关中某大型灌区分干系统五级泵站改造规模研究

郭 琰

（陕西黄河古贤水利枢纽开发有限公司,陕西 西安 710001）

1 概况

近年来,陕西省各大中型灌区建设于二十世纪八九十年代的泵站经过多年运行,泵站工程设施、机电设备存在问题较多,泵站提水能力逐年下降。经水利部评审,某大型灌区分干系统的五级泵站被列入大型泵站改造任务中。该分干系统由四级泵站、五级泵站、六级泵站、七级泵站、八级泵站等组成,列入本次陕西省大型灌溉排水泵站更新改造规划的为前4 座泵站。五级泵站改造时面临其所辖灌溉面积增大的实际情况,根据泵站改造的指导思想及上级主管部门的意见,确定泵站改造后的规模就成为该座泵站改造的首要任务。以下本文系统地阐述五级泵站规模确定的过程及各座泵站机组选型情况。

2 五级站设计规模确定

2.1 分干系统扩灌井灌区灌溉面积落实

该灌区在规划设计阶段,经大量调研将几个系统的控制灌溉面积中已有的井灌区面积做了核减,这种规划原则在当时的社会历史条件下,无疑是合理的,也得到了上级审批部门的认可。具体到本分干系统控制灌溉范围内核减了6.92 万亩井灌区,其中属五级泵站提灌控制范围内有6.28 万亩,这些机井零散的分布在灌区范围内。灌区开灌后,井灌区经多年运行至今,因井位分散管理难度大、维修费用高,致使井泵严重失修,机电设备日趋老化。加之近年来,灌区地下水位下降,出水量锐减,井灌区供水保证率严重不足,这些问题致使井灌区已经逐步失灌,转而逐步完善了本灌区的斗农渠,纳入到本灌区中,也不可能再将那块农田强行返回井灌区,这已经形成事实。由此导致五级站实际供水面积增加,供水流量严重不足,尤其到夏灌无法满足农灌需要,客观上急需良村站扩容增大流量。

本次改造灌区管理局对该分干系统五座泵站所控制的渠系灌溉面积进行了调查复核,除四级站控制的面积增加0.64万亩井灌区外、涉及到五级站现状实际所控制的灌溉面积及原规划控制灌溉面积汇总见表1。

表1 空气阀设置统计

续表1

续表1

由表1统计表可知,五级站后原规划控制灌溉面积为8.68 万亩,后来实施完成面积8.04 万亩,现状实际控制灌溉面积为14.32 万亩,比原设计实施值8.04 万亩增加了6.28 万亩。

2.2 分干系统灌水率复核

在对本分干系统灌水率进行复核时,参考原灌区规划成果及《黄河古贤水利枢纽工程陕西受水区规划报告》中对该灌区灌水率的描述内容,并采用式（1）进行灌水率计算：

式中：q净为灌水率,m3/（s·万亩）；为作物种植面积占灌区总面积比例,%；m为作物灌水定额,m3/亩；T为灌水延续时间,d。

需要特别说明的是,对于自流灌区,每天灌水延续时间一般以24 h计,式（1）中常数为8.64；而良村系统为泵加压抽水灌区,每天抽灌时间一般以20 h~22 h计,则相应式（1）中常数一般取7.2~7.92,本式取7.5。据式（1）计算可得该灌区现状灌溉制度,见表2。

表2 灌区现状年灌溉制度

由表2可得到灌区现状灌水率图,见图1。

图1 工程位置图

则由表2 及图1 可知,该灌区泵站及续灌渠道设计流量应采用0.333 m3/（s·万亩）。

2.3 分干系统扩灌后各级泵站流量确定

2.3.1 四级泵站本次改造后抽水流量

四级站从干渠抽水,为本分干系统首级站,原设计抽水流量3.99 m3/s、控制灌溉面积18.18 万亩,本级灌溉面积3.859 万亩,对应本级所需流量为0.96 m3/s,本次扩灌后本级新增0.64 万亩井灌区灌溉面积,按灌水率计算,需新增灌溉流量0.21 m3/s,总计约1.17 m3/s。

根据本次四级泵站更新改造设计,改造后的四级泵站共安装5 台同型号的水泵电动机组,单台机组设计流量为1.1 m3/s,泵站设计抽水流量5.5 m3/s。扣除其本级灌溉面积所需的约1.1 m3/s流量后,可以提供给五级站的流量为4.4 m3/s。

2.3.2 五级泵站本次改造后抽水流量

由表1 统计内容可知,五级泵站现状实际控制灌溉面积为14.32 万亩,则其所需灌溉流量应为：14.32×0.333=4.77（m3/s）。而四级泵站实际可提供给五级站的流量为4.4 m3/s。

按照“以供定需”的指导原则,综合考虑确定五级泵站的设计流量为4.4 m3/s。

2.3.3 六级、七级泵站本次改造后抽水流量

四级站扣除本级分水流量后,给其后面4 级泵站的供水流量不能满足五级站后新增井灌区的灌水保证率,总缺水流量为0.37 m3/s。设计综合考虑后按照五、六、七级等3 座泵站本级新增的井灌区面积大小情况,逐级逐站按所占总面积比例计算缺水流量配额。

（1）五级站

设计流量：4.4 m3/s；本级灌溉面积：4.65 万亩（含本级新增井灌区面积：1.88 万亩）；按灌水率确定本级实需流量：4.65×0.333=1.55 m3/s；按比例不能满足的流量：1.88/6.28×（4.77-4.4）=0.11 m3/s；则五级站本级的实际灌溉流量为：1.55-0.11=1.44 m3/s。

（2）六级站

六级站设计流量为五级站的设计流量与其本级实际灌溉流量的差值。设计流量：4.4-1.44=2.96 m3/s；本级灌溉面积：3.08 万亩（含本级新增井灌区面积：1.43 万亩）；按灌水率确定本级实需流量：3.08×0.333=1.03 m3/s；按比例不能满足的流量：1.43/6.28×（4.77-4.4）=0.09 m3/s；则六级站本级的实际灌溉流量为：1.03-0.09=0.94 m3/s。

（3）七级站

七级站设计流量为六级站的设计流量与其本级实际灌溉流量的差值。即：设计流量：2.96-0.94=2.02 m3/s。

由此就确定了五、六、七级等三座泵站的设计流量依次为：4.4 m3/s、2.96 m3/s和2.02 m3/s。

3 改造后系统各站流量匹配及机组选型

3.1 系统各站机组选型情况

本分干系统由四~八级泵站组成,结合各级泵站新增井灌区面积,设计对扩容改造后新抽水流量进行逐级逐站分配,并对各站按扩容抽水流量后设计工况机组台数进行选型统计,具体见表3。

表3 分干系统改造后各站机组台数选型表

3.2 系统级间抽水流量匹配分析

①设计工况

系统上一级泵站扣除本级灌溉分水流量后,余水扬至下一级站内,下一级站按设计流量选用水泵台数即可。即系统各级泵站按设计台数开机运行。具体如下：四级站开启5 台水泵机组抽水,其中单台机组满足本级抽水灌溉流量1.1 m3/s。其余4.4 m3/s扬水至五级站。五级站开启4 台水泵机组抽水,设计流量为4.4 m3/s,扣除本级抽水流量1.44 m3/s后,其余2.96 m3/s扬水至六级站。六级站开启4 台水泵机组抽水,设计抽水流量为2.96 m3/s,扣除本级流量0.94 m3/s后,余水2.02 m3/s由七级站开启2 台大流量泵抽水。

②小于设计流量工况

四级站可开启1～4台机组,抽水流量1.1 m3/s～4.4 m3/s,对应五级站、六级站均开启1～4台机组,从五级站开始每级扣除本级分水流量后,级间匹配满足要求。

七级站原设计安装3台水泵,2大1小,流量扩容后,根据原厂房土建不大改、电压等级不提高的改造原则,仍维持原机组台数方案不变,机组抽水能力按设计工况时按2.02 m3/s选型。六级站单机抽水时,来水0.74 m3/s,扣除其本级灌溉分流流量后,七级站开启一台小流量泵,抽水能力为0.4 m3/s,可满足级间流量匹配。

4 结论

本文结合泵站急需扩容改造的现状情况,在对现状实际控制灌溉面积进行核实的基础上,进行灌溉制度的复核计算,最终确定该提灌系统各级泵站的设计流量。在此基础上考虑级间流量匹配等问题进一步确定了各级泵站的机组选型,从而确定了泵站改造的规模,为下一步设计工作确定了原则和方向。上述泵站改造规模确定的过程也可为同类型提灌泵站规模的确定提供有益的借鉴经验。