會寧北部供水工程運行方式思考

張健君

（甘肅省水利水電勘測設(shè)計研究院 蘭州市 730000）

1 簡 介

會寧縣北部地區(qū)西連定西市安定區(qū)，北與白銀市靖遠縣、東與寧夏回族自治區(qū)西吉縣、海原縣接壤，總面積3 156.9 km2，占會寧全縣總面積6 439 km2的49%，主要包括新莊塬、漢岔、頭寨、郭城、河畔、白草塬、土門峴、新塬、劉寨、土高、草灘等11個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。轄區(qū)內(nèi)河道主要有祖厲河、關(guān)川河和苦水河，河道內(nèi)雖然有常年地表徑流，但水量較小，水質(zhì)苦咸，礦化度很高，不能作為人畜飲用水源。

引洮供水一期工程是一個旨在解決甘肅中部干旱地區(qū)6個國家扶貧重點縣城鎮(zhèn)的生活及工業(yè)用水、農(nóng)村人畜飲水、生態(tài)環(huán)境用水的大型供水工程。會寧北部供水工程（后簡稱會北工程）是引洮供水一期骨干工程的配套項目，該工程從引洮一期工程的二干渠引水，其主要建設(shè)任務(wù)是解決會寧縣北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活及工業(yè)供水、農(nóng)村人畜飲水和農(nóng)業(yè)灌溉用水。

本工程主要建設(shè)內(nèi)容包擴水源工程和配水工程兩部分。水源工程包括新建二干渠延伸段輸水工程20.255 km、新堡子水廠輸水總干管33.119 km 和向頭寨西支渠供水管道長0.846 km。配水工程由水廠工程和配水管網(wǎng)工程組成，各級管道總長884.237 km（其中：配水總干管1 條長20.755 km，新建干管6條長202.16 km，改擴建干管3 條14.762 km，新堡子水廠新建和原有蓄水池連接管1 條1.78 km，分干管28 條長265.87 km，支直管488 條長378.91 km）；水處理廠2 座水廠調(diào)蓄水池2 座；沿途共新建泵站56座，改建原有泵站4 座，泵站調(diào)節(jié)池及高位水池196座（其中泵站進出水池77 座），其容量為（50～2 000）m3，總?cè)萘?.865 萬m3。

工程主要輸水線路見圖1。

2 配水管網(wǎng)布置

會北工程受水區(qū)的頭寨、塬邊、漢岔及河畔的李家塬主要位于關(guān)川河兩岸；郭城、新莊塬、白草塬、土門峴、新塬、劉寨、土高、草灘及河畔的大部分受水區(qū)主要位于祖厲河沿岸及以東地區(qū)。根據(jù)受水區(qū)面積大、用戶分散及地形條件復(fù)雜的特點并結(jié)合水廠的布置，將受水區(qū)分為多個獨立管網(wǎng)。河坪水廠配水管網(wǎng)系統(tǒng)包括配水總干管、漢岔、塬邊、頭寨及李家塬配水管網(wǎng)工程，其中塬邊和頭寨管網(wǎng)已建成運行；新堡子水廠配水管網(wǎng)系統(tǒng)包括新莊塬、井溝、峽門、劉寨、草灘以及土高配水管網(wǎng)工程，其中新莊塬、井溝、峽門管網(wǎng)已建成運行。

配水管網(wǎng)系統(tǒng)中除了河坪水廠配水總干管及頭寨管網(wǎng)可以完全滿足重力流的方式供水以外，其余管網(wǎng)均需采用泵站加壓和重力流相結(jié)合的供水方式。

圖1 工程主要輸水線路圖

由前述的會北建設(shè)任務(wù)可知，工程主要包括了兩個較大容量的蓄水池（其中河坪水廠調(diào)蓄水量25.14 萬m3，新堡子水廠調(diào)蓄水量116.30 萬m3），兩個凈水廠，6 條新建供水管線和4 條需要改擴建的舊管線。而且整個工程的水源并非自然河流或湖泊，是引洮一期工程的二干渠末端供水。河坪水廠出水的配水總干管沿途有大小6個分水口，新堡子水廠出水的3 條新建干管和3 條舊管有大小54 處分水口，面對單一的水源和廣闊的供水區(qū)域，整個會北工程的供水調(diào)度比較復(fù)雜。具體的泵站布置和分水口示意如圖2。

3 梯級泵站運行方式

3.1 會寧北部供水工程梯級泵站的特點

圖2 泵站布置和分水口位置示意圖

會北工程配水管網(wǎng)布置為樹形管網(wǎng)。初設(shè)報告批復(fù)的流量及相應(yīng)的泵站揚程其中3 條新建管線的數(shù)據(jù)見附表。

由此可見，這3個管網(wǎng)的特點是流量小，揚程高，沿途有較多分水需求的梯級泵站組成的樹形供水管網(wǎng)。

梯級泵站較理想運行方式為整時間段運行，避免頻繁開關(guān)機。因此，面對很大區(qū)域用戶需水時段的不確定性，必須要求沿線水池充分起到調(diào)節(jié)的作用。怎樣確定泵站水池容量就是很重要的問題。由于缺乏此類工程的設(shè)計運行經(jīng)驗，對水池容量的認識也經(jīng)歷了一個過程。

附表 溢洪道各級庫水位下泄流量試驗值

第一階段，以工程任務(wù)為直接標(biāo)準(zhǔn)，以規(guī)劃統(tǒng)計的人口數(shù)和設(shè)計水平年人畜用水定額為參數(shù)，按自然村莊較集中的分布位置確定水池位置及容量。這樣的方法符合工程任務(wù)，概念簡單。工程的可行性研究階段即采取這樣的布置方案。此階段估算的水池總?cè)萘繛?4 850 m3。

第二階段，以工程任務(wù)為原則，考慮管網(wǎng)水量配置和運行方案，將水池分為干管水池、分干管水池即支管水池，以工程規(guī)劃日最高供水量的45%為上限，將其配置到三級水池中，每級水池總?cè)萘烤?5%。具體的布置過程中有歸并和調(diào)整。工程的初步設(shè)計階段采用這樣的布置。此階段計算的水池總?cè)萘繛?8 650 m3。

第三階段，以工程任務(wù)為原則，以工程設(shè)備運行能力為依據(jù)，最大限度考慮工程安全運行的角度，確定水池容量。主要考慮的因素有：規(guī)劃的日最高供水量、設(shè)備提水能力、幾種主要的運行狀況、用戶取水方式。各級泵站水池和獨立水池在設(shè)計上留有分水口，供后續(xù)向具體供水目標(biāo)引水時用。此為施工階段確定水池容量的方式。這樣能夠完成規(guī)劃水量的提水任務(wù)，也為具體用戶取水保留了條件。

從供需關(guān)系和設(shè)計運行的本質(zhì)上講，三個階段可以看做是理論向?qū)嶋H貼近的過程。

3.2 泵站運行可能遇到的問題

梯級泵站運行的理想狀況是從首級到末級泵站依次開機，在與管網(wǎng)充水要求相適應(yīng)的流量下完成注水任務(wù)，后從末級到首級泵站依次關(guān)機，泵站設(shè)備在較高效的區(qū)間運行，用戶總需水量得到滿足。較差的狀況是某些水量任務(wù)與匹配流量不適應(yīng)，正常運行的情況下可能出現(xiàn)部分泵站頻繁開關(guān)機的情況。

由于工程總體特點是小流量，長管線，高揚程，管線中間有分水口，且損失揚程較大，只有采用變頻泵才能在較高的保證率上讓泵機正常工作。在實際運行中很難做到理想狀況，但必須盡量爭取向其靠近。

工程運行有幾點間的關(guān)系需要考慮：

（1）分水工程尚未建成的條件下，管網(wǎng)初次注水和正常運行注水過程，泵機的起始運行條件不同，而且初次充水過程，因地形起伏的影響，管中流態(tài)變化較大，需要最大限度發(fā)揮變頻器的功能保證泵機正常工作。

（2）單級泵站運行和梯級泵站協(xié)調(diào)運行問題，主要是泵機運行狀態(tài)過渡過程和流量匹配的問題。

（3）分水工程建成后提水和供水、分水時間怎樣確定。

因為會北工程的泵都有著小流量、高揚程的特點，在上述運行過程中會有些與大流量、低揚程的泵站不同的控制方式，這是在運行方式中必須認真考慮的因素。

4 泵站和水池布置

梯級泵站的運行目標(biāo)是自動化。不論是初次注水、正常注水還是故障檢修后注水，原則上都由系統(tǒng)自動控制完成。這要求泵站和水池的布置和結(jié)構(gòu)設(shè)計要滿足自動化運行的要求。泵站采用負吸程泵，只要進水池水位不低于泵機的淹沒水位就可以自動開機運行。水池采用封閉的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，每個水池都有一個進水管和出水管、溢流管、放空管三條出水管，另有水位監(jiān)測儀。水位信息與上一級泵站或分水閥開關(guān)聯(lián)動。淹沒水位以上有條件開機，接近正常蓄水位就有較好的調(diào)節(jié)容量，達到溢流水位即可關(guān)機或關(guān)閥。

5 工程的控制系統(tǒng)

以上運行設(shè)想仍然是理論性的，目的是在理想狀況的目標(biāo)指引下建立適合整個配水管網(wǎng)的監(jiān)控和運行系統(tǒng)。每個泵站和水池都有水位和流量監(jiān)測設(shè)備，能夠?qū)⒖刂菩枰男畔⒓皶r反饋給系統(tǒng)，適時調(diào)整機器和閥門等的運行狀態(tài)。控制系統(tǒng)在工程運行后要能不斷調(diào)整去適應(yīng)實際供、需狀況。

在龐大的供水管網(wǎng)中建立有效率的控制系統(tǒng)，水位儀、流量計、閉路電視、電動分水閥等數(shù)量較龐大的設(shè)備群體，與系統(tǒng)中樞的軟件和硬件控制系統(tǒng)，都是工程有效運行的必備條件。

6 總結(jié)

梯級泵站組成的樹形供水管網(wǎng)調(diào)度運行以計劃的供水任務(wù)為目標(biāo)，供水任務(wù)需要調(diào)度運行的具體方式來保證。從總體規(guī)劃設(shè)計，到具體的建筑布置細節(jié)的過程，就是確定任務(wù)到保證如何完成任務(wù)的過程。會北供水工程最后形成的以梯級泵站水池為主要存貯建筑，以少數(shù)獨立水池滿足個別地區(qū)的用戶需求，并以適當(dāng)?shù)乃厝萘繀f(xié)調(diào)各級泵站的運行時間的方法是比較合理的建設(shè)方案。會寧北部供水工程的配水管網(wǎng)建設(shè)是比較有特點的工程，本文僅就工程的局部運行方式作實際探討，希望能有益于類似工程建設(shè)。