竇家山綠化基地灌溉泵站更新改造及效益分析

雒亞新

(甘肅甘蘭水利水電勘測設計院有限責任公司，甘肅 蘭州 730000)

1 工程概況

甘肅省水利廳竇家山綠化基地灌溉泵站為四級提灌泵站，其中一、二、三級泵站修建于1961年，四級泵站修建于1991年，設計最大提水流量為0.196 m3/s，總揚程397.6 m，總裝機1264 kW。泵站現承擔著周邊單位、學校、市場2.8萬多居民生產生活用水及水保所周邊農田、綠化等面積3000余畝的灌溉任務[1]，對蘭州東出口環境改善起著重要作用，同時對周邊地區社會和國民經濟的穩定、發展意義十分重大。泵站運行多年以來，對當地的農林經濟發展及水土保持起到了不可替代的作用，但受當時經濟條件和體制的制約，該泵站屬邊規劃、邊設計、邊施工的“三邊”工程，建設標準偏低，現狀運行時間長，機房簡陋、設備老化、故障多、維護費用大，高耗低能問題十分突出。為使該泵站工程更好地發揮效益，2018年底，甘肅省水利廳蘭州水土保持科學試驗站對該灌溉泵站一、二級泵站進行全面更新改造建設。本文根據該灌溉泵站運行現狀及存在的問題，結合一級、二級泵站建筑物、機電設備、金屬結構的現場安全檢測成果，提出泵站更新改造的建設方案，并對泵站改造完成后產生的效益進行預估。

2 泵站現狀及存在的問題

2.1 泵站現狀

(1)一級泵站現狀

一級泵站位于榆中縣來紫堡鄉桑園峽黃河岸邊，上游距蘭州黃河鐵路橋約430 m，泵站建筑物主要包括：主泵房(1#泵房、2#泵房)、管理房、鎮墩及支墩。1#、2#泵房均為干室型泵房，1#地上層為磚木結構，2#地上層為磚混結構，地下層均為鋼筋混凝土結構。泵站管理房4間，均為磚木結構，鎮墩為混凝土結構，支墩為漿砌石結構。

一級泵站現安裝水泵機組4臺套，1#、2#泵房各2套，總裝機414 kW。

(2)二級泵站現狀

二級泵站位于榆中縣米紫堡鄉大青山至五泉奶牛場中間的溝道內，泵站建筑物主要包括進水池、主泵房、管理房、鎮墩及支墩、出水池。進、出水池為混凝上結構，主泵房為分基型泵房，泵站管理房4間，均為磚木結構，鎮墩、支墩均為混凝土結構。其中進水池正在改建，鎮墩及支墩、出水池已改建完成。

泵站現安裝水泵機組2臺套，裝機320 kW。

2.2 一、二級泵站存在的問題

一、二級泵站經過五十多年的運行，泵站建筑物老化破損尤為嚴重，機組、電氣設備和大部分設施設備也帶病運行，嚴重影響了泵站安全運行。主要存在的問題有：(1)一級泵站不滿足防洪要求，在黃河汛期多次被河水淹沒，泵站1#泵房面積狹小，僅約9 m2，設備維護困難；(2)一級泵站原設計未考慮進水前池，水泵直接從黃河取水，由于黃河含沙量高，水泵磨損嚴重；(3)一級泵站原設計采用兩級串聯提水，運行效率低，操作繁瑣；(4)一、二級泵站泵房等主要建筑物年久失修，普遍出現裂縫、不均勻沉陷、混凝土老化、破損等現象，存在許多安全隱患；(5)一、二級泵站機電設備嚴重老化，淘汰產品多，影響正常使用；(6)一、二級泵站之間輸水混凝土管道老化，部分管道外露，接口多處出現嚴重滲漏，附屬建筑物破損嚴重，鎮墩混凝土缺損、露石嚴重，支墩漿砌石砂漿老化，缺損嚴重，存在嚴重安全隱患；(7)一、二級泵站管理房屋均為磚木結構，內墻面多處開裂，外墻砌磚風化、缺損嚴重，屋面破損，管理房坡屋面木梁老化、漆層剝落，已成危房。

3 泵站改造設計

3.1 泵站建筑物更新改造方案

泵站除為區域內耕地、林地提供灌溉水源外，還為附近學校提供生活用水，調查泵站目前運行情況，一、二級泵站連續停水時間不能超過2 d。根據泵站存在的主要問題，同時考慮現有泵站不能長時間停止供水的實際情況，本次一、二級泵站改造方案如下。

(1)一級泵站更新改造方案

在原一級泵站2#泵房下游臨河新建一級泵站主、副廠房，新增進水池；一級泵站出水池后移至開闊地段新建；出水壓力管道及鎮、支墩在原管道左側重新布置；在現有管理房左側新建管理房3間；維修場內道路等管理設施。

原有一級泵站1#、2#泵房及進出水管道、鎮、支墩、出水池及在工程更新改造期間繼續使用，待泵站更新完成后不再使用。

(2)二級泵站更新改造方案

拆除現有二級泵站主廠房西側管理房，在其位置新建二級泵站主、副廠房；二泵站管理房拆除后在沉沙池北側位置新建。二級泵站主、副廠房在改建期間繼續使用，待泵站主體更新改造完成，滿足運行條件后拆除。

(3)一級與二級間鋼筋混凝土輸水管改建方案

一級至二級間鋼筋混凝土輸水管道，運行已超過50多年，已超過其設計使用年限，存在運行安全隱患，本次設計初步確定在原管線一側重新布設一條管道輸水。

3.2 工程總體布置

(1)一級泵站總體布置

改建一級泵房位于現一級泵站2#泵房下游20 m處，地形稍開闊，相對平坦，地質、水深等條件滿足泵房建設要求。泵房采用干室型泵房，平面成矩形布置，臨河側新增進水池，為便于進水池清淤及對水泵進水管道進行維護檢修，進水池進口設檢修閘門擋水，頂部設置清淤用起吊設備。主廠房下層為水泵室，單列式布置兩臺臥式機組，靠下游端上層設檢修間，主廠房設電動單梁懸掛式起重機1臺。副廠房與主廠房分基布置，位于主廠房出水側，為二層結構，其下層布設出水管，流量計及泄水(壓)閥等。改建泵站出水壓力總管為1根DN300 mm的鋼管，總長度418 m。管道及鎮、支墩沿原管道并排布設，管道爬坡段跨東金公路以下段采用明管布設，跨東金公路及至新建出水池段管道埋地敷設。一級泵站出水池選在果園西北角開闊地方新建，采用矩形結構，正向出水。新建3間管理房位于現管理房南側，背靠鐵路專線，建筑面積約48 m2。

(2)一級泵站出水池至二級泵站輸水管道布置

現有一級泵站至二級泵站輸水管道穿過果園后，沿原五泉奶牛場所處溝道右側山腳等高線布置，由于管線經過地段，新老墳地較多，為了減少土地征用，避免遷墳，新建管線靠山體一側沿原管線并排埋設，總長度997 m。

(3)二級泵站總體布置

改建二級泵站主廠房位于現有管理房位置。采用干室型泵房，主廠房下層為水泵室，單列式布置兩臺機組，機組負吸程安裝，主廠房東端上水層設檢修間，主廠房設電動單梁懸掛式起重機1臺；副廠房與主廠房分基布置，位于主廠房西側；改建二級管理房布置在已改建沉沙池北側，共計3間，建筑面積約50 m2。

3.3 主要建筑物更新改造設計

(1)泵房

改建一、二級泵站選擇干室性矩形結構泵房，主廠房的水下結構分別采用C30鋼筋砼板式結構，地面以上均采用框架結構，屋頂鋼筋砼平頂屋蓋，建筑立面采用砂漿抹面和內、外墻涂料磚結構。一、二級泵房各安裝2臺臥式單級雙吸離心泵，機組臺數少，采用單列式布置，機組沿主廠房縱向布置成一排。一級泵站選用2臺KQSN250-N4/595型單級雙吸離心泵，二級泵站選用2臺KQSN250-M4/540型單級雙吸離心泵方案。

(2)泵站進出水建筑物

改建一級泵站增設進水池與泵房合建，進水池側向進水，凈長5.75 m，凈寬3.0 m，池深約9.3 m，側墻厚、底板厚0.8 m，采用C30鋼筋砼結構。進水池進口設檢修閘門，池頂鋼筋混凝土排架。出水池正向進水，出水池凈長3.0 m，凈寬2.0 m，池深約2.5 m。

(3)壓力管道

泵站出水壓力管道全部采用鋼管，泵房至東金公路段壓力鋼管采用明管鋪設，其余段全部采用填埋式方式鋪設，壓力管道豎直方向坡度≥1∶3，水平方向轉角≥30°時設置鋼筋混凝土鎮墩。一級泵站出水池至二級泵站改建輸水管道采用DN450球墨鑄鐵管埋地敷設。

4 效益分析

4.1 灌溉效益

本次更新改造的泵站更新改造后可改善灌溉面積3000畝，參照類似工程灌溉效益，改善灌溉面積畝均新增效益按110元計，則改善灌溉面積3000畝的灌溉效益為33萬元。

4.2 人畜飲水效益

本工程供水范圍為甘肅省水保所、蘭州資源環境職業技術學院、蘭州軍區68141部隊、中國人民解放軍32194部隊、蘭州成功學校，供水對象為供水范圍內城鎮居民、單位職工和學生，2030年供水人口為33477人，本次規劃的中型泵站更新改造后，供水范圍內年飲水量保證率得到提高，生活質量得以改善，其效益按年可節省運水費用，改善水質減少疾病，節約醫療、保健費用等估算。經分析計算，可節省拉水費和醫療費用約190萬元。

4.3 節能效益

本次泵站更新改造后裝置效率將明顯提高，能源單耗將明顯下降，從現狀的6 kW·h/(kt·m)～7.5 kW·h/(kt·m)下降到5 kW·h/(kt·m)以下，節電20%以上，按泵站年均耗電量54 kW·h計算，平均每年可節電20%，按0.26元/(kW·h)的影子電價計，可節省動力費8萬元。

4.4 減少維修費效益

本泵站工程泵房年久失修、機電設備老化嚴重、配套設施靠修舊利廢維持運行，更新改造前每年維修費用按影子工程投資的1%計[2]，為15.01萬元。工程更新改造后，每年將減少大量的維修工作量和節省維修費用，泵站采用的設備使用年限將有所延長，水泵抗汽蝕性能大幅度提高，節省維修費用按30%計算[3]，則每年可節省維修費用5萬元。

4.5 管理效益

本次泵站工程更新改造后，設備狀況大為改善，運行效率大幅度提高，改造后將采用計算機自動化監控管理，泵站將進入少人值守的管理模式，每年將可節省管理人員和運行人員約2人的費用，平均每年可節約人員工資和管理費用10萬元。

綜上所述，本次泵站更新改造后，直接增加的效益為245萬元，本工程的實施，具有極其顯著的社會效益、經濟效益、生態環境效益。

5 結論

本工程的建設，可解決甘肅省水利廳竇家山綠化基地灌溉泵站一、二級泵站存在的問題，提高泵站運行的安全性、可靠性，對當地的農林經濟發展、水土保持及居民生活用水有不可替代的作用，對維護社會穩定、促進本地區經濟的穩步發展具有重大意義。泵站在改造建設中應正確處理安全、質量、經濟、環保、節能等的相互關系，確保工程設計建設安全可靠、質量合格、技術可行、經濟合理和適合國情，力求經濟效益、社會效益和環境效益的協調統一。