以上;为了启动水泵, 人员需要在岸、船之间往返, 比较麻烦。
(2) 运行费用增加。管理上的不便利, 加之输电线路、变压器及浮船等均需要有人看护, 增加了泵站运行成本, 包括电费和日常维修费用等。
(3) 运行会导致船体附近局部水流紊乱, 但在可控范围内, 在水面较宽的区域, 对环境影响不大, 和泵站经济效益相比, 可以忽略不计。
以上诸类情况, 后期通过改原来软启动为变频柜控制、辅以稳压阀解决后, 通过实践检验, 运行正常, 效果很好。
5 结语
浮船泵站在国内应用很多, 但在非洲农业灌溉工程中应用运用较少。由于其具备适应水位变化频繁、变幅大、取水点距岸边远等情况, 投资较少、施工简单、安装便利、变动站体位置灵活、对环境影响小等优点, 可以广泛的运用与非洲农业开发、城市供水、厂矿供水等项目中。
浮船泵站作为固定泵站的一种补充, 对农作物应急抗旱的优点十分明显。结合现有情况, 笔者认为在非洲推广浮船泵站主要考虑以下两个方面。
一是在一些大的河流、水库以提水为主的农业开发项目的灌溉工程, 适宜推广浮船泵站。
二是对于灌溉区域靠近水源, 但面积不大, 零散分布区域, 通过浮船泵站机动灵活的特点, 来解决旱季灌溉问题。
参考文献
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