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纜車式泵站解決方案
【摘 要】最近幾年,國家拉動內需,加大了水庫除險加固工程的專項投入,水利部門對病險水庫作出了重點整治規劃,其中對解決水庫周邊“高板田”的農田灌溉和人畜飲水問題提出了新的思路,用庫內纜車式泵站取代下游原水輪泵站或固定式泵站。本文通過江東市水庫新建的庫內纜車式泵站,總結了纜車式泵站在水庫應用中注意要點、成功經驗和取得的效益。指出了纜車式泵站在水庫應用中具有廣闊的前景。

纜車式泵站解決方案1


【關鍵詞】纜車式泵站 水庫 農田灌溉 應用 
      纜車式泵站取水構筑物是建造在岸坡上吸水庫或江湖河邊表層水的取水構筑物。泵站一般由泵車、泵車房、坡道(軌道)、輸水管道、出水池、牽引鋼絲繩、絞車及絞車房(配電間)等組成。通過卷揚機絞動鋼絲繩牽引裝有水泵機組的泵車,使用沿著斜玻上的軌道隨著水位的漲落而上下移動取水。 
     近些年,纜車式泵站取水構筑物在自來水供水工程中江湖河邊應用較多,而在水庫農田灌溉工程中應用較少,很少典型文獻資料可查和論文報道。2008年江東市水庫庫內新建了纜車式泵站,為農田提水灌溉,取代了原水輪泵提水灌溉。2009年7月投入運行,效果很好。現將江東市水庫庫內纜車式泵站設計與選址、施工與運行、效益與評價總結一下,旨在探討與大家交流。 
1、工程概況
         江東市水庫位于湖南省漢壽縣朱家鋪鎮黃龍山下,是一座以灌溉為主、結合發電、兼顧養魚的綜合性中型水庫。該水庫始建于1958年10月,控制集雨面積23.78km2,水庫正常蓄水位67.68m,正??餿?085萬m3,總庫容1308萬m3。養殖水面1724畝,灌溉面積0.14萬h㎡(2.1萬畝)。水庫電站為壩后式,裝機1×125KW,水輪機型號為ZD560-LMY-60型,配套發電機型號SF125-8/590,引用流量1.876 m3/s,多年平均發電量37.2萬度。
        為了解決水庫周邊73.3 h㎡(1100畝)“高板田”的灌溉問題,1967年冬水利部門在水庫主壩左邊外坡腳靠山體新建了一座水輪泵站,安裝了一臺型號為D60-6-25水輪泵,通過電站輸水高壓涵管共管經控制閘閥明槽引水,利用水頭3.2m,揚程18m,過流量1.2m3/s,出水流量0.115 m3/s。
        該水庫因興建于特殊的歷史時期,工程質量與設計均存在先天缺陷,加之年久失修,出水涵管部分斷裂、溢洪道破損、壩身壩基滲漏,特別是水輪泵站的灌溉引水渠是暗設在副壩的壩頂防浪墻中,貫穿副壩、經部分山體、1﹟、2﹟溢洪道渡槽通往水庫周邊農田和山塘。防浪墻與引水渠由漿砌石砌成,水輪泵灌溉時渠道滲漏直接影響大壩安全,山體水土流失,諸多隱患不能使水庫發揮應有的作用。
         為徹底根除隱患,該縣在自籌資金的前提下,2008年爭取國家水利投資1215萬元,對江東市水庫實施了全面除險加固。其中一項就是將原水輪泵提水灌溉工程改為庫內纜車式泵站提水灌溉工程。

纜車式泵站解決方案2


2、纜車式泵站
        江東市水庫庫內纜車式泵站裝機1×30 KW, 水泵型號為250S-14,揚程范圍11~16m ,流量范圍576~360 m3/h,配用電機型號為Y200L-4,卷揚機型號JM3.2,坡道傾角18°21′,軌距1.5m。

2.1 、泵站設計與選址
        水庫纜車式泵站設計與選址因水庫的水面相對較靜止,水質好,雖水庫水位屬高變幅,但水位漲落速度不大,一般地質條件較好。設計與選址相對江河湖邊供水工程簡單,除按纜車式泵站相關設計規范外,有些要根據實際情況而定,但要注意以下要點:

2.1.1 、泵車臺數與水泵臺數的確定
        根據纜車式泵站設計規范:“泵車數不應少于2臺,每臺泵車宜布置一條輸水管”?!懊刻ū貿瞪弦俗爸?臺機組,應交錯布置”。水庫應用纜車式泵站與供水廠使用纜車式泵站不同,農田灌溉保證率一般要求不高,除非是從水庫取水的供城鎮飲水工程。這里水庫應用纜車式泵站主要是解決水庫周邊面積不大而又十分缺水的“高板田”的灌溉和提供山塘蓄水水源(供居住分散農戶人畜飲用水和停電后的農田灌溉),只要泵站不停電或庫內缺水,設備臨時故障檢修不成問題。因此,水庫應用纜車式泵站只選1車1泵即可,這樣可以大大降低工程造價,滿足工程要求。江東市水庫纜車式泵站設計1車1泵。

2.1.2、 泵站水位的確定
        泵站最高水位與最低水位需要反復核實準確無誤,以免枯水位時取不到水或提水時絞車房(配電間)被淹。這里最高水位好確定,一般有歷史資料記載或庫內留有水位痕跡。不好確定的是最低水位,因泵站最低取水位與泵站農田灌溉季節有關,故此要認真統計歷年庫內泵站“高板田”灌溉季節時的水位。由于水庫修建年代久遠,運行管理人員變動頻繁,各類記載資料常有丟失或記錄不全,加之目前水情、雨情、工情的變化,給確定最低水位帶來一定的影響。江東市水庫泵站最低水位的確定我們考慮了三個方面:一是“高板田”灌溉季節時的取水水位(包括灌塘蓄水);二是泵站建成后,今后“高板田”一季中稻可改為雙季稻灌溉季節時的取水水位(包括灌塘蓄水);三是灌塘蓄水(保證居住分散農戶常年人畜飲用水)時的取水水位。最終確定為灌塘蓄水(保證居住分散農戶常年人畜飲用水)時的取水水位,在工程造價不大,適當延長鋼軌,選取了死庫容水位55.0m作為泵站的最低水位,可以同時滿足上述三個條件。這里值得一提的是:在我們的施工中,泵站的坡道(軌道)是按所選最低水位(死庫容水位55.0m)施工,后施工中因水庫內蓄水位不斷上漲,輸水管道只得按“高板田”灌溉季節時的取水水位(包括灌塘蓄水)62.0m安裝。今年的9月上旬,“高板田”急需灌溉,而遇今年少雨年份水庫蓄水量少,加之下游用水量大,庫內水位偏低,使得新建泵站不能抽水,最后延長了輸水管解決了此問題。這說明我們最終選擇泵站的最低水位是正確的。

2.1.3 、泵車與絞車房的設計
        江東市水庫纜車式泵站泵車設計為帶安全遮柵、遮蔭(雨)棚無泵車房露天式的泵車,絞車房設計為“四房一體”(絞車房、配電房、檢修房、泵車房)。不同于常見的泵車(泵車房、配電房、檢修房一體)和絞車房的形式,與之相反。因為泵站泵車設計1車1泵,泵車的平臺尺寸為2.5×2.7m ,僅6.75m2。如果要滿足有泵車房,就要保證一定的電氣距離、散熱與吊裝空間、人行道和小修場地,這樣務必要加大泵車的平臺尺寸、軌距和卷揚機牽引力,增加工程造價。所以,我們設計成僅帶安全遮柵、遮蔭(雨)棚無泵車房露天式的泵車。灌溉運行時,把泵車放到一定的水位運行,?;蠼貿低系澆食搗克ǎń食搗康孛嬪杓瞥梢槐呶瘧貿檔墓斕李酌婧鴕槐呶滄敖食島團淶縞璞?、操作與檢修間的平面,沿軌道中線房頂上方設計檢修吊車梁)。然后放下卷閘門,既防盜又便于運行、觀察、操作、檢修、管理。
另外,泵車的穩定平衡、絞車牽引力的計算,不能忽略水泵進口、出口(逆止閥后)水管內水體的重量(因離心泵進口一般都帶有底閥,在泵車運行和移車時充滿了水,管徑較大,本站進出口管徑均為250mm,管中的水一時不能泄掉)。有關書中介紹泵車牽引力F的計算,W為泵車不抽水時的總重量是不妥的,至少給人錯覺忽略管中水體重量,應該視情況而定(書中只適用于無底閥則采用真空泵抽空引水的泵站)。特別是對于單車單泵移車較頻繁的泵站。

2.1.4、 泵站取水口位置的選擇
        纜車式泵站一般未設計攔污柵設施(水泵進水口帶有“蓮蓬頭”),取水口位置應選擇在水面無漂浮物的地方,盡量避開回風回水區、航運、旅游碼頭,以免船只的撞擊;取水處力求避免水深不足,支承基礎系統抽水時淘空,或因山體水土流失淤積,不均勻沉陷等情況發生。

2.1.5 、供電電源的選擇
        近些年來,因國家農電網的改造,絕大部份山丘區鄉鎮村落都以用上了大電網,泵站除就近選擇電源外,要注意線路走向,盡量避開山林,有條件的最好使用架空電纜,確保用電安全可靠。水庫有發電站的可作為直供電源,農電網可作為備用電源。

2.2 泵站的安裝與運行
2.2.1、 泵站的安裝
        泵站在安裝時,必須熟悉各類圖紙資料、產品安裝使用說明書,發現問題及時與設計、廠家單位聯系溝通,還要考慮到施工安裝過程中不可能全完達到設計和廠家要求出現的問題,制定好整體安裝程序。
機組的安裝,一定要注意水泵進出口方向,最好是請專業人士現場指導。否則,將給安裝帶來一定麻煩。本站就發生過這類問題,泵站使用的是一臺帶底座,水泵電機整體裝好后發運工地的機組,當時利用工地挖掘機吊運到泵車上就位(纜車式泵站不同于其它泵站,不是先修廠房,有寬敞的場地和安裝好的吊裝設備)。后發現水泵方向安反,不得不再調吊車安裝。
        絞車的安裝,建議待軌道斜面和泵車安裝完工后進行絞車的安裝調試和基礎澆筑,因一般小型卷揚機產品說明書上沒有機座安裝尺寸和大樣圖。安裝方法應先把泵車安放到設計最低水位,然后調整卷揚機的安裝位置,檢查絞車鋼絲繩是否在軌道斜面與絞車房地面相交處擦角,否則,調整好后再澆筑絞車基礎。同樣,本站出現上述問題(因當時庫內水位上漲,泵車無法安放到設計最低水位,卷揚機產品說明書上沒有安裝詳圖)。為了不影響抗旱,只得采取臨時辦法,在卷揚機前加裝了導向滾筒,抬高擦角處鋼絲繩解決此問題。但不能長期使用,以免磨損鋼絲繩,待抗旱過后整改。

2.2.2 、泵站的運行
        由于庫內水位與每年的降雨、蓄水、下游農田灌溉用水相關,泵站的取水口水位灌溉季節每年也可能不一樣,為了保證居住分散農戶常年人畜飲用水,充分發揮泵站的作用,水泵設計揚程是按水庫枯水位(或死水位)確定,水庫纜車式泵站常用的是離心泵,泵站運行中有可能遇到低揚程運行,離心泵在低揚程運行中要注意防止電機過載。此時,應校核一下揚程(一般要求水泵的實際抽水運行揚程不得低于名牌標定揚程的60%)。若應急抽水,調節出口控制閘閥,以減小流量,防止電機過載。注意電機溫升,若發現電機過熱,應及時關小出水口流量或?;?。

2.3 泵站的效益與評價
2.3.1、節省了水庫發電、灌溉水量。水庫纜車式泵站取代了原水輪泵站,因水輪泵站引水與發電站引水高壓涵管共管,泵水時不能發電,發電時不能泵水。水輪泵泵水時,過流量1.2 m3/s,不能利用來發電。再者,“高板田”一般因缺水只插一季中稻,中稻的灌溉季節與雙季稻灌溉季節不同步,有時水輪泵站泄水不能充分利用給下游雙季稻田的灌溉,白白浪費掉。故此,新建水庫纜車式泵站節省了水庫發電、灌溉水量。 

2.3.2 、消除了副壩安全隱患、山體水土流失。原水輪泵站的灌溉引水渠是暗設在副壩的壩頂防浪墻中,貫穿副壩長154m,沿水庫內坡山體380m。引水渠由亂石砌成,滲漏水對副壩造成安全隱患和山體水土流失。新建水庫纜車式泵站后,將副壩上引水渠拆除和山體引水渠填筑,消除其隱患、減少水土流失。同時縮短了引水渠道,節省了每年引水渠道的維護費。

2.3.3、 擴大灌溉面積,“高板田” 一季稻可改種雙季稻。水庫管理所過去為了滿足下游農田灌溉、發電,必須充分蓄水保水、節約用水、限制水輪泵泵水。使得水庫周邊的“高板田”只種一季中稻或變成“天水田”。農民稱之為“燈下黑”。現新建水庫纜車式泵站,只要有電,泵站隨時可從水庫取水,節省水源,保證山塘蓄水、人畜飲水、可使一季稻改種雙季稻,擴大灌溉面積350畝。
        2.3.4 取水庫表層水,有利于農作物的生長和人畜飲用水。原水輪泵與電站共管,取水是取的水庫深層水,新建庫內纜車式泵站后取水是取的庫內表層水。在我們南方地區取水庫深層水來灌溉農田,對農作物的生長十分不利,因為灌溉用的水庫一般是在秋冬蓄水,春夏泄水灌溉,在春夏季節時水庫表層水的水溫與深層水的水溫相差頗大。所以如能取水庫表層水灌溉,對農作物的生長無疑具有重大的意義。再者,現在水庫錳含量越來越高,而表層水含量較低,對人畜飲用水也大有好處。
         2.3.5 與固定泵站相比,具有建設投資少、運行成本低、不受灌溉季節影響。因水庫水位高變幅,要解決水庫周邊“高板田”灌溉和人畜飲水,國家電網的架通,可在水庫下游修建固定泵站。但與在庫內建纜車式泵站相比建設投資大、常期固定在高揚程下運行費用高、受灌溉季節影響,不能解決常年人畜飲水。 

3、結語 
    江東市水庫庫內新建的纜車式泵站在今年大旱之中為周邊農田灌溉、人畜飲水發揮了重大作用。深受農民歡迎,不再是“燈下黑”,而是“近水樓臺先得月”。 
    隨著國家對“三農”政策的傾斜,國家農電網改造深入山區;國土部門田間渠道工程的開發;交通部門通鄉通村公路的修通;旅游部門打造生態旅游農家樂;水利部門加速水庫除險加固,修建防汛公路、人畜飲水工程等項目,將給水庫周邊的農村農民生產生活帶來深刻的變化。我們深信纜車式泵站在水庫中的應用有著廣闊的發展前景。 

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