博斯騰湖東西泵站運(yùn)行效率差異分析及對(duì)策思考

尚喻

（塔里木河流域巴音郭楞管理局博斯騰湖管理處，新疆 巴音郭楞 841000）

1 引言

博斯騰湖位于天山南麓，焉耆盆地東南，屬于中生代斷陷湖，是我國(guó)第一大內(nèi)陸淡水湖，既是開(kāi)都河尾閭，也是孔雀河的源頭，是一座天然集調(diào)洪、灌溉、發(fā)電等綜合效益的多年調(diào)節(jié)水庫(kù)。東西長(zhǎng)達(dá)55 km，南北平均寬20 km。在水位1 048.5 m時(shí)，水面面積為1 210.5 km2，容積為90×108m3，平均水深為7.5 m，最深處16 m。

博湖引水工程主要由博斯騰湖東泵站和西泵站組成，位于博斯騰湖東南角，兩座泵站間相距650 m，均為大Ⅱ型電力揚(yáng)水泵站，設(shè)計(jì)流量均為45 m3/s，分別于1980年和2008年建成投運(yùn)，其中西泵站于2011年12月完成全面技術(shù)改造，兩座泵站自1980年投運(yùn)至2017年年底累計(jì)運(yùn)行90.223萬(wàn)臺(tái)時(shí)，揚(yáng)水3.086 65×1010m3，安全運(yùn)行10 688 d。通過(guò)東、西泵站揚(yáng)水，不但為下游孔雀河、塔里木墾區(qū)提供了充足的灌溉用水，而且起到了加速了博湖水循環(huán)、保護(hù)塔里木河下游生態(tài)環(huán)境、開(kāi)孔河流域防洪抗旱、增加已建電站的發(fā)電量等多方面的綜合效益，為巴音郭楞地區(qū)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供了強(qiáng)大的助力。

2 基本情況

西泵站于1978年11月破土動(dòng)工，1980年投入運(yùn)行，1983年進(jìn)行工程竣工驗(yàn)收，榮獲國(guó)家優(yōu)質(zhì)工程銀質(zhì)獎(jiǎng)。工程總投資3 023.2萬(wàn)元。2009年，西泵站被列入國(guó)家大型泵站更新改造“十一五”規(guī)劃，批準(zhǔn)概算投資6776萬(wàn)元。工程于2010年03月08日開(kāi)工，2011年12月22日投入運(yùn)行。更新改造后西泵站，裝機(jī)容量為6×800 kW，設(shè)計(jì)抽水流量45 m3/s，加大抽水流量54 m3/s，設(shè)計(jì)揚(yáng)程4.18 m。主要建筑物攔污橋、主廠房、副廠房等為2級(jí)建筑物，引水渠和次要建筑物為3級(jí)，臨時(shí)性建筑物為4級(jí)。設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期50 a一遇，校核洪水重現(xiàn)期200 a一遇，工程抗震設(shè)防烈度為7度。工程主要由主、副廠房、中控樓、攔污橋、真空室、進(jìn)水池、出水池、廠區(qū)附屬工程等組成。機(jī)組最低運(yùn)行水位1 044.70 m，最高運(yùn)行水位1 048.00 m。

東泵站距西泵站東側(cè)650 m，是塔里木河流域綜合治理項(xiàng)目中的標(biāo)志性工程，于2003年06月開(kāi)工建設(shè)，2008年12月投入運(yùn)行。2011年11月通過(guò)工程竣工驗(yàn)收，東泵站及其配套工程決算投資2.3億，資金來(lái)源為中央預(yù)算內(nèi)西部專(zhuān)項(xiàng)資金。東泵站工程裝機(jī)容量5×1 100 kW，設(shè)計(jì)抽水流量45 m3/s，加大抽水流量54 m3/s，設(shè)計(jì)揚(yáng)程6.07 m。工程主要由引水渠、欄污橋、進(jìn)水池、主廠房、出水池、副廠房、廠區(qū)圩堤護(hù)岸組成。工程設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，校核防洪標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇，工程 抗震設(shè)防烈度為7度。機(jī)組最低運(yùn)行水位1 044.75 m，最高運(yùn)行水位1 048.00 m。

3 東西泵站效率分析

泵站效率是考核泵站技術(shù)管理工作的重要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。泵站的運(yùn)行效率是否符合GB/T 30948—2021《泵站技術(shù)管理規(guī)程》的要求也是衡量泵站運(yùn)行管理水平的重要參考。博湖引水工程管理單位博斯騰湖管理處按月編制的泵站揚(yáng)水量的報(bào)表，翔實(shí)地記錄了泵站運(yùn)行臺(tái)時(shí)數(shù)、揚(yáng)水量、耗電量、平均揚(yáng)程等泵站基礎(chǔ)運(yùn)行數(shù)據(jù)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，自西泵站全面改造完成后從2013年到2017年連續(xù)5年博湖東泵站和西泵站運(yùn)行效率如表1所示。

表1 泵站效率表%

從表1可以很直觀看出兩個(gè)現(xiàn)象：

1）東西泵站運(yùn)行效率有差異，東泵站始終大于西泵站，2013年相差最小為3.06%，2016年相差最大為14.29%；

2）東西泵站效率均出現(xiàn)了先上升后下降的情況，并且呈現(xiàn)出的是慢升快降的現(xiàn)象。

4 造成效率區(qū)別及變化的原因

1）經(jīng)查閱?wèn)|西泵站技術(shù)資料可知，竣工驗(yàn)收文件中確定的東西泵站設(shè)計(jì)揚(yáng)程不同，西泵站2011年改造后設(shè)計(jì)揚(yáng)程為4.18 m，東泵站設(shè)計(jì)揚(yáng)程為6.07 m。

GB/T 30948—2021《泵站技術(shù)管理規(guī)程》中要求泵站效率要求如表2所示。

表2 泵站效率規(guī)定值

根據(jù)表2可查出，東西泵站按照設(shè)計(jì)揚(yáng)程工作在符合泵站效率的規(guī)定的情況分別應(yīng)為：（東泵站≥64%，西泵站≥60%，存在4%的差值。實(shí)際中東泵站效率大于西泵站效率是符合設(shè)計(jì)性能的。

2）泵站效率計(jì)算公式如式（1）所示：

式中，ηbz為泵站效率；ρ為水的密度，kg/m3；g為重力加速度，m/s2；Qz為泵站流量，m3/s；Hbz為泵站凈揚(yáng)程，m；Pi為第i臺(tái)電動(dòng)機(jī)輸入功率，k W。

分析式（1）可以發(fā)現(xiàn)，影響泵站效率變量因素為：流量Q功率P和揚(yáng)程H。對(duì)于水泵來(lái)說(shuō)流量Q和功率P變化是基本同步的，或者同時(shí)增大，或者同時(shí)減小，對(duì)泵站效率影響較小。而揚(yáng)程H和泵站效率在有效范圍內(nèi)是同步變化的算術(shù)關(guān)系，即揚(yáng)程H變化率和泵站效率變化率同步，就要認(rèn)真分析2013年至2017年泵站揚(yáng)程的變化情況才能解釋東西泵站泵效率逐年變化的原因[1]。

3）經(jīng)查博斯騰湖管理處記錄的2013年至2017年的博斯騰湖月水位記錄，如表3所示。

由表3得到月水位折線(xiàn)圖如圖1所示。

表3 博斯騰湖2013—2017年月水位表 m

圖1 博斯騰湖2013—2017年月水位圖

從圖1可以清晰看出，博斯騰湖水位從2013—2017年是一個(gè)由慢到快抬升狀態(tài)，從2015年起每年上升約1 m，從而直接影響了泵站揚(yáng)程，利用博斯騰湖管理處月?lián)P水量報(bào)表逐月統(tǒng)計(jì)2013—2017年泵站揚(yáng)程并通過(guò)時(shí)間加權(quán)計(jì)算出東西泵站年工作揚(yáng)程如表4所示。

表4 博斯騰湖東西泵站2013—2017年泵站加權(quán)平均揚(yáng)程表 m

從表4可見(jiàn)，東西泵站揚(yáng)程是隨著博斯騰湖水位變動(dòng)，而且變動(dòng)趨勢(shì)和幅度基本一致，以致東西泵站運(yùn)行效率出現(xiàn)以上變化情況。

5 上述現(xiàn)象導(dǎo)致的影響

1）因?yàn)闁|西泵站之間因?yàn)樵O(shè)計(jì)揚(yáng)程存在差異所以水泵選型有所不同，東泵站主電機(jī)單機(jī)容量1 100 kW，西泵站主電機(jī)單機(jī)容量為800 k W，在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中因?yàn)槲鞅谜居兄麟姍C(jī)耗電少，且水泵揚(yáng)程低，振動(dòng)小的優(yōu)點(diǎn)，且東西泵站的功能一致，都是給下游孔雀河、塔里木墾區(qū)供水，因此，管理單位博斯騰湖管理處傾向于使用西泵站揚(yáng)水，出現(xiàn)了泵站效率低的西泵站運(yùn)行臺(tái)時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)東泵站的情況，雖然從泵站發(fā)揮功能角度看這樣運(yùn)用泵站并沒(méi)有問(wèn)題，但是始終存在低運(yùn)行效率泵站運(yùn)行時(shí)間大于高運(yùn)行效率泵站的情況[2]。

由表5可以看出，這幾年間西泵站比東泵站多運(yùn)行臺(tái)時(shí)數(shù)多出27.05%～228.23%不等，出現(xiàn)了嚴(yán)重不均衡的現(xiàn)象。

表5 博斯騰湖東西泵站2013—2017年運(yùn)行臺(tái)時(shí)表

2）隨著博斯騰湖水位變動(dòng)，東西泵站運(yùn)行效率不斷變化，但博斯騰湖水位近年來(lái)有持續(xù)升高的態(tài)勢(shì)，受此影響東西泵站按設(shè)計(jì)揚(yáng)程考核運(yùn)行效率已于2017年低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。在水位持續(xù)攀升的情況下，東西泵站運(yùn)行效率勢(shì)必會(huì)進(jìn)一步下降，但下游用水量必須保證，泵站運(yùn)行將處于兩難境地。

6 結(jié)語(yǔ)

鑒于以上情況，試分析幾條建議，以供參考。

1）做好博斯騰湖大小湖水量調(diào)度工作，通過(guò)合理分配大小湖入湖和出湖水量保證博斯騰湖大湖水位可控，并降至泵站高效運(yùn)行區(qū)，保證泵站效能。在高水位情況下多使用東泵站運(yùn)行提高泵站運(yùn)行效率，西泵站運(yùn)行時(shí)盡量調(diào)整水泵葉片角度，加大出水量，提高水泵利用效能。

2）在可能的情況下泵站引水渠設(shè)置可調(diào)節(jié)設(shè)施或裝置調(diào)節(jié)過(guò)流能力人為制造出泵站前池低水位的情況，以降低泵站前池水位和博斯騰湖大湖水位的相關(guān)性，使得泵站前池水位可控，在一定范圍內(nèi)不會(huì)隨著博斯騰湖水位升高或降低。