寶雞峽信邑溝泵站擴容改造方案探析

周 燕

1 概況

寶雞峽信邑溝泵站地處塬上總干灌溉系統(tǒng)信邑溝水庫，位于扶風縣東北7.5 km的美陽河上、寶雞峽塬上總干渠115+300樁號處，其主要任務是向總干渠補水。泵站于1971年建成，2003年利用世行貸款進行了部分改造，設計流量7.04 m3/s，設計總揚程27 m。安裝臥式24 Sh-19型離心水泵機組8臺，配套8臺Y355-6、355 kW異步電動機，電壓等級為6 kV，泵站總裝機功率2840 kW。泵站采用母管進水，正向出水，泵站主要建筑物包括主廠房、壓力出水管道、出水池等；水泵進水管與水庫引水洞相接；主廠房為框架結(jié)構(gòu)，建筑面積483.53 m2，廠房內(nèi)水泵電動機組呈單列式布置，內(nèi)設5 t電動單梁橋式起重機，副廠房位于出水側(cè)，與主廠房連同，建筑面積236.83 m2；泵站出水采用拍門斷流方式；壓力管道為單機單管，為DN800鋼筋砼管，單根長約120 m；泵站建有35 kV變電站1座，主變?yōu)镾9-4000-35/6.3，容量4000 kVA，35 kV輸電線路長6 km。

信邑溝水庫由于2003年除險加固后，興利庫容顯著增加?，F(xiàn)狀泵站抽水能力是根據(jù)水庫以前的興利庫容、灌溉制度及灌區(qū)需水情況設計的，且隨著灌區(qū)近年抗旱需水量增大，時間集中，原抽水設備裝機偏小，未能使灌區(qū)有限水源及時充分利用，已不能滿足新形勢下抗旱灌溉要求，亟待擴容改造。

2 存在問題

2.1 泵站工程設施安全隱患較多

壓力管道基礎(chǔ)大面積沉降，管床變形，管道漏水，管坡沖刷嚴重，危及廠房安全。出水池直墻有2 mm寬的縱向裂縫3條，其中長度1.3 m的1條。底板沖刷嚴重，石址裸露，周圍基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降。

2.2 水庫除險加固后有效庫容增大利用不足

信邑溝水庫以抽水灌溉為主，兼有防洪、養(yǎng)殖等綜合效益。樞紐工程包括大壩、充庫進水渠、放水洞(兼泄洪洞)、壩后抽水站等四部分。水庫于2002年除險加固后增設溢洪道，溢洪道堰頂高程570.00 m，正常蓄水位相應抬高為570.00 m。由于水庫多年淤積死水位由536.00抬高為538.00 m，除險加固改造后興利庫容為2659萬m3，較前增加1223萬m3。而現(xiàn)狀每個灌季抗旱結(jié)束后水庫均有較多余水，未能充分利用。

2.3 機組現(xiàn)狀抽水能力與灌區(qū)抗旱需要不符

水庫除險加固后，由于興利庫容增加了1223萬m3，灌季抽空水庫興利庫容從25 d延長到45～50 d。而近年來隨著農(nóng)村經(jīng)濟改革不斷深化，群眾抗旱用水時效性明顯增強，表現(xiàn)為：爭灌適時水、需水上峰快、時間短，特別是夏灌每輪用水一般為15～20 d，因灌區(qū)作物生長期差異可達到20～30 d?，F(xiàn)狀水泵裝機偏小，泵站抽水天數(shù)較長，這就造成了灌區(qū)急需灌溉用水與泵站抽水能力不足的矛盾，使水庫余水無法及時抽出，以滿足灌區(qū)抗旱實際需要。

3 擴容改造方案設計

3.1 主要建筑物形式

信邑溝水庫工程，其主要建筑物已形成固定模式，本次泵站擴容改造工程以不改變原設計各建筑物布局和施工期盡量不影響水庫正常運行為原則。

結(jié)合庫區(qū)現(xiàn)狀地形地貌，選定浮船泵站站址為水庫大壩上游左壩肩處。該處578.00高程有約4000 m2的平臺，施工期可作為施工用地，后期可征為管理用地。浮船泵站緊靠上游左壩肩布置，輸水管道直線埋管至塬上總干渠。通過新建浮船泵站設施，可增強信邑泵站的抽水能力，解決灌溉季節(jié)灌區(qū)抗旱缺水、水庫有水卻不能及時補充渠灌需要的矛盾。

新建浮船支座承臺，采用C20鋼筋砼澆筑；新建卷揚機支墩，采用C20鋼筋砼澆筑；570.00高程以下護坡為干砌石護坡，570.00高程以上護坡為M7.5漿砌石護坡；輸水管鎮(zhèn)墩采用C20鋼筋砼澆筑。

出水管道改造采用直徑1.6 m鋼筋砼管，管床采用C15砼現(xiàn)澆，管床基礎(chǔ)采用碎石墊層。出水池改造底板和坡板采用C20鋼筋砼現(xiàn)澆，板下襯復合土工膜防滲，出水池與總干渠采用扭面平順連接。

3.2 泵站揚程設計

信邑溝水庫正常蓄水位570.00 m，死水位538.50，信邑溝水庫正常蓄水位以下庫容曲線見表1。

表1 信邑溝水庫庫容曲線表

3.2.1 特征水位確定

①上水位：

出水池最低水位：按Q=50m3/s的40%流量計算出水渠的水位：

Z渠min=573.60+1.76=575.36m

出水池設計水位：按Q=50 m3/s的流量計算出水渠的水位

Z渠設計=573.60+2.96=576.56m

②下水位（水庫）

Z庫max=570.00（開機水位），對應庫容2659萬m3；

Z庫min=552.00（停機水位-停機水位的確定：結(jié)合岸邊地形條件，主要考慮水庫蓄水盡可能多的讓壩前和壩后泵站聯(lián)合抽水，以減少新建泵船抽水流量，同時盡可能減少泵船輸水臂或管橋長度，以減少泵船造價），對應庫容551.53萬m3。

Z加權(quán)平均=（∑HiQiti）/（∑Qiti）+552.0=8.09m+552.0=560.09m。

3.2.2 特征揚程

①最大凈揚程：Z渠設計-Z庫min=576.56-552.00=24.56m

②最小凈揚程：Z渠min-Z庫max=575.36-570.00=5.36 m

③加權(quán)平均揚程：Z渠設計-Z加權(quán)平均=576.56-560.09=16.47 m

3.3 水泵機組選型

根據(jù)設計流量、揚程，本次設計初選接近設計值的兩種不同泵型方案，分別計算工況點、效率、總出水量等參數(shù)。

方案Ⅰ，KQSN1000-M27(756)型水泵4臺，兩兩并聯(lián)運行；方案Ⅱ，KQSN1200-M27(963)型水泵2臺，并聯(lián)運行。

3.3.1 水泵工作點

工況點計算采用圖解法，水泵特性曲線通過水泵樣本核查，管路特性曲線通過計算繪制，計算過程如下：

水頭損失計算：

式中：S 為管路阻力系數(shù)，s2/m5；S=S沿+S局；S沿=10.29×n2×L/d5.33；S局=0.083Σζ/d4；n 為管道糙率；L 為管道長度，m；ζ為局部水頭損失系數(shù)；d為管道內(nèi)徑，m。

在管材、管徑、管長一定情況下，S為定值，據(jù)此給出一組Q值，求出對應的一組h，以Q為橫坐標，h損為縱座標，繪制管路特性曲線，與水泵特性曲線的交點即為水泵工況點，計算結(jié)果見表2。

表2 推薦方案水泵工況點參數(shù)表

3.3.2 機組選型

按上面兩種水泵選型方案和方案工作點計算成果，對兩種選型方案作如下比較。

方案Ⅰ，安裝4臺水泵，設計單泵抽水流量2.53 m3/s，總抽水流量10.12m3/s，效率為85.6%，總裝機功率2520 kW，與壩后泵站聯(lián)合抽完庫水約需20.6 d。泵船（包括水機設備）總造價約2115萬元。

方案Ⅱ，安裝2臺水泵，設計單泵抽水流量4.21 m3/s，總抽水流量8.4 m3/s，效率為87.9%，總裝機功率2240 kW，與壩后泵站聯(lián)合抽完庫水約需22.0 d。泵船（包括水機設備）總造價約1850萬元。

根據(jù)上面選型分析比較，方案Ⅰ抽水流量大，且機組臺數(shù)多，運行靈活，若遇機組故障檢修，對抽水流量影響較小，但泵站裝機功率大，造價大。方案Ⅱ造價低，水泵機組效率高，但方案Ⅱ抽水流量小，且機組臺數(shù)少，運行不夠靈活，若遇機組故障檢修，對抽水流量影響較大。考慮到該泵站為灌溉泵站，季節(jié)性強，抽水天數(shù)短，可充分利用灌溉間隙對水泵進行維修保養(yǎng)，且根據(jù)灌區(qū)泵站多年運行經(jīng)驗，即使灌期遇到故障，應急檢修一般不超過1天，方案Ⅱ最大運行天數(shù)不大于23 d，響應灌溉用水較方案Ⅱ略差，但也能滿足灌溉用水要求，且方案Ⅱ造價低，僅泵船一項較方案Ⅰ低265萬元，加之機電設備、土建部分方案Ⅱ較方案Ⅰ低約400萬元，故選方案Ⅱ為推薦方案。

4 結(jié)語

泵站增容改造后，可增加抽水量1223萬m3，灌溉定額349.83 m3/畝，折算當量面積3.5萬畝，根據(jù)灌區(qū)作物種植比例計算，改善灌溉面積新增效益為2294萬元；泵站增容工程效益分攤系數(shù)取0.25，分攤效益值為573.50萬元。泵站擴容改造后各方面運行將趨于合理、規(guī)范，能有效保證機組正常安全高效抽水，充分發(fā)揮機電設備抗旱效能，水庫蓄水將得以充分利用，必能緩解塬上灌區(qū)缺水情況，進一步增加灌區(qū)抗旱效益。