關中某大型灌區分干系統五級泵站改造規模研究

郭 琰

（陜西黃河古賢水利樞紐開發有限公司,陜西 西安 710001）

1 概況

近年來,陜西省各大中型灌區建設于二十世紀八九十年代的泵站經過多年運行,泵站工程設施、機電設備存在問題較多,泵站提水能力逐年下降。經水利部評審,某大型灌區分干系統的五級泵站被列入大型泵站改造任務中。該分干系統由四級泵站、五級泵站、六級泵站、七級泵站、八級泵站等組成,列入本次陜西省大型灌溉排水泵站更新改造規劃的為前4 座泵站。五級泵站改造時面臨其所轄灌溉面積增大的實際情況,根據泵站改造的指導思想及上級主管部門的意見,確定泵站改造后的規模就成為該座泵站改造的首要任務。以下本文系統地闡述五級泵站規模確定的過程及各座泵站機組選型情況。

2 五級站設計規模確定

2.1 分干系統擴灌井灌區灌溉面積落實

該灌區在規劃設計階段,經大量調研將幾個系統的控制灌溉面積中已有的井灌區面積做了核減,這種規劃原則在當時的社會歷史條件下,無疑是合理的,也得到了上級審批部門的認可。具體到本分干系統控制灌溉范圍內核減了6.92 萬畝井灌區,其中屬五級泵站提灌控制范圍內有6.28 萬畝,這些機井零散的分布在灌區范圍內。灌區開灌后,井灌區經多年運行至今,因井位分散管理難度大、維修費用高,致使井泵嚴重失修,機電設備日趨老化。加之近年來,灌區地下水位下降,出水量銳減,井灌區供水保證率嚴重不足,這些問題致使井灌區已經逐步失灌,轉而逐步完善了本灌區的斗農渠,納入到本灌區中,也不可能再將那塊農田強行返回井灌區,這已經形成事實。由此導致五級站實際供水面積增加,供水流量嚴重不足,尤其到夏灌無法滿足農灌需要,客觀上急需良村站擴容增大流量。

本次改造灌區管理局對該分干系統五座泵站所控制的渠系灌溉面積進行了調查復核,除四級站控制的面積增加0.64萬畝井灌區外、涉及到五級站現狀實際所控制的灌溉面積及原規劃控制灌溉面積匯總見表1。

表1 空氣閥設置統計

續表1

續表1

由表1統計表可知,五級站后原規劃控制灌溉面積為8.68 萬畝,后來實施完成面積8.04 萬畝,現狀實際控制灌溉面積為14.32 萬畝,比原設計實施值8.04 萬畝增加了6.28 萬畝。

2.2 分干系統灌水率復核

在對本分干系統灌水率進行復核時,參考原灌區規劃成果及《黃河古賢水利樞紐工程陜西受水區規劃報告》中對該灌區灌水率的描述內容,并采用式（1）進行灌水率計算：

式中：q凈為灌水率,m3/（s·萬畝）；為作物種植面積占灌區總面積比例,%；m為作物灌水定額,m3/畝；T為灌水延續時間,d。

需要特別說明的是,對于自流灌區,每天灌水延續時間一般以24 h計,式（1）中常數為8.64；而良村系統為泵加壓抽水灌區,每天抽灌時間一般以20 h~22 h計,則相應式（1）中常數一般取7.2~7.92,本式取7.5。據式（1）計算可得該灌區現狀灌溉制度,見表2。

表2 灌區現狀年灌溉制度

由表2可得到灌區現狀灌水率圖,見圖1。

圖1 工程位置圖

則由表2 及圖1 可知,該灌區泵站及續灌渠道設計流量應采用0.333 m3/（s·萬畝）。

2.3 分干系統擴灌后各級泵站流量確定

2.3.1 四級泵站本次改造后抽水流量

四級站從干渠抽水,為本分干系統首級站,原設計抽水流量3.99 m3/s、控制灌溉面積18.18 萬畝,本級灌溉面積3.859 萬畝,對應本級所需流量為0.96 m3/s,本次擴灌后本級新增0.64 萬畝井灌區灌溉面積,按灌水率計算,需新增灌溉流量0.21 m3/s,總計約1.17 m3/s。

根據本次四級泵站更新改造設計,改造后的四級泵站共安裝5 臺同型號的水泵電動機組,單臺機組設計流量為1.1 m3/s,泵站設計抽水流量5.5 m3/s。扣除其本級灌溉面積所需的約1.1 m3/s流量后,可以提供給五級站的流量為4.4 m3/s。

2.3.2 五級泵站本次改造后抽水流量

由表1 統計內容可知,五級泵站現狀實際控制灌溉面積為14.32 萬畝,則其所需灌溉流量應為：14.32×0.333=4.77（m3/s）。而四級泵站實際可提供給五級站的流量為4.4 m3/s。

按照“以供定需”的指導原則,綜合考慮確定五級泵站的設計流量為4.4 m3/s。

2.3.3 六級、七級泵站本次改造后抽水流量

四級站扣除本級分水流量后,給其后面4 級泵站的供水流量不能滿足五級站后新增井灌區的灌水保證率,總缺水流量為0.37 m3/s。設計綜合考慮后按照五、六、七級等3 座泵站本級新增的井灌區面積大小情況,逐級逐站按所占總面積比例計算缺水流量配額。

（1）五級站

設計流量：4.4 m3/s；本級灌溉面積：4.65 萬畝（含本級新增井灌區面積：1.88 萬畝）；按灌水率確定本級實需流量：4.65×0.333=1.55 m3/s；按比例不能滿足的流量：1.88/6.28×（4.77-4.4）=0.11 m3/s；則五級站本級的實際灌溉流量為：1.55-0.11=1.44 m3/s。

（2）六級站

六級站設計流量為五級站的設計流量與其本級實際灌溉流量的差值。設計流量：4.4-1.44=2.96 m3/s；本級灌溉面積：3.08 萬畝（含本級新增井灌區面積：1.43 萬畝）；按灌水率確定本級實需流量：3.08×0.333=1.03 m3/s；按比例不能滿足的流量：1.43/6.28×（4.77-4.4）=0.09 m3/s；則六級站本級的實際灌溉流量為：1.03-0.09=0.94 m3/s。

（3）七級站

七級站設計流量為六級站的設計流量與其本級實際灌溉流量的差值。即：設計流量：2.96-0.94=2.02 m3/s。

由此就確定了五、六、七級等三座泵站的設計流量依次為：4.4 m3/s、2.96 m3/s和2.02 m3/s。

3 改造后系統各站流量匹配及機組選型

3.1 系統各站機組選型情況

本分干系統由四~八級泵站組成,結合各級泵站新增井灌區面積,設計對擴容改造后新抽水流量進行逐級逐站分配,并對各站按擴容抽水流量后設計工況機組臺數進行選型統計,具體見表3。

表3 分干系統改造后各站機組臺數選型表

3.2 系統級間抽水流量匹配分析

①設計工況

系統上一級泵站扣除本級灌溉分水流量后,余水揚至下一級站內,下一級站按設計流量選用水泵臺數即可。即系統各級泵站按設計臺數開機運行。具體如下：四級站開啟5 臺水泵機組抽水,其中單臺機組滿足本級抽水灌溉流量1.1 m3/s。其余4.4 m3/s揚水至五級站。五級站開啟4 臺水泵機組抽水,設計流量為4.4 m3/s,扣除本級抽水流量1.44 m3/s后,其余2.96 m3/s揚水至六級站。六級站開啟4 臺水泵機組抽水,設計抽水流量為2.96 m3/s,扣除本級流量0.94 m3/s后,余水2.02 m3/s由七級站開啟2 臺大流量泵抽水。

②小于設計流量工況

四級站可開啟1～4臺機組,抽水流量1.1 m3/s～4.4 m3/s,對應五級站、六級站均開啟1～4臺機組,從五級站開始每級扣除本級分水流量后,級間匹配滿足要求。

七級站原設計安裝3臺水泵,2大1小,流量擴容后,根據原廠房土建不大改、電壓等級不提高的改造原則,仍維持原機組臺數方案不變,機組抽水能力按設計工況時按2.02 m3/s選型。六級站單機抽水時,來水0.74 m3/s,扣除其本級灌溉分流流量后,七級站開啟一臺小流量泵,抽水能力為0.4 m3/s,可滿足級間流量匹配。

4 結論

本文結合泵站急需擴容改造的現狀情況,在對現狀實際控制灌溉面積進行核實的基礎上,進行灌溉制度的復核計算,最終確定該提灌系統各級泵站的設計流量。在此基礎上考慮級間流量匹配等問題進一步確定了各級泵站的機組選型,從而確定了泵站改造的規模,為下一步設計工作確定了原則和方向。上述泵站改造規模確定的過程也可為同類型提灌泵站規模的確定提供有益的借鑒經驗。