排灌潛水軸流泵站在引黃灌區中的應用

宋淑紅

（聊城市東昌府區水利局，山東 聊城252000）

1 灌區概況

王鋪灌區屬黃泛沖積平原，灌區位于馬頰河以北，地勢西北高東南低，涉及梁水鎮鎮、斗虎屯鎮兩個鎮的106 個行政村，受益人口8.35 萬。灌區內農業糧食種植以小麥、玉米為主，兼做棉花、蔬菜等，對灌溉排澇要求較高。王鋪灌區骨干排水河道是馬頰河，下級排澇體系由灌排合一的灌溉渠系組成。灌區原有水源王鋪泵站，設計提水流量14.4 m3/s，共12 臺機組，配套功率960 kW，由王鋪分干、王崗分干兩條輸水干渠供水，長27.48 km，下轄支渠30 條，長97.33 km，配套建筑物177座，渠系及建筑物相對完整。通過新建李莊灌排潛水軸流泵站作為第二水源，解決灌區存在的用水矛盾，并增強排澇能力。

2 泵站設計方案

2.1 站址選擇

馬頰河位于王鋪灌區的南部，是該區域的骨干排澇河道，河內常年有水，水質清澈能滿足灌溉用水質標準，并且馬頰河下游薛王劉節制閘閘底高程26.20 m，閘門5 孔，寬度10 m，高度5.0 m，正常蓄水量430 萬m3，最大蓄水量520 萬m3，年調蓄水量2 000 萬m3。因此在薛王劉節制閘上游建提水泵站，水源有保證。

根據王鋪灌區水系分布，王鋪分干二支是向下游送水的主要渠道，由王鋪分干樁號7+140 處分出，運行9.6 km 后穿聊臨路之后繼續向東北方向延伸直到灌區最下游。擬選站址李莊泵站位于馬頰河與聊臨路交匯處下游，馬頰河左岸樁號62+945，是距王鋪分干二支距離最短處，并且該現狀位置是該區域入馬頰河排水口，適于建設排灌泵站。

2.2 設計方案

2.2.1 總體設計

李莊排灌泵站位于馬頰河與聊臨路交匯處下游，馬頰河左岸，樁號62+945，是排灌泵站。泵站設計流量為3.6 m3/s，配套700QZB-70G 潛水軸流泵2 臺、500QZB-100GA 潛水軸流泵2 臺，總裝機容量290 kW。

李莊泵站包括進口段、引水管道、泵站前池、引水閘、泵室、出水管、出水池、出口排水閘、穿堤涵洞及出口段等10 部分。當水泵引水灌溉時，引水閘門開啟，排水閘門關閉；當汛期排澇時，排水閘門開啟，引水閘門關閉。泵站各部分呈直線排列，與馬頰河大堤正交。

站址處馬頰河現狀灘地寬210 m（均為耕地），內外堤腳寬30 m，堤外為聊臨路邊溝外接王鋪分干二支渠。為了少占耕地，李莊泵站除進、出口段外，所有結構都在現狀地面以下，設計為下沉隱蔽式鋼筋混凝土結構，地下隱蔽式結構的排灌泵站在東昌府區建設尚屬首次。

2.2.2 設計要點分析

1）泵站引水段設計。泵站引水段長210 m，結構形式選擇分別對明渠襯砌、砌石蓋板涵、鋼筋混凝土管3 種形式進行了比較：明渠襯砌結構施工簡便易行，造價低，但需要永久占地；砌石蓋板涵結構施工工期長，石材采購困難，造價較高，不需要永久占地；鋼筋混凝土管結構施工工序簡單，施工工期短，造價和砌石蓋板涵基本一樣，不需要永久占地。綜合以上因素，經過分析，在盡量不占用耕地的前提下，確定泵站引水管道采用2 孔直徑為2 m 的鋼筋混凝土承插管，管底高程27.86 m，上游端與進口段八字墻相連，并設鋼制攔污柵2 扇，下游端與泵站前池連接。

2）泵室段設計。在盡量少占用耕地的前提下，將電機層下沉到地面以下，設計為下沉隱蔽式鋼筋混凝土結構，操作室移到管理房進行遠程可視操作。泵室采用鋼筋混凝土結構，長10.265 m，凈寬4.4 m，分為上下兩層，全部在現狀地面以下。

2.2.3 泵站水力機械設計

1）泵型選擇。根據以往工程經驗，對立式軸流泵、潛水軸流泵、潛水混流泵進行比較。選用潛水軸流泵和潛水混流泵，具有立式軸流泵不可比擬的優點，一是電機與水泵構成一體，無需在現場進行電機、傳動結構、水泵軸線對中的裝配工序，現場安裝方便、快速；二是能省去機泵間長軸和軸承，機組運行更為可靠；三是能減少泵站上部工程，從而節約工程造價。但是潛水混流泵相對潛水軸流泵揚程較高，流量較小，因此本設計采用潛水軸流泵。

2）單機流量選擇。單機流量大的水泵機組，雖然機組數量減少，廠房規模減小，但單機設備功率增大，需要的淹沒深度增加，不利于渠道水位變化時機組的調節運用；如選用單機流量過小的水泵機組，則水泵數量增多，廠房及出水池規模增大，投資增加較大。因此，根據多年運行經驗，綜合考慮進水池水位、灌區用水需求，選用兩套不同功率、不同流量的4 臺潛水軸流泵，分別為：700QZB-70G2 臺，設計流量為1.2 m3/s，配套電機功率為90 kW；500QZB-100GA2 臺，設計流量為0.6 m3/s，配套電機功率為55 kW。當水位高、用水需求大時開啟大功率軸流泵；當水位低、用水需求較小時開啟小功率軸流泵，既滿足用水需求，又達到節能目的。

3）水泵出水鋼管布置。李莊泵站4 臺機組橫向梅花型布置。水泵出水鋼管通過鋼制三通分別伸向上下游兩個方向，出水鋼管上安裝手電兩用蝶閥控制出水方向。

2.2.4 泵站遠程操作系統設計

為了便于操作，在管理房內設置了控制室和操作室，4 臺軟啟動柜呈一字型布置，啟動柜內分別設有限流器、限位器和限壓器和電機相連，進行非常狀態下的自動控制，對電機進行多重保護。在泵站進口設有水位遠程控制，與操作室的遠程控制系統相連。在泵站出口輸水區段設有自動測流儀，對泵站出水流量進行自動測量。

2.2.5 出口段輸水渠道設計

出口段輸水渠道長135 m，下游接王鋪分干二支渠向下游送水。輸水渠道設計斷面為復式斷面，輸水斷面結構形式為全斷面現澆混凝土，厚度10 cm。由于站址處地勢較低，輸水渠道設1 m高堤防，堤防為均質土堤，頂寬2 m，邊坡1∶2，內堤腳處設1 m 寬混凝土硬化戧臺，既保證了土堤的安全，也作為管理人員巡視水情的交通便道。

3 實施及運行效果

李莊排灌泵站于2017 年12 月底建成運行。作為王鋪灌區的第二水源，與上游的王鋪泵站共同運行，互為水源補充。以聊臨路、京九鐵路為邊界，王鋪泵站承擔邊界以西區域，李莊泵站承擔邊界以東區域的灌溉任務。項目建成后，經歷了2018 年、2019 年兩年灌溉提水檢驗，共開機4 350 臺時，提水量達到1 277.71 萬m3，完成灌溉1.06 萬hm2，春灌灌溉周期由原來的47 d 縮短到39 d；由于馬頰河常年有水，李莊泵站根據需要可以隨時開機提水，除春秋灌溉外共開機提水1 872 臺時，提水量543.45 萬m3，使王鋪灌區下游區域實現了適時灌溉，提高了灌區的適時灌溉率，每年新增糧食產量110 萬kg，增產效益達到220 萬元。李莊泵站運行兩年來，工程設備完好率、安全運行率、裝置效率、能源單耗等各項指標均滿足設計要求，運行情況良好。該泵站的投入使用緩解了王鋪灌區的用水矛盾，實現了水資源的科學調配和合理使用，解決了王鋪灌區下游用水難的問題，同時也可減少區域洪澇災害發生的頻次，降低洪澇災害損失。