上海市奉賢區(qū)泵站系統(tǒng)測(cè)試評(píng)價(jià)與升級(jí)優(yōu)化研究

金錫昌

(上海市奉賢區(qū)水務(wù)局，上海 201400)

奉賢區(qū)位于長(zhǎng)江三角洲東南端，地處上海市南部，南臨杭州灣，西北枕黃浦江。近年來(lái)，隨著奉賢區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展，奉賢區(qū)的水利系統(tǒng)面臨著越來(lái)越大的需求與挑戰(zhàn)。從奉賢區(qū)泵站系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行管理情況來(lái)看，由于種種原因，其中普遍存在著陳舊老化、效率低下、能耗較大的弊端，與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的要求存在著較大差距。通過(guò)泵站系統(tǒng)測(cè)試來(lái)對(duì)其做出科學(xué)客觀的評(píng)價(jià)，從而制定出泵站系統(tǒng)升級(jí)優(yōu)化的總體方案，對(duì)于奉賢區(qū)水利事業(yè)的科學(xué)快速發(fā)展是十分重要的[1][2]。

1 奉賢區(qū)泵站系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1 灌區(qū)泵站現(xiàn)狀

灌區(qū)面積大小是配備排灌機(jī)械的重要因素之一，也是排灌工程規(guī)劃的主要內(nèi)容，選擇灌區(qū)面積是否合理，直接關(guān)系到排灌工程的經(jīng)濟(jì)效益。

奉賢區(qū)在機(jī)電灌溉工程發(fā)展初期，因受客觀條件的限制和主觀上的認(rèn)識(shí)不足，規(guī)劃建造了一大批2000～3000畝、甚至上萬(wàn)畝的大灌區(qū)。形成管理復(fù)雜，灌水困難，成本高，浪費(fèi)大，不適應(yīng)奉賢區(qū)農(nóng)村的具體情況，現(xiàn)多數(shù)已分拆，改建擴(kuò)建改造。從七十年代末、八十年代初開始，因多方面原因的相互作用，區(qū)政府逐年增建了一些利用農(nóng)村低壓電網(wǎng)的固定小泵站，據(jù)有關(guān)資料大多數(shù)固定小泵站建造得很不合理，弊大利小，也不適奉賢區(qū)的實(shí)情。奉賢區(qū)灌溉泵站及灌區(qū)規(guī)?，F(xiàn)狀如表1所示。

表1 灌溉泵站及灌溉規(guī)模(單位：畝)

從表中看，灌溉規(guī)模中300～1000畝范圍的灌區(qū)最多，占灌區(qū)總量的73%。根據(jù)調(diào)查資料的分析，按照灌溉模數(shù)3.74 m3/s/萬(wàn)畝的計(jì)算結(jié)果及適宜上海地區(qū)的軸流泵和混流泵的額定流量，比較適宜的灌區(qū)范圍是400～800畝，最大不超過(guò)1000畝，最小不低于300畝。

對(duì)部分泵站的機(jī)型及配套設(shè)施的改造，設(shè)計(jì)最佳揚(yáng)程，選擇適宜泵型，使其適合奉賢區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉所需，降低成本，將是提高農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要手段和途徑。

1.2 圩區(qū)泵站現(xiàn)狀

自1977年始建圩區(qū)以來(lái)，8個(gè)圩區(qū)現(xiàn)有21座泵站中，使用30年以上的8座。這一類泵站始建時(shí)選用的電機(jī)水泵，早已屬淘汰產(chǎn)品，維修用另配件早已停產(chǎn)，理應(yīng)更新改造。但實(shí)際情況是維修無(wú)配件可供，更新改造資金乏力。因此，這一批陳舊老化失修的泵站，仍在帶病運(yùn)行，泵站綜合裝置效益銳降，水泵實(shí)際出水量不足額定理論出水量的50%，排澇效益嚴(yán)重下降，在2008年梅雨期澇災(zāi)中，暴露出尖銳矛盾，據(jù)區(qū)農(nóng)田水利工程鑒定小組鑒定，現(xiàn)有21座泵站中，有6座為4類工程。

此外：個(gè)別圩區(qū)排澇設(shè)備不完善，排澇能力明顯不足，如張?jiān)欺讌^(qū)，控制面積2300畝，而排澇能力僅1.3m3/s。

2 奉賢區(qū)泵站系統(tǒng)的測(cè)試與評(píng)價(jià)

2.1 泵站工況測(cè)試方法

從目前運(yùn)行管理情況看，奉賢區(qū)的各類泵站由于種種原因，普遍存在著經(jīng)濟(jì)效益低、能源消耗大的問(wèn)題，與我國(guó)目前的科學(xué)技術(shù)水平相比，存在較大差距。。通過(guò)泵站效率測(cè)試摸清泵站耗能現(xiàn)狀和存在的主要問(wèn)題，以便采取技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的節(jié)能措施，為泵站提供經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和優(yōu)化調(diào)度方案。

泵站工程裝置效率測(cè)試包括流量測(cè)量、揚(yáng)程測(cè)量和輸入功率測(cè)量。根據(jù)奉賢區(qū)實(shí)際，制定如下測(cè)試方法[3]：

(1)流量測(cè)量

根據(jù)對(duì)區(qū)內(nèi)泵站的現(xiàn)場(chǎng)考證，奉賢區(qū)泵站情況較為復(fù)雜，泵站管道的條件不能滿足《泵站工程裝置效率測(cè)試操作指南》(以下簡(jiǎn)稱指南)中超聲波流量計(jì)法測(cè)量的要求，故采用流速儀法根據(jù)不同泵站的實(shí)際情況，采用一點(diǎn)法進(jìn)行流速測(cè)量與流量計(jì)算，每臺(tái)水泵流速測(cè)量5次取平均值，斷面測(cè)量一次。

(2)揚(yáng)程測(cè)量

對(duì)于灌溉泵站，有進(jìn)出水池，淹沒(méi)出流的采用水準(zhǔn)儀測(cè)量進(jìn)水池及出水池的水位高程，并計(jì)算水位差作為水泵實(shí)際揚(yáng)程。對(duì)于排澇泵站，非淹沒(méi)出流的出水池，采用水準(zhǔn)儀測(cè)量入水池水位及出水管中心高程，并計(jì)算兩者之差作為水泵實(shí)際揚(yáng)程，每臺(tái)水泵測(cè)量6次取平均值。

(3)輸入功率測(cè)量

為保證測(cè)量的精度及工作進(jìn)程，聘用專業(yè)電工，采用GDW3001A三相電參數(shù)測(cè)量?jī)x進(jìn)行輸入功率測(cè)量。

泵站裝置效率測(cè)試流程如圖1所示。

圖1 泵站裝置效率測(cè)試流程圖

2.2 泵站測(cè)試點(diǎn)的選取

根據(jù)《泵站工程裝置效率測(cè)試操作指南》要求，泵站測(cè)試在全區(qū)泵站總數(shù)中選取5%作為測(cè)試泵站，選點(diǎn)包括排澇泵站、灌溉泵站；包括運(yùn)行10年以上及10年以下；包括軸流泵、混流泵等不同泵型；不同村鎮(zhèn)按比例選取。按照要求選取了全區(qū)29個(gè)泵站共計(jì)52臺(tái)機(jī)組，其中26個(gè)灌溉泵站和3個(gè)排澇泵站，分布在全區(qū)7個(gè)鎮(zhèn)、3個(gè)工業(yè)區(qū)的29個(gè)村組，如表2所示。

表2 測(cè)試泵站一覽表

2.3 泵站系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果與分析評(píng)價(jià)

通過(guò)此次泵站效率抽樣測(cè)試分析，測(cè)得灌溉泵站的平均裝置效率為40.5%，其中最高為51.3%，最低為30.3%。排澇泵站平均裝置效率為16.9%，其中最高為33.2%，最低僅為7.8%。

根據(jù)泵站裝置效率測(cè)試結(jié)果，針對(duì)泵站的類型、水泵的型號(hào)及運(yùn)行年限進(jìn)行分類匯總，見(jiàn)表3、表4、表5及表6。

表3 排澇泵站工作效率與運(yùn)行年限

表4 混流泵工作效率與運(yùn)行年限

表5 圬工泵工作效率與運(yùn)行年限

表6 軸流泵工作效率與運(yùn)行年限

從上表可以看出，按水泵的類型進(jìn)行分析，軸流泵的工作效率最高，其次為混流泵，而圬工泵的工作效率最低，按水泵的工作年限進(jìn)行分析，除個(gè)別水泵外，十年以上軸流泵、混流泵的工作效率普遍比十年以下的軸流泵、混流泵的工作效率偏低。總體來(lái)說(shuō)，按照《泵站更新改造技術(shù)規(guī)范》(GB/T50510-2009)的規(guī)定，軸流泵或混流泵凈揚(yáng)程小于3m，工作效率應(yīng)大于55%，凈揚(yáng)程為3-5m，工作效率應(yīng)大于60%的規(guī)定。奉賢區(qū)的泵站裝置效率明顯低于規(guī)范所規(guī)定的要求。

總結(jié)奉賢區(qū)泵站系統(tǒng)中主要存在的問(wèn)題為：

(1)排澇泵站圬工泵工作效率極低。

(2)個(gè)別泵站水泵揚(yáng)程與實(shí)際揚(yáng)程不相匹配，所選水泵揚(yáng)程偏高。

(3)有些泵站測(cè)試功率大于電動(dòng)機(jī)配套功率，說(shuō)明泵站建設(shè)時(shí)或水泵更新時(shí)所選水泵電動(dòng)機(jī)功率較小，對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行產(chǎn)生一定影響。

(4)有些泵站建設(shè)年代久遠(yuǎn)，加上維修養(yǎng)護(hù)不力，造成效率明顯下降。

3 奉賢區(qū)泵站系統(tǒng)升級(jí)優(yōu)化方案研究

3.1 泵站系統(tǒng)升級(jí)改造原則

(1)灌溉泵站改造原則

奉賢區(qū)氣候溫和，雨量充沛，地勢(shì)平坦，河網(wǎng)稠密，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自然條件比較優(yōu)越。按現(xiàn)有灌溉工程設(shè)施的擁有量，考慮到農(nóng)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，確保灌溉設(shè)計(jì)保證率達(dá)95%以上，將以“堅(jiān)持科學(xué)態(tài)度，加強(qiáng)管理工作，講究經(jīng)濟(jì)效益，抓好內(nèi)涵挖潛，提高設(shè)備完好率”為灌溉泵站改造治理原則。選擇優(yōu)質(zhì)、高效、低耗水泵，促進(jìn)灌溉工作的可持續(xù)發(fā)展。

(2)排澇泵站改造原則

以完善配套、合理調(diào)整為原則。在圩區(qū)現(xiàn)有水利工程設(shè)施的基礎(chǔ)上，根據(jù)治理標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)更新、改造、調(diào)整、補(bǔ)缺等措施。達(dá)到圩區(qū)布局完善，圩內(nèi)工程完善，功能配置完善的改造目標(biāo)，從而在規(guī)劃期內(nèi)，把除澇標(biāo)準(zhǔn)由現(xiàn)在的5年一遇逐步提升到20年一遇。突出重點(diǎn)，統(tǒng)籌兼顧。以提高圩區(qū)防洪除澇能力為治理總目標(biāo)，工程舉措以圩區(qū)泵站、水閘等結(jié)構(gòu)工程更新改造為重點(diǎn)，統(tǒng)籌考慮必要的配置調(diào)整與布局補(bǔ)充?；旧细淖冇行┷讌^(qū)現(xiàn)有排澇能力明顯不足，有的低洼區(qū)尚未建圩的滯后狀況。

具體工作是：

①科學(xué)規(guī)劃，抓好泵站技術(shù)改造工作。

②穩(wěn)步發(fā)展地下渠道與推廣渠道襯砌防滲工程，提高灌溉水的利用率。

③合理調(diào)整灌區(qū)布局，因地制宜地搞好泵站分拆、移位、改建、新建工程，完善工程配套設(shè)施。

④完善服務(wù)體系，加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)，不斷提高管理人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)。

⑤要加強(qiáng)對(duì)泵改工作的技術(shù)指導(dǎo)和規(guī)范化管理，對(duì)各機(jī)站的泵改項(xiàng)目要逐項(xiàng)審定，并按規(guī)定項(xiàng)目實(shí)施。

⑥健全管理制度，提倡科學(xué)管水，科學(xué)用水，計(jì)劃用水，節(jié)水灌溉。

3.2 泵型的選配與分析

泵型的選配是泵站改造工程中得重要環(huán)節(jié)，泵型的選取既要有合理的流量，又要滿足提水揚(yáng)程的要求，提高水泵的運(yùn)行效率；要有利于節(jié)約投資，有利于提高效益和降低成本[4]。

根據(jù)奉賢區(qū)多年的時(shí)間經(jīng)驗(yàn)，在選配泵型時(shí)提出了五條原則：

(1)水泵額定揚(yáng)程與泵站實(shí)際工作揚(yáng)程基本相符；

(2)水泵額定流量能滿足灌區(qū)作物需水量；

(3)通過(guò)泵站綜合技術(shù)改造保證水泵綜合裝置效率達(dá)到水利部部頒標(biāo)準(zhǔn)；

(4)適應(yīng)性較強(qiáng)，安裝維修保養(yǎng)簡(jiǎn)便易行；

(5)價(jià)格相對(duì)較低。

根據(jù)泵站工作效率研究及用戶反映及泵站效率測(cè)試結(jié)果，軸流泵的工作效率優(yōu)于混流泵，另外維修保養(yǎng)也較為方便。因此在以后的泵站改造中建議選用軸流泵，同時(shí)盡快淘汰圬工泵。

3.3 泵站系統(tǒng)升級(jí)優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)效益分析[5]

奉賢區(qū)全區(qū)灌溉泵站統(tǒng)計(jì)共712座，為48.51萬(wàn)畝耕地服務(wù)，裝機(jī)容量17167KW。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，中小型泵站能耗不高于5度/千噸米，泵站裝置效率不低于54.4%，未達(dá)部標(biāo)。灌溉成本高達(dá)15至20元/畝。灌溉增產(chǎn)總值每年達(dá)1048.75萬(wàn)元，凈效益每年670萬(wàn)元，灌溉泵站的改造將使得灌溉保證率在豐水年達(dá)到80%左右有效地改善灌溉區(qū)域、面積及渠系配套等，每畝增產(chǎn)可達(dá)50斤，每年可多收151萬(wàn)元，且保證了農(nóng)田用水。

奉賢區(qū)域內(nèi)有圩區(qū)8個(gè)，21座泵站，主要集中在西部低洼地區(qū)，為48951畝耕地服務(wù)。由于規(guī)劃治理尚有缺陷，因而目前乃是各自為戰(zhàn)的局面，一旦暴雨來(lái)臨，則很容易積水成災(zāi)，圩區(qū)的糧、棉、菜、果樹等，如果沒(méi)有很好的排澇保證，則要受到很大影響。所以圩區(qū)水利工程的排水泵站，就是為減輕澇漬。迅速排除暴雨積水而建設(shè)的。從目前的情況看，排澇保證率估計(jì)只達(dá)50%左右，一旦有特大暴雨，日雨200mm以上，還是要受災(zāi)。根據(jù)90 年規(guī)劃資料，單位面積效益靜態(tài)分析，復(fù)耕指數(shù)取1.80，工程運(yùn)營(yíng)費(fèi)為每年1000萬(wàn)元計(jì)，畝產(chǎn)按水稻490KG，小麥220KG，棉花60KG計(jì)，面積分別87%，60%，13%，則總效益3700萬(wàn)元。一次受淹損失估算為2000萬(wàn)元以上。排澇泵站的改造將直接減少暴雨等洪澇災(zāi)害造成的農(nóng)業(yè)及種植業(yè)損失，降低工程運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，提高經(jīng)濟(jì)效益。

4 研究小結(jié)

其中普遍存在著陳舊老化、效率低下、能耗較大的弊端，與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的要求存在著較大差距。

通過(guò)泵站效率測(cè)試摸清泵站耗能現(xiàn)狀和存在的主要問(wèn)題，以便采取技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的節(jié)能措施，為泵站提供經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和優(yōu)化調(diào)度方案。

泵站系統(tǒng)的優(yōu)化升級(jí)應(yīng)科學(xué)的原則，并將技術(shù)改造與加強(qiáng)管理、完善制度等方面結(jié)合起來(lái)。

泵型的選配是泵站改造工程中得重要環(huán)節(jié)，泵型的選取既要有合理的流量，又要滿足提水揚(yáng)程的要求，提高水泵的運(yùn)行效率；要有利于節(jié)約投資，有利于提高效益和降低成本。效率測(cè)試表明，軸流泵的工作效率優(yōu)于混流泵，另外維修保養(yǎng)也較為方便。因此在以后的泵站改造中建議選用軸流泵，同時(shí)盡快淘汰圬工泵。

對(duì)于泵站系統(tǒng)的優(yōu)化升級(jí)工程，其推動(dòng)農(nóng)業(yè)發(fā)展的間接效益明顯大于其直接經(jīng)濟(jì)效益。

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[3]李彥軍，黃良勇，嚴(yán)登豐，袁壽其.上橋泵站改造泵裝置模型試驗(yàn)研究及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試[J].水利水電科技進(jìn)展，2008.01.

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