淺析九圩港閘站工程聯合運行方案及相關建議

盧慧敏 李君

摘? 要：通過對九圩港提水泵站特征水位值及揚程的確定、泵裝置技術參數和性能試驗數據成果的研究以及泵站經濟運行時段的簡要分析，結合九圩港閘多年運行的實踐經驗和原則，初步得出九圩港閘站較高效、經濟的工程運行方案，同時針對閘站運行提出一些建議。

關鍵詞：閘站運行;水位差 ;工況; 效率; 經濟

一、閘站基本情況

南通市九圩港閘建于1959年，距入江口約1300m，位于長江感潮河段，該閘共40孔，閘孔總凈寬200m，設計最大瞬時引水流量為1540 m3/s，設計最大瞬時排澇流量1900 m3/s，年自流引江超400潮次，引水量約13億m3，居南通沿江各引水口門之首，為九圩港沿線開展工農業生產發揮了巨大作用。但隨著經濟社會的發展，在用水高峰期或枯水年，九圩港閘自流引江水量已不能滿足區域內用水需要，需興建配套泵站提水調峰，九圩港泵站因此開工建設，該站為從長江向內河提水的單向泵站，設計流量150m3/s，揚程0～3.43m（廢黃河高程系，下同），安裝豎井式貫流泵機組5臺套，單泵設計流量30 m3/s，配套電機功率1250kW，總裝機容量6250 kW。泵站建成后，閘站將聯合運行，向九圩港內河供水。目前，九圩港泵站主體已基本建成，下年度將投入運行，為確保閘站運行安全和提高聯合運行效率，本文提前對工程聯合運行方法進行了粗淺概括。

二、水閘運行原則

根據南通市防汛防旱指揮部（以下簡稱“防指”）《關于印發“南通市節制閘、南通九圩港閘水情調度方案”的通知》（通市防[2000]17號），九圩港閘控制的內河正常水位為2.4m，警戒水位為2.8m;正常天氣情況下，內河水位低于2.6m，每潮必引;當發生雨澇或預報大雨，水位臨近警戒水位或超過時，由市防指下達排水或停止引水指令。

三、泵站特征水位值及揚程的確定

根據《南通市九圩港提水泵站工程初步設計報告》（審定稿，2014.11），九圩港泵站上游引河與九圩港河連接，歷年來的正常控制水位為1.8m～2.5m，最高控制水位2.8m;歷史最高水位3.97m，歷史最低水位0.23m;交通部門規劃通揚線航道最低通航水位1.16m，最高通航水位3.81m。九圩港泵站下游引河與長江連接，長江側水位根據天生港水文站1960～2008年逐日潮位資料分析，歷年冬春期（1～3月）水源保證率為95%的日最低潮位為-1.03m，灌溉高峰期（5月下旬～6月中旬）水源保證率為95%的日最低潮位為-0.51m;九圩港閘開閘時的多年平均潮位為2.12m，多年抽水期平均最低潮位平均值-0.69m，二者平均潮位為0.72m。長江側歷史最高潮位5.34m（1997.08.19），歷史最低潮位-1.32m（1956.02.29）。長江側100年一遇高潮位5.46m，300年一遇高潮位5.87m（根據蘇水計[1997]210號，采用天生港與江陰站內插）。綜上可得表1。

四、泵裝置技術參數及性能試驗數據

泵站主水泵為葉輪直徑3.25m的豎井貫流泵，葉輪中心線安裝高程-4.80m，轉速105r/min，半調節，葉片可調角度范圍-4°～+4°，設計工況葉片安放角為0°;配套電機為臥式8極同步電動機，功率1250kW，額定轉速750r/min;齒輪箱為立式平行軸齒輪減速箱，傳動比7.14，二級傳動，傳遞功率1250kW。泵站采用平直管進出水流道，豎井布置在進水側，為兩側進水，出水流道為平直管，出口采用快速閘門斷流方式。

根據河海大學的研究成果《南通市九圩港提水泵站泵裝置模型試驗研究報告》（2014.7），原型水泵裝置性能曲線見圖1，水泵裝置主要性能指標見表2，泵裝置最高效率為76.8%。

五、泵站經濟運行時段的分析

由泵裝置特性圖可知，水泵應選擇最經濟的運行方式，盡量選擇在泵裝置高效區附近運行，提高裝置運行效率，減少電能消耗和運行費用。

以葉片安放角為0°的設計工況為例，隨著揚程從0.0m逐漸增大，流量逐步減小（初始時約37m3/s），軸功率逐步變大（初始軸功率約330kW）;至設計揚程1.93m時，流量為30.5 m3/s，軸功率為762 kW;至最大揚程3.68m時，流量大幅減小至15.9m3/s，軸功率增至1118kW，必需汽蝕余量也逐步增大，水泵發生汽蝕的可能性加大。

由此可知，從泵裝置經濟運行角度出發，為保證裝置效率高于70%，水泵宜在1.4m～3.3m水位差內運行;從提水量最大化角度考慮，水泵在保證進出水流道口必須汽蝕余量的前提下，可全時段運行，但在0～1.4m和大于3.3m水位差期間，泵裝置運行效率較低。水泵在0～1.4m水位差內建議繼續運行，雖然泵裝置效率小于70%，但流量大于30 m3/s，且軸功率整體較小，以較少的電能最大程度地實現了引水目標。但是，在水位差大于3.3m的低潮位時段建議停止運行，從九圩港閘記錄的長江側水位--時間曲線圖可知，該時段歷時較長，水泵運行時，流量小，且軸功率很大。

另外，通過觀察九圩港閘引水結束后上游水位的變化情況，初步判斷，在即將開閘引水前半小時左右關閉水泵，可有效降低內河側水位，增加水閘自流引水時間、引水量，降低泵站運行費用。

六、對閘站聯合運行方法的建議

1、九圩港河汛期正常控制水位為2.4m，最高水位（警戒水位）2.8m;汛后最低控制水位2.2m。在不符合上述水位條件時，可通過閘站聯合調度運行進行控制。

2、當規劃受水區需要從長江補水時，應優先啟用九圩港閘自引。

3、當自引水量不能滿足受水區用水需求時，根據上級防指調度指令，開啟九圩港泵站抽引江水補充。

4、泵站運行期間，為保證機組安全運行，要求站下水位不低于-1.03m，站上水位不高于2.8m。

5、九圩港泵站應盡量采取經濟運行模式，在保證泵站安全運行和滿足供水計劃的前提下，應充分利用低揚程工況進行調度。抽引江水時段盡量選擇水位差小于3.3m的時段運行;若泵站抽引江水結束后可實現開啟水閘繼續自流引江，則泵站可在水閘自引前半小時左右關閉，降低內河側水位，增加水閘自流引水時間、引水量，減少泵站運行費用。

6、在滿足提水計劃的前提下，通過站內機組調度和工況調節，改善進、出水池流態，減少水力沖刷和水力損失。若水泵發生氣蝕和振動，應按改善水泵裝置氣蝕性能和降低振幅的要求進行調度。當泵站設備或工程設施發生事故時應采取調整運行流量，預防事故擴大的應急調度。