關于解決江河提水灌溉系統的排污除泥問題的探討

李林強　傅定文　宋振宇　楊德先　敖選

摘 要：灌溉農業在大背景下發展的越來越好，各種各樣的灌溉裝置相繼出現，水泵在提水灌溉中占有非常重要的地位。水泵在工作過程中極易造成損壞的一個重要原因是水中含有大量的泥沙和污垢雜質，會堵塞水泵、損壞葉片、燒壞電機等一系列問題，嚴重影響灌溉系統的正常使用和造成不必要的經濟損失。水泵60%以上都是在江河流域使用，由于泥沙問題致使損壞的幾率占70%左右[1]。為解決這一問題，將水源的泥沙除去是關鍵問題，利用沉沙池原理和泥沙泵進行有機組合成一種應用于江河提水灌溉的排污除泥裝置，可有效解決水泵損壞問題，降低江河提水灌溉系統的日常維護成本。

關鍵詞：灌溉；水泵；泥沙；沉沙池

隨著科學技術發展和人類的進步，人類越來越依賴科技對農業所產生的影響，現代農業文明的實現，不僅滿足了人類對能源、資源的需求，同時也推動了經濟增長方式的轉變，意味著對傳統經濟與社會組織的顛覆與改造。現代農業文明帶給當代人類的不僅僅是一種新能源，更是繼工業革命之后的又一次經濟形態轉型的新革命。灌溉農業在大背景下發展的越來越好，各種各樣的灌溉裝置相繼出現，水泵在提水灌溉中占有非常重要的地位。

隨著農業灌溉需求的擴大，大、中型提水灌溉項目越來越多，在水泵的應用上，高揚程大流量的水泵，真葉輪間隙很小，水泵易被泥沙阻塞后輕則停止工作，重則燒壞電機，泥沙會損壞水泵葉片，影響正常生產且帶來嚴重的經濟損失。這類問題在江河流域抽水更是麻煩，江河受雨季影響含泥沙量都比較大，抽水過程中泵損壞幾率更大，半年甚至幾個月就得重新更換水泵。

為了解決這個問題，現在大多數都是在抽水點建設沉沙池，然后定期對池子底部進行清理，但由于江河中含泥沙量較大，短時間內就需要清理泥沙，這樣產生高昂的維護費用，增加了勞動成本，且各地條件不一樣，清理難度極大，維護都比較困難。

一、排污除泥技術原理

江河水流中的砂如果不預先沉降分離去除，則會影響后續處理設備的運行。最主要的是磨損機泵、堵塞管網，干擾甚至破壞生化處理工藝過程。沉砂池主要用于去除污水中粒徑大于0.2mm，密度大于2.65g/cm2的砂粒，以保護管道、閥門等設施免受磨損和阻塞。其工作原理是以重力分離為基礎，使得比重大的顆粒下沉。泥沙泵是用于抽取泥沙作業的雜質泵，潛水泥沙泵，是電機與水泵同軸潛入水中工作的，該泵過流部件采用高合金耐磨材料制造，具有較好的耐磨性，過流通道大。潛水泥沙泵吸收國內外先進技術設計制造，獨特的密封裝置能夠有效平衡油室內外壓力，最大限度保護了機械密封的可靠性，電機采用過熱保護、進水檢測保護等多種保護措施，能夠在惡劣的工況條件下長期安全的運行。在沉沙池中輔助以濾網和泥沙泵裝置可自動去除泥沙。其原理分級沉降泥沙，沉降池底部設計為錐形漏斗裝置，最底安裝大間隙泥沙泵，每天定時控制排污，不讓泥沙堆積，此裝置簡潔實用，其實際應用效果良好。

二、排污除泥裝置

1.裝置工作流程

江河流域提水灌溉的排污除泥裝置，如圖1和圖2，包括沉沙池Y1、Y2、Y3，濾網L1、L2、L3，泥沙泵A、B，抽水泵B1、B2、B3。工作原理為：水在經濾網L1、L2、L3后泥沙在Y1和Y2底部聚集，泥沙泵A、B在抽水泵B1、B2、B3停止工作期間將泥沙混合水抽出Y1、Y2底部，達到排污除泥目的。

沉沙池Y1、Y2、Y3：原理是以重力分離為基礎，沉砂池主要用于去除污水中粒徑大于0.2mm，密度大于2.65 g/cm2的砂粒，以保護管道、閥門等設施免受磨損和阻塞。且Y1和Y2池子底部為倒立的四棱錐，便于泥沙聚集。濾網L1、L2、L3：濾網層層過濾，濾網間隙逐級遞減，水中泥沙被迫沉入池底。泥沙泵A、B：泥沙泵A安裝于Y1池子最底部，在抽水泵B1、B2、B3停止工作期間啟動，將池子Y1底部的泥沙混合水抽出Y1；泥沙泵B安裝于Y2池子最底部，與A同時啟動工作，將池子Y2底部的泥沙混合水抽出Y2。抽水泵B1、B2、B3：水流經過L3之后流入Y3的水已經達到抽水泵工作允許的范圍，經B1、B2、B3抽送到達目標點。沉砂池Y1、Y2每天的排污次數N1、N2，滿足N1>N2，污水泵真葉輪間隙要S1、S2，滿足S1>S2。

2.裝置實施建設

如圖3，排污除泥裝置為：沉沙池Y1、Y2、Y3的容積和深度逐級遞增，Y1和Y2的池子底部為倒立的四棱椎，棱錐錐度大于350，便于泥沙沉降。濾網L1、L2、L3為網格間隙距離逐漸減小的鐵絲網，逐級過濾泥沙，便于沉入池底。分別安裝于沉沙池頂部對角位置。泥沙泵A、B安裝于L1和L2池子底部。抽水泵安裝于Y3池子底部邊緣。

在安裝建設使用過程中，先挖掘建設一個容積和深度逐級遞增的三級沉沙池，并將沉沙池一二級底部設置為倒立的四棱椎；將三個間隙逐級減小的濾網分別安裝于沉沙池隔離邊的對角位置；池子建設完成后在Y1和Y2池子最底部安裝泥沙泵A和B；在Y3池子的底部邊緣安裝抽水泵B1、B2、B3；最后安裝建設管網和線路；A和B在抽水泵停止工作期間啟動工作，將Y1和Y2池子底部的泥沙混合水抽出，達到排沙除泥之用，以提高抽水泵的使用壽命和降低抽水系統的維護成本。

三、 應用前景分析

中國是一個農業歷史悠久的國家，農業在整個國民經濟中占有重要的地位。自1949年新中國成立以來，尤其是80年代改革開放以來，中國的農業發展迅速，如今國家對農業的越來越重視，糧食價格持續走高、以及氣候問題引發逐年的旱澇問題，諸多因素引發了全球對農用水泵的需求持續上漲。近年，全球糧食價格持續走高，預計未來三到五年全球農田灌溉投資可能將大幅增長，帶動全球農業水泵需求提升。21世紀以來，全球農產品價格，剝離通脹因素，已經增長近100%，2011年，全球糧食價格創下來了90年代以來的新高。這種糧食價格持續高漲的情況預計將推動類似于上世紀70年代大規模農田灌溉投資的歷程，帶動全球農用水泵需求增長。太陽能水泵亦稱光伏水泵，是當今世界上陽光豐富地區，尤其是缺電無電的邊遠地區最具吸引力的供水方式，利用隨處可取、取之不竭的太陽能，系統自動地日出而作，日落而歇，無需人員看管，維護工作量可降至最低，是理想的集經濟性、可靠性和環保效益為一體的綠色能源系統。光伏水泵系統是中電電氣太陽能研究院繼光伏（風力）電站、光伏建筑一體化、光伏照明系統之后的另一種新能源應用系統。

中國產業信息研究網數據顯示：2012年中國泵產量為8502.03萬臺，同比下降4.15%，2013年中國泵產量為9346.65萬臺，同比下降0.37%，2014年中國泵產量為12402.58萬臺，同比增長5.67%。

圖4中數據表明中國使用水泵數量是巨大的，而這些水泵中有超過60%的量是在江河流域使用，也就每年有超過7500萬臺的水泵在工作環境極其惡劣的泥沙下工作，這造成的經濟損失和水泵維護成本是極其巨大。發展推廣使用江河提水排污除泥裝置極其重要，前景廣闊，市場容量大。

四、結語

加快江河流域提水系統排污除泥技術的研究和發展是加快現代化灌溉產業進步的關鍵，對提高中國農業產量至關重要。江河流域提水灌溉排污除泥裝置采用分級沉降泥沙，沉降池底部設計為錐形漏斗裝置，最底安裝大間隙泥沙泵，每天定時控制排污，不讓泥沙堆積，此裝置簡潔實用，其實際應用效果良好，能有效解決因泥沙阻塞而導致水泵損壞影響灌溉系統的正常運營的問題，減少系統維護成本，降低生產成本，在生態、環保、節能等方面具有重要的社會效益。

參考文獻：

[1] 錢寧，戴定鐘. 我國河流泥沙問題及其研究進展[J].水利水電技術，1980.

[2] 張躍超，王宇，肖建超.變電站電纜溝自動排沙除泥裝置[J]. 科技視界，2013.

[3] 2015—2020年中國灌溉系統行業發展前景[R]. 深圳：中商產業研究院 ，2014.

[4] 2015年水泵行業前景分析[R].北京：中國報告，2015.

[5] 中國2014年水泵產量年度分析[R].北京：國家統計局，2015.

[6] 胡春宏. 我國泥沙研究進展與發展趨向[J].泥沙研究，2013.