陶 東，吳 榮，李嘉明

（1.寧夏回族自治區(qū)固海揚(yáng)水管理處，755100，中寧；2.浙江省農(nóng)村水利水電資源配置與調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，310018，杭州）

隨著灌區(qū)現(xiàn)代化改造逐步推進(jìn)，灌區(qū)管理水平不高、資源難以優(yōu)化配置成為目前灌區(qū)泵站更新改造面臨的主要問題。陜甘寧鹽環(huán)定揚(yáng)黃泵站已運(yùn)行多年，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與當(dāng)前工作條件相比已顯落后；長時(shí)間受到大量泥沙沖刷，水泵結(jié)構(gòu)磨損，壽命嚴(yán)重縮短；泵站運(yùn)行涉及范圍廣，需要應(yīng)對(duì)復(fù)雜的工況，但缺少相應(yīng)的現(xiàn)代化調(diào)控調(diào)節(jié)系統(tǒng)等，亟須對(duì)泵站進(jìn)行現(xiàn)代化更新改造。本文根據(jù)鹽環(huán)定揚(yáng)黃泵站更新改造工程建設(shè)情況，探究了泵站更新改造工程中存在的問題，并提出相應(yīng)的建議。

一、工程概況與存在的問題

1.工程概況

陜甘寧鹽環(huán)定揚(yáng)黃泵站工程，是20 世紀(jì)80 年代國家為解決陜西省定邊縣、甘肅省環(huán)縣和寧夏回族自治區(qū)鹽池縣、同心縣部分地區(qū)農(nóng)村飲水困難、防治地方病、改善生態(tài)環(huán)境、發(fā)展農(nóng)業(yè)灌溉而興建的扶貧工程，屬于國家“八五”重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。該工程的共用工程包括泵站12 座、配套主機(jī)組101 臺(tái)套、輸水總干渠123.8 km、渠系建筑物192 座。泵站總裝機(jī)容量6.597 萬kW、總揚(yáng)程372.65 m。首級(jí)泵站設(shè)計(jì)流量11 m3/s，分配寧夏、陜西和甘肅三省（自治區(qū)）流量分別為7 m3/s、2 m3/s 和2 m3/s。工程擔(dān)負(fù)著陜西定邊縣，甘肅環(huán)縣，寧夏鹽池縣、同心縣、利通區(qū)、紅寺堡區(qū)、太陽山工業(yè)園區(qū)等7 個(gè)縣（區(qū)）、園區(qū)內(nèi)超過40 萬人口和39.2 萬畝（2.61 萬hm2）農(nóng)田灌溉的供水任務(wù)。

2.工程改造前存在的問題

鹽環(huán)定揚(yáng)黃工程于1988 年7 月開工，1992 年6 月開始陸續(xù)投入運(yùn)行，1996 年9 月通過竣工驗(yàn)收，至今工程運(yùn)行已超過20 年。由于工程規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)低，建設(shè)時(shí)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件較差，工程運(yùn)行后難以達(dá)到設(shè)計(jì)供水能力，且大量工程設(shè)施設(shè)備得不到及時(shí)維修和更新改造，導(dǎo)致泵站工程部分硬件設(shè)施、配套系統(tǒng)與相關(guān)建筑物帶病險(xiǎn)運(yùn)行，存在諸多安全隱患，嚴(yán)重影響泵站工程的安全運(yùn)行和效益發(fā)揮。

鹽環(huán)定揚(yáng)黃泵站改造前存在的問題：①泵站工程及配套水工建筑物年久失修，泵站機(jī)電設(shè)備、金屬結(jié)構(gòu)老化嚴(yán)重；②泵站工程竣工投產(chǎn)后長期以小流量運(yùn)行，工程效益無法發(fā)揮；③灌區(qū)用水結(jié)構(gòu)失衡，局部地區(qū)灌溉定額過高、灌區(qū)整體灌溉用水比重過大；④防洪能力不足，泵房四周、壓力管道排水不暢；⑤工程通信系統(tǒng)主干環(huán)網(wǎng)光纜存在多處斷點(diǎn)，通信系統(tǒng)可靠性低、通信設(shè)備容量不足；⑥泵站級(jí)間流量不匹配，需要機(jī)組頻繁開停機(jī)，干渠水位不穩(wěn)定；⑦泵站自動(dòng)化管理水平低，信息化建設(shè)滯后。

二、更新改造目標(biāo)任務(wù)與思路

1.目標(biāo)任務(wù)

根據(jù)更新改造建設(shè)計(jì)劃，鹽環(huán)定揚(yáng)黃工程在既有工程與現(xiàn)有配套設(shè)施的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)解決泵站主機(jī)泵設(shè)備、變電設(shè)備及壓力管道老化失修，泵房封閉圈及底板老化滲水、泵站自動(dòng)化及通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)低下等問題。全面提升泵站工程的運(yùn)行效率，恢復(fù)并有效提高泵站工程的供水能力，保障泵站工程的運(yùn)行安全，為受水區(qū)實(shí)施精準(zhǔn)扶貧，更好地為服務(wù)鄉(xiāng)村振興和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供水資源支撐。

2.思路

鹽環(huán)定揚(yáng)黃工程更新改造的指導(dǎo)思路是節(jié)能降耗、綠色環(huán)保和少人值守。針對(duì)影響工程安全高效運(yùn)行的泵站設(shè)施與配套建筑進(jìn)行翻修與升級(jí)改造，提高泵站裝置技術(shù)參數(shù)、自動(dòng)化管理水平、管理設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)；將泵站工程升級(jí)成“設(shè)施完好、工程安全、運(yùn)行節(jié)能、調(diào)度科學(xué)、站區(qū)優(yōu)美、管理高效”的現(xiàn)代化泵站工程；實(shí)現(xiàn)泵站工程高度自動(dòng)化、信息化、智能化，使工程良性運(yùn)行，充分發(fā)揮其效益。

三、更新改造技術(shù)措施

1.優(yōu)化泵站工程系統(tǒng)布局

在改造工程中，將原先第二、三泵站，第四、五泵站，第六、七泵站，第九、十泵站進(jìn)行合并，減少骨干泵站4座，使共用工程的12 座泵站減少至8座。共計(jì)拆除泵站10 座，重建泵站5座，維修升級(jí)泵站3 座。

除了優(yōu)化泵站的布局，改造工程還累計(jì)更換壓力管道44.32 km，改變了原有的“壓力管線+渡槽”形式，全部調(diào)整為壓力管道，原第二、四、六、九干渠有效增加了泵站出水壓力管道長度，提高了渠系水的利用效率和運(yùn)行可靠性。

2.更新升級(jí)水泵機(jī)組

針對(duì)工程運(yùn)行環(huán)境泥沙含量高的特點(diǎn)，在水泵選型上，選擇低轉(zhuǎn)速、汽蝕性能好的水泵，以最大程度地減少泥沙對(duì)水泵性能的影響和對(duì)過流部件的磨損，并基于運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)水泵安裝高程按含沙量大小予以修正。同時(shí)，葉輪、泵殼體、水泵過流部件采用目前成熟的抗磨蝕技術(shù)進(jìn)行處理，以提高含沙介質(zhì)中的抗汽蝕性能和耐磨性。水泵葉輪采用雙相不銹鋼鑄造并噴涂碳化鎢涂層；泵殼體采用鑄鋼鑄造并噴涂聚氨酯；軸承選用SKF 軸承。機(jī)組采用技術(shù)冷卻供水系統(tǒng)。水泵選用泄漏量少、壽命長的先進(jìn)的機(jī)械方式密封。電機(jī)采用空-水冷卻系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有較好的冷卻、潤滑效果，且密封水不易堵塞，水泵運(yùn)行效率高，環(huán)境衛(wèi)生條件好，利于機(jī)組的自動(dòng)化運(yùn)行。配備水泵機(jī)組在線狀態(tài)監(jiān)測分析裝置，自動(dòng)對(duì)水泵、電機(jī)各部件的不平衡、不對(duì)中、松動(dòng)、磨損等進(jìn)行識(shí)別和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，提高設(shè)備的可靠性。

3.建立水泵變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)

在更新改造工程中共計(jì)安裝了12 臺(tái)高壓交流變頻器，采用變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)水泵轉(zhuǎn)速、流量進(jìn)行主動(dòng)調(diào)節(jié)，有效解決寧夏灌溉泵站水泵流量不能主動(dòng)調(diào)節(jié)的難題，以及高揚(yáng)程、空管道的離心泵啟動(dòng)時(shí)超功率問題，為泵站節(jié)能運(yùn)行和自動(dòng)化水平提高提供了便利。

4.改善泵站生產(chǎn)運(yùn)行環(huán)境

泵站工程更新改造后，主電機(jī)采用低轉(zhuǎn)速、空水冷卻電機(jī)，主廠房敷設(shè)消音板，使泵房噪音明顯降低，經(jīng)行業(yè)檢測泵房各部噪音值低于相關(guān)規(guī)范規(guī)定；廠房屋面采用玻纖棉保溫隔熱材料、外墻采用聚苯板保溫，減少了室內(nèi)外熱量傳導(dǎo)，保溫效果較好；泵站工作區(qū)設(shè)立了隔離圍欄，有效避免了外界干擾，為泵站智能管理創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件。

5.強(qiáng)化泵站自動(dòng)化信息化智能化

泵站更新改造中，共計(jì)敷設(shè)通信光纜158 km，升級(jí)改造、完善了泵站工程的各項(xiàng)系統(tǒng)，設(shè)立了調(diào)度中心、各泵站以及干渠測控點(diǎn)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、信息化系統(tǒng)。采用互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)、智能感知、模型分析等智慧手段，運(yùn)用先進(jìn)的信息采集技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)、通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)管理技術(shù)、信息應(yīng)用與管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)泵站工程自動(dòng)化與信息化兩大系統(tǒng)的資源共享，提高了泵站工程運(yùn)行自動(dòng)化、信息化和智能化應(yīng)用管理能力。

四、更新改造效果與思考建議

1.更新改造效果

2016 年9 月 至2018 年3 月，鹽環(huán)定揚(yáng)黃泵站工程實(shí)施更新改造建設(shè)，共用泵站由建成之初的12 座減少至8 座，主機(jī)組設(shè)備由原先的101臺(tái)套減少至53 臺(tái)套，泵站總裝機(jī)功率減少4 225 kW，減少年均運(yùn)行管理費(fèi)1 128 萬元（其中，管理費(fèi)800 萬元、維修費(fèi)160 萬元、電費(fèi)168 萬元）。共計(jì)敷設(shè)壓力管道44.32 km、砌護(hù)渠道39.5 km，管道維護(hù)工作量和滲漏蒸發(fā)量減少，提高了渠道水利用率和運(yùn)行可靠性。

泵站機(jī)組年啟停機(jī)次數(shù)在改造后大幅度下降，2016 年泵站共啟停機(jī)2 274 次，2018 年泵站啟停機(jī)次數(shù)降至455 次。目前，泵站機(jī)組的年啟停機(jī)次數(shù)基本維持在350 次以下。

更新改造后，泵站運(yùn)行效率大幅度提高，能源單耗指標(biāo)明顯下降。在鹽環(huán)定揚(yáng)黃泵站工程全年運(yùn)行天數(shù)保持相對(duì)穩(wěn)定的情況下，泵站年引水量穩(wěn)步上升，2016 年泵站共引水10 876.51 萬m3，2020 年泵站引水量達(dá)到12 512.42 萬m3。同時(shí)，泵站工程的配水量也由2016 年的9 786.24 萬m3逐年上升至2020 年的11 612.00 萬m3，配水量占引水量的比例由2016 年的89.98%上升至2020 年的92.80%。灌區(qū)農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力顯著提高，農(nóng)民收入大幅度增加，泵站工程充分發(fā)揮了灌區(qū)飲水水源保障功能，保障了灌區(qū)飲水安全。

受益于更新改造，泵站能源單耗指標(biāo)也呈下降趨勢。2016 年泵站工程更新改造之初，泵站年均能源單耗為4.18 kWh/（kt·m），2018 年改造完成后，年均能源單耗為3.63 kWh/（kt·m）。此后，泵站年均能源單耗維持在3.60～3.70 kWh/（kt·m），泵站效率得以提升。管理處全年單方水耗電量由改造前的1.134 kWh/m3降低到改造后的1.010 kWh/m3，與改造前相比，改造后每噸水節(jié)省電費(fèi)成本近11%（現(xiàn)狀電價(jià)0.106 元/kWh）。

隨著調(diào)度中心與信息化監(jiān)測系統(tǒng)的建立，鹽環(huán)定揚(yáng)黃泵站工程實(shí)現(xiàn)了泵站和渠道斗口閘門水量監(jiān)測、調(diào)度管理、視頻監(jiān)視、信息采集、信息監(jiān)測等信息化。泵站工程具備了“現(xiàn)地、站控、調(diào)度”三級(jí)控制和遙測、遙控、遙調(diào)、遙視功能，形成全天候、多層次的智能化運(yùn)行管理體系。泵站工程自動(dòng)化與信息化兩大系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)資源共享，提高了泵站工程運(yùn)行管理能力，為推進(jìn)水利現(xiàn)代化提供了基礎(chǔ)保障。

2.思考及建議

通過對(duì)鹽環(huán)定揚(yáng)黃泵站更新改造建設(shè)內(nèi)容與成果的分析總結(jié)，提出對(duì)該類泵站更新改造工程的思考與建議。

（1）貫徹新發(fā)展理念

以建設(shè)泵站工程科學(xué)、高效的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化管理體系和建成“節(jié)水高效、設(shè)施完善、管理科學(xué)、生態(tài)良好”的現(xiàn)代化灌區(qū)為目標(biāo)，加快推進(jìn)灌區(qū)建設(shè)管理現(xiàn)代化進(jìn)程，不斷提升灌區(qū)管理體系和管理能力現(xiàn)代化。以《大型灌區(qū)現(xiàn)代化建設(shè)主要內(nèi)容與建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》作為指導(dǎo)，基于灌區(qū)的經(jīng)濟(jì)、自然地理?xiàng)l件、資源稟賦以及現(xiàn)代化建設(shè)需求，統(tǒng)籌規(guī)劃泵站更新改造計(jì)劃，通過泵站更新改造助力灌區(qū)現(xiàn)代化建設(shè)。

（2）轉(zhuǎn)變泵站運(yùn)行管理思路

積極應(yīng)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)、科學(xué)的管理方法，建立信息化、智能化的泵站管理運(yùn)行系統(tǒng)，提高泵站配水效率與配水靈活性，完善灌區(qū)與泵站的互饋管理機(jī)制，在促進(jìn)灌區(qū)與泵站一體化與可持續(xù)發(fā)展的同時(shí)，針對(duì)泵站運(yùn)行管理中發(fā)現(xiàn)的技術(shù)問題開展專題研究，不斷優(yōu)化改進(jìn)泵站系統(tǒng)的功能和硬件性能，提高泵站運(yùn)行管理效率和水利用效率。提升泵站工程運(yùn)行保障、安全管理和應(yīng)急響應(yīng)能力，促進(jìn)泵站運(yùn)行管理現(xiàn)代化。

（3）堅(jiān)持以信息化驅(qū)動(dòng)水利現(xiàn)代化

全面推進(jìn)泵站自動(dòng)化、信息化、智能化系統(tǒng)的建設(shè)，促進(jìn)泵站工程系統(tǒng)運(yùn)行的全方位監(jiān)控、工程運(yùn)行管理的智能化、灌區(qū)水資源調(diào)度配置的精準(zhǔn)化。同時(shí)，加大信息化基礎(chǔ)設(shè)施、業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)，優(yōu)化整合信息資源及其配置利用。強(qiáng)化信息技術(shù)與水利業(yè)務(wù)的深度融合，使泵站管理信息化與運(yùn)行管理現(xiàn)代化相輔相成、互相促進(jìn)。

（4）更新改造與灌區(qū)建設(shè)統(tǒng)籌規(guī)劃

泵站改造工程需要服務(wù)于灌區(qū)現(xiàn)代化建設(shè)。因此，在進(jìn)行改造規(guī)劃時(shí)，需要統(tǒng)籌考慮灌區(qū)現(xiàn)代化建設(shè)的需求，將灌區(qū)內(nèi)的種植結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、生態(tài)需水等考慮在泵站的供水能力之內(nèi)，加強(qiáng)泵站的水資源調(diào)度能力，確保泵站工程成為灌區(qū)現(xiàn)代化建設(shè)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。需要滿足節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)建設(shè)中土地輪作休耕、作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整、農(nóng)田控制性灌溉技術(shù)實(shí)施、非常規(guī)水灌溉、高效節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展、水資源優(yōu)化配置及水權(quán)轉(zhuǎn)換、農(nóng)田精準(zhǔn)灌溉等農(nóng)業(yè)節(jié)水管理措施對(duì)用水的時(shí)空要求，促進(jìn)灌區(qū)節(jié)水管理。

（5）技術(shù)人員全程參與改造工程

灌區(qū)技術(shù)人員需要完全了解泵站內(nèi)設(shè)備的結(jié)構(gòu)，掌握泵站設(shè)備的裝配、維護(hù)與調(diào)試，遵循統(tǒng)一的技術(shù)操作標(biāo)準(zhǔn)，特別是要將電機(jī)、閥門、繼電保護(hù)、泵站綜合自動(dòng)控制、高壓變頻、泵站技術(shù)供水等泵站新設(shè)備和新技術(shù)作為關(guān)鍵內(nèi)容進(jìn)行重點(diǎn)實(shí)訓(xùn)，培養(yǎng)并提升技術(shù)人員操作、巡視檢查、維護(hù)能力與水平。技術(shù)人員需能及時(shí)分析泵站設(shè)備效能指標(biāo)動(dòng)態(tài)狀況，主動(dòng)查找設(shè)備缺陷及原因，制定合理的設(shè)備消缺技術(shù)措施。