宝鸡峡信邑沟泵站扩容改造方案探析

周 燕

1 概况

宝鸡峡信邑沟泵站地处塬上总干灌溉系统信邑沟水库，位于扶风县东北7.5 km的美阳河上、宝鸡峡塬上总干渠115+300桩号处，其主要任务是向总干渠补水。泵站于1971年建成，2003年利用世行贷款进行了部分改造，设计流量7.04 m3/s，设计总扬程27 m。安装卧式24 Sh-19型离心水泵机组8台，配套8台Y355-6、355 kW异步电动机，电压等级为6 kV，泵站总装机功率2840 kW。泵站采用母管进水，正向出水，泵站主要建筑物包括主厂房、压力出水管道、出水池等；水泵进水管与水库引水洞相接；主厂房为框架结构，建筑面积483.53 m2，厂房内水泵电动机组呈单列式布置，内设5 t电动单梁桥式起重机，副厂房位于出水侧，与主厂房连同，建筑面积236.83 m2；泵站出水采用拍门断流方式；压力管道为单机单管，为DN800钢筋砼管，单根长约120 m；泵站建有35 kV变电站1座，主变为S9-4000-35/6.3，容量4000 kVA，35 kV输电线路长6 km。

信邑沟水库由于2003年除险加固后，兴利库容显著增加。现状泵站抽水能力是根据水库以前的兴利库容、灌溉制度及灌区需水情况设计的，且随着灌区近年抗旱需水量增大，时间集中，原抽水设备装机偏小，未能使灌区有限水源及时充分利用，已不能满足新形势下抗旱灌溉要求，亟待扩容改造。

2 存在问题

2.1 泵站工程设施安全隐患较多

压力管道基础大面积沉降，管床变形，管道漏水，管坡冲刷严重，危及厂房安全。出水池直墙有2 mm宽的纵向裂缝3条，其中长度1.3 m的1条。底板冲刷严重，石址裸露，周围基础发生不均匀沉降。

2.2 水库除险加固后有效库容增大利用不足

信邑沟水库以抽水灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合效益。枢纽工程包括大坝、充库进水渠、放水洞(兼泄洪洞)、坝后抽水站等四部分。水库于2002年除险加固后增设溢洪道，溢洪道堰顶高程570.00 m，正常蓄水位相应抬高为570.00 m。由于水库多年淤积死水位由536.00抬高为538.00 m，除险加固改造后兴利库容为2659万m3，较前增加1223万m3。而现状每个灌季抗旱结束后水库均有较多余水，未能充分利用。

2.3 机组现状抽水能力与灌区抗旱需要不符

水库除险加固后，由于兴利库容增加了1223万m3，灌季抽空水库兴利库容从25 d延长到45～50 d。而近年来随着农村经济改革不断深化，群众抗旱用水时效性明显增强，表现为：争灌适时水、需水上峰快、时间短，特别是夏灌每轮用水一般为15～20 d，因灌区作物生长期差异可达到20～30 d。现状水泵装机偏小，泵站抽水天数较长，这就造成了灌区急需灌溉用水与泵站抽水能力不足的矛盾，使水库余水无法及时抽出，以满足灌区抗旱实际需要。

3 扩容改造方案设计

3.1 主要建筑物形式

信邑沟水库工程，其主要建筑物已形成固定模式，本次泵站扩容改造工程以不改变原设计各建筑物布局和施工期尽量不影响水库正常运行为原则。

结合库区现状地形地貌，选定浮船泵站站址为水库大坝上游左坝肩处。该处578.00高程有约4000 m2的平台，施工期可作为施工用地，后期可征为管理用地。浮船泵站紧靠上游左坝肩布置，输水管道直线埋管至塬上总干渠。通过新建浮船泵站设施，可增强信邑泵站的抽水能力，解决灌溉季节灌区抗旱缺水、水库有水却不能及时补充渠灌需要的矛盾。

新建浮船支座承台，采用C20钢筋砼浇筑；新建卷扬机支墩，采用C20钢筋砼浇筑；570.00高程以下护坡为干砌石护坡，570.00高程以上护坡为M7.5浆砌石护坡；输水管镇墩采用C20钢筋砼浇筑。

出水管道改造采用直径1.6 m钢筋砼管，管床采用C15砼现浇，管床基础采用碎石垫层。出水池改造底板和坡板采用C20钢筋砼现浇，板下衬复合土工膜防渗，出水池与总干渠采用扭面平顺连接。

3.2 泵站扬程设计

信邑沟水库正常蓄水位570.00 m，死水位538.50，信邑沟水库正常蓄水位以下库容曲线见表1。

表1 信邑沟水库库容曲线表

3.2.1 特征水位确定

①上水位：

出水池最低水位：按Q=50m3/s的40%流量计算出水渠的水位：

Z渠min=573.60+1.76=575.36m

出水池设计水位：按Q=50 m3/s的流量计算出水渠的水位

Z渠设计=573.60+2.96=576.56m

②下水位（水库）

Z库max=570.00（开机水位），对应库容2659万m3；

Z库min=552.00（停机水位-停机水位的确定：结合岸边地形条件，主要考虑水库蓄水尽可能多的让坝前和坝后泵站联合抽水，以减少新建泵船抽水流量，同时尽可能减少泵船输水臂或管桥长度，以减少泵船造价），对应库容551.53万m3。

Z加权平均=（∑HiQiti）/（∑Qiti）+552.0=8.09m+552.0=560.09m。

3.2.2 特征扬程

①最大净扬程：Z渠设计-Z库min=576.56-552.00=24.56m

②最小净扬程：Z渠min-Z库max=575.36-570.00=5.36 m

③加权平均扬程：Z渠设计-Z加权平均=576.56-560.09=16.47 m

3.3 水泵机组选型

根据设计流量、扬程，本次设计初选接近设计值的两种不同泵型方案，分别计算工况点、效率、总出水量等参数。

方案Ⅰ，KQSN1000-M27(756)型水泵4台，两两并联运行；方案Ⅱ，KQSN1200-M27(963)型水泵2台，并联运行。

3.3.1 水泵工作点

工况点计算采用图解法，水泵特性曲线通过水泵样本核查，管路特性曲线通过计算绘制，计算过程如下：

水头损失计算：

式中：S 为管路阻力系数，s2/m5；S=S沿+S局；S沿=10.29×n2×L/d5.33；S局=0.083Σζ/d4；n 为管道糙率；L 为管道长度，m；ζ为局部水头损失系数；d为管道内径，m。

在管材、管径、管长一定情况下，S为定值，据此给出一组Q值，求出对应的一组h，以Q为横坐标，h损为纵座标，绘制管路特性曲线，与水泵特性曲线的交点即为水泵工况点，计算结果见表2。

表2 推荐方案水泵工况点参数表

3.3.2 机组选型

按上面两种水泵选型方案和方案工作点计算成果，对两种选型方案作如下比较。

方案Ⅰ，安装4台水泵，设计单泵抽水流量2.53 m3/s，总抽水流量10.12m3/s，效率为85.6%，总装机功率2520 kW，与坝后泵站联合抽完库水约需20.6 d。泵船（包括水机设备）总造价约2115万元。

方案Ⅱ，安装2台水泵，设计单泵抽水流量4.21 m3/s，总抽水流量8.4 m3/s，效率为87.9%，总装机功率2240 kW，与坝后泵站联合抽完库水约需22.0 d。泵船（包括水机设备）总造价约1850万元。

根据上面选型分析比较，方案Ⅰ抽水流量大，且机组台数多，运行灵活，若遇机组故障检修，对抽水流量影响较小，但泵站装机功率大，造价大。方案Ⅱ造价低，水泵机组效率高，但方案Ⅱ抽水流量小，且机组台数少，运行不够灵活，若遇机组故障检修，对抽水流量影响较大。考虑到该泵站为灌溉泵站，季节性强，抽水天数短，可充分利用灌溉间隙对水泵进行维修保养，且根据灌区泵站多年运行经验，即使灌期遇到故障，应急检修一般不超过1天，方案Ⅱ最大运行天数不大于23 d，响应灌溉用水较方案Ⅱ略差，但也能满足灌溉用水要求，且方案Ⅱ造价低，仅泵船一项较方案Ⅰ低265万元，加之机电设备、土建部分方案Ⅱ较方案Ⅰ低约400万元，故选方案Ⅱ为推荐方案。

4 结语

泵站增容改造后，可增加抽水量1223万m3，灌溉定额349.83 m3/亩，折算当量面积3.5万亩，根据灌区作物种植比例计算，改善灌溉面积新增效益为2294万元；泵站增容工程效益分摊系数取0.25，分摊效益值为573.50万元。泵站扩容改造后各方面运行将趋于合理、规范，能有效保证机组正常安全高效抽水，充分发挥机电设备抗旱效能，水库蓄水将得以充分利用，必能缓解塬上灌区缺水情况，进一步增加灌区抗旱效益。