关于解决江河提水灌溉系统的排污除泥问题的探讨

李林强　傅定文　宋振宇　杨德先　敖选

摘 要：灌溉农业在大背景下发展的越来越好，各种各样的灌溉装置相继出现，水泵在提水灌溉中占有非常重要的地位。水泵在工作过程中极易造成损坏的一个重要原因是水中含有大量的泥沙和污垢杂质，会堵塞水泵、损坏叶片、烧坏电机等一系列问题，严重影响灌溉系统的正常使用和造成不必要的经济损失。水泵60%以上都是在江河流域使用，由于泥沙问题致使损坏的几率占70%左右[1]。为解决这一问题，将水源的泥沙除去是关键问题，利用沉沙池原理和泥沙泵进行有机组合成一种应用于江河提水灌溉的排污除泥装置，可有效解决水泵损坏问题，降低江河提水灌溉系统的日常维护成本。

关键词：灌溉；水泵；泥沙；沉沙池

随着科学技术发展和人类的进步，人类越来越依赖科技对农业所产生的影响，现代农业文明的实现，不仅满足了人类对能源、资源的需求，同时也推动了经济增长方式的转变，意味着对传统经济与社会组织的颠覆与改造。现代农业文明带给当代人类的不仅仅是一种新能源，更是继工业革命之后的又一次经济形态转型的新革命。灌溉农业在大背景下发展的越来越好，各种各样的灌溉装置相继出现，水泵在提水灌溉中占有非常重要的地位。

随着农业灌溉需求的扩大，大、中型提水灌溉项目越来越多，在水泵的应用上，高扬程大流量的水泵，真叶轮间隙很小，水泵易被泥沙阻塞后轻则停止工作，重则烧坏电机，泥沙会损坏水泵叶片，影响正常生产且带来严重的经济损失。这类问题在江河流域抽水更是麻烦，江河受雨季影响含泥沙量都比较大，抽水过程中泵损坏几率更大，半年甚至几个月就得重新更换水泵。

为了解决这个问题，现在大多数都是在抽水点建设沉沙池，然后定期对池子底部进行清理，但由于江河中含泥沙量较大，短时间内就需要清理泥沙，这样产生高昂的维护费用，增加了劳动成本，且各地条件不一样，清理难度极大，维护都比较困难。

一、排污除泥技术原理

江河水流中的砂如果不预先沉降分离去除，则会影响后续处理设备的运行。最主要的是磨损机泵、堵塞管网，干扰甚至破坏生化处理工艺过程。沉砂池主要用于去除污水中粒径大于0.2mm，密度大于2.65g/cm2的砂粒，以保护管道、阀门等设施免受磨损和阻塞。其工作原理是以重力分离为基础，使得比重大的颗粒下沉。泥沙泵是用于抽取泥沙作业的杂质泵，潜水泥沙泵，是电机与水泵同轴潜入水中工作的，该泵过流部件采用高合金耐磨材料制造，具有较好的耐磨性，过流通道大。潜水泥沙泵吸收国内外先进技术设计制造，独特的密封装置能够有效平衡油室内外压力，最大限度保护了机械密封的可靠性，电机采用过热保护、进水检测保护等多种保护措施，能够在恶劣的工况条件下长期安全的运行。在沉沙池中辅助以滤网和泥沙泵装置可自动去除泥沙。其原理分级沉降泥沙，沉降池底部设计为锥形漏斗装置，最底安装大间隙泥沙泵，每天定时控制排污，不让泥沙堆积，此装置简洁实用，其实际应用效果良好。

二、排污除泥装置

1.装置工作流程

江河流域提水灌溉的排污除泥装置，如图1和图2，包括沉沙池Y1、Y2、Y3，滤网L1、L2、L3，泥沙泵A、B，抽水泵B1、B2、B3。工作原理为：水在经滤网L1、L2、L3后泥沙在Y1和Y2底部聚集，泥沙泵A、B在抽水泵B1、B2、B3停止工作期间将泥沙混合水抽出Y1、Y2底部，达到排污除泥目的。

沉沙池Y1、Y2、Y3：原理是以重力分离为基础，沉砂池主要用于去除污水中粒径大于0.2mm，密度大于2.65 g/cm2的砂粒，以保护管道、阀门等设施免受磨损和阻塞。且Y1和Y2池子底部为倒立的四棱锥，便于泥沙聚集。滤网L1、L2、L3：滤网层层过滤，滤网间隙逐级递减，水中泥沙被迫沉入池底。泥沙泵A、B：泥沙泵A安装于Y1池子最底部，在抽水泵B1、B2、B3停止工作期间启动，将池子Y1底部的泥沙混合水抽出Y1；泥沙泵B安装于Y2池子最底部，与A同时启动工作，将池子Y2底部的泥沙混合水抽出Y2。抽水泵B1、B2、B3：水流经过L3之后流入Y3的水已经达到抽水泵工作允许的范围，经B1、B2、B3抽送到达目标点。沉砂池Y1、Y2每天的排污次数N1、N2，满足N1>N2，污水泵真叶轮间隙要S1、S2，满足S1>S2。

2.装置实施建设

如图3，排污除泥装置为：沉沙池Y1、Y2、Y3的容积和深度逐级递增，Y1和Y2的池子底部为倒立的四棱椎，棱锥锥度大于350，便于泥沙沉降。滤网L1、L2、L3为网格间隙距离逐渐减小的铁丝网，逐级过滤泥沙，便于沉入池底。分别安装于沉沙池顶部对角位置。泥沙泵A、B安装于L1和L2池子底部。抽水泵安装于Y3池子底部边缘。

在安装建设使用过程中，先挖掘建设一个容积和深度逐级递增的三级沉沙池，并将沉沙池一二级底部设置为倒立的四棱椎；将三个间隙逐级减小的滤网分别安装于沉沙池隔离边的对角位置；池子建设完成后在Y1和Y2池子最底部安装泥沙泵A和B；在Y3池子的底部边缘安装抽水泵B1、B2、B3；最后安装建设管网和线路；A和B在抽水泵停止工作期间启动工作，将Y1和Y2池子底部的泥沙混合水抽出，达到排沙除泥之用，以提高抽水泵的使用寿命和降低抽水系统的维护成本。

三、 应用前景分析

中国是一个农业历史悠久的国家，农业在整个国民经济中占有重要的地位。自1949年新中国成立以来，尤其是80年代改革开放以来，中国的农业发展迅速，如今国家对农业的越来越重视，粮食价格持续走高、以及气候问题引发逐年的旱涝问题，诸多因素引发了全球对农用水泵的需求持续上涨。近年，全球粮食价格持续走高，预计未来三到五年全球农田灌溉投资可能将大幅增长，带动全球农业水泵需求提升。21世纪以来，全球农产品价格，剥离通胀因素，已经增长近100%，2011年，全球粮食价格创下来了90年代以来的新高。这种粮食价格持续高涨的情况预计将推动类似于上世纪70年代大规模农田灌溉投资的历程，带动全球农用水泵需求增长。太阳能水泵亦称光伏水泵，是当今世界上阳光丰富地区，尤其是缺电无电的边远地区最具吸引力的供水方式，利用随处可取、取之不竭的太阳能，系统自动地日出而作，日落而歇，无需人员看管，维护工作量可降至最低，是理想的集经济性、可靠性和环保效益为一体的绿色能源系统。光伏水泵系统是中电电气太阳能研究院继光伏（风力）电站、光伏建筑一体化、光伏照明系统之后的另一种新能源应用系统。

中国产业信息研究网数据显示：2012年中国泵产量为8502.03万台，同比下降4.15%，2013年中国泵产量为9346.65万台，同比下降0.37%，2014年中国泵产量为12402.58万台，同比增长5.67%。

图4中数据表明中国使用水泵数量是巨大的，而这些水泵中有超过60%的量是在江河流域使用，也就每年有超过7500万台的水泵在工作环境极其恶劣的泥沙下工作，这造成的经济损失和水泵维护成本是极其巨大。发展推广使用江河提水排污除泥装置极其重要，前景广阔，市场容量大。

四、结语

加快江河流域提水系统排污除泥技术的研究和发展是加快现代化灌溉产业进步的关键，对提高中国农业产量至关重要。江河流域提水灌溉排污除泥装置采用分级沉降泥沙，沉降池底部设计为锥形漏斗装置，最底安装大间隙泥沙泵，每天定时控制排污，不让泥沙堆积，此装置简洁实用，其实际应用效果良好，能有效解决因泥沙阻塞而导致水泵损坏影响灌溉系统的正常运营的问题，减少系统维护成本，降低生产成本，在生态、环保、节能等方面具有重要的社会效益。

参考文献：

[1] 钱宁，戴定钟. 我国河流泥沙问题及其研究进展[J].水利水电技术，1980.

[2] 张跃超，王宇，肖建超.变电站电缆沟自动排沙除泥装置[J]. 科技视界，2013.

[3] 2015—2020年中国灌溉系统行业发展前景[R]. 深圳：中商产业研究院 ，2014.

[4] 2015年水泵行业前景分析[R].北京：中国报告，2015.

[5] 中国2014年水泵产量年度分析[R].北京：国家统计局，2015.

[6] 胡春宏. 我国泥沙研究进展与发展趋向[J].泥沙研究，2013.