竇家山綠化基地灌溉泵站更新改造及效益分析

雒亞新

(甘肅甘蘭水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000)

1 工程概況

甘肅省水利廳竇家山綠化基地灌溉泵站為四級(jí)提灌泵站，其中一、二、三級(jí)泵站修建于1961年，四級(jí)泵站修建于1991年，設(shè)計(jì)最大提水流量為0.196 m3/s，總揚(yáng)程397.6 m，總裝機(jī)1264 kW。泵站現(xiàn)承擔(dān)著周邊單位、學(xué)校、市場(chǎng)2.8萬多居民生產(chǎn)生活用水及水保所周邊農(nóng)田、綠化等面積3000余畝的灌溉任務(wù)[1]，對(duì)蘭州東出口環(huán)境改善起著重要作用，同時(shí)對(duì)周邊地區(qū)社會(huì)和國民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定、發(fā)展意義十分重大。泵站運(yùn)行多年以來，對(duì)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)林經(jīng)濟(jì)發(fā)展及水土保持起到了不可替代的作用，但受當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)條件和體制的制約，該泵站屬邊規(guī)劃、邊設(shè)計(jì)、邊施工的“三邊”工程，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)偏低，現(xiàn)狀運(yùn)行時(shí)間長，機(jī)房簡陋、設(shè)備老化、故障多、維護(hù)費(fèi)用大，高耗低能問題十分突出。為使該泵站工程更好地發(fā)揮效益，2018年底，甘肅省水利廳蘭州水土保持科學(xué)試驗(yàn)站對(duì)該灌溉泵站一、二級(jí)泵站進(jìn)行全面更新改造建設(shè)。本文根據(jù)該灌溉泵站運(yùn)行現(xiàn)狀及存在的問題，結(jié)合一級(jí)、二級(jí)泵站建筑物、機(jī)電設(shè)備、金屬結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)安全檢測(cè)成果，提出泵站更新改造的建設(shè)方案，并對(duì)泵站改造完成后產(chǎn)生的效益進(jìn)行預(yù)估。

2 泵站現(xiàn)狀及存在的問題

2.1 泵站現(xiàn)狀

(1)一級(jí)泵站現(xiàn)狀

一級(jí)泵站位于榆中縣來紫堡鄉(xiāng)桑園峽黃河岸邊，上游距蘭州黃河鐵路橋約430 m，泵站建筑物主要包括：主泵房(1#泵房、2#泵房)、管理房、鎮(zhèn)墩及支墩。1#、2#泵房均為干室型泵房，1#地上層為磚木結(jié)構(gòu)，2#地上層為磚混結(jié)構(gòu)，地下層均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。泵站管理房4間，均為磚木結(jié)構(gòu)，鎮(zhèn)墩為混凝土結(jié)構(gòu)，支墩為漿砌石結(jié)構(gòu)。

一級(jí)泵站現(xiàn)安裝水泵機(jī)組4臺(tái)套，1#、2#泵房各2套，總裝機(jī)414 kW。

(2)二級(jí)泵站現(xiàn)狀

二級(jí)泵站位于榆中縣米紫堡鄉(xiāng)大青山至五泉奶牛場(chǎng)中間的溝道內(nèi)，泵站建筑物主要包括進(jìn)水池、主泵房、管理房、鎮(zhèn)墩及支墩、出水池。進(jìn)、出水池為混凝上結(jié)構(gòu)，主泵房為分基型泵房，泵站管理房4間，均為磚木結(jié)構(gòu)，鎮(zhèn)墩、支墩均為混凝土結(jié)構(gòu)。其中進(jìn)水池正在改建，鎮(zhèn)墩及支墩、出水池已改建完成。

泵站現(xiàn)安裝水泵機(jī)組2臺(tái)套，裝機(jī)320 kW。

2.2 一、二級(jí)泵站存在的問題

一、二級(jí)泵站經(jīng)過五十多年的運(yùn)行，泵站建筑物老化破損尤為嚴(yán)重，機(jī)組、電氣設(shè)備和大部分設(shè)施設(shè)備也帶病運(yùn)行，嚴(yán)重影響了泵站安全運(yùn)行。主要存在的問題有：(1)一級(jí)泵站不滿足防洪要求，在黃河汛期多次被河水淹沒，泵站1#泵房面積狹小，僅約9 m2，設(shè)備維護(hù)困難；(2)一級(jí)泵站原設(shè)計(jì)未考慮進(jìn)水前池，水泵直接從黃河取水，由于黃河含沙量高，水泵磨損嚴(yán)重；(3)一級(jí)泵站原設(shè)計(jì)采用兩級(jí)串聯(lián)提水，運(yùn)行效率低，操作繁瑣；(4)一、二級(jí)泵站泵房等主要建筑物年久失修，普遍出現(xiàn)裂縫、不均勻沉陷、混凝土老化、破損等現(xiàn)象，存在許多安全隱患；(5)一、二級(jí)泵站機(jī)電設(shè)備嚴(yán)重老化，淘汰產(chǎn)品多，影響正常使用；(6)一、二級(jí)泵站之間輸水混凝土管道老化，部分管道外露，接口多處出現(xiàn)嚴(yán)重滲漏，附屬建筑物破損嚴(yán)重，鎮(zhèn)墩混凝土缺損、露石嚴(yán)重，支墩漿砌石砂漿老化，缺損嚴(yán)重，存在嚴(yán)重安全隱患；(7)一、二級(jí)泵站管理房屋均為磚木結(jié)構(gòu)，內(nèi)墻面多處開裂，外墻砌磚風(fēng)化、缺損嚴(yán)重，屋面破損，管理房坡屋面木梁老化、漆層剝落，已成危房。

3 泵站改造設(shè)計(jì)

3.1 泵站建筑物更新改造方案

泵站除為區(qū)域內(nèi)耕地、林地提供灌溉水源外，還為附近學(xué)校提供生活用水，調(diào)查泵站目前運(yùn)行情況，一、二級(jí)泵站連續(xù)停水時(shí)間不能超過2 d。根據(jù)泵站存在的主要問題，同時(shí)考慮現(xiàn)有泵站不能長時(shí)間停止供水的實(shí)際情況，本次一、二級(jí)泵站改造方案如下。

(1)一級(jí)泵站更新改造方案

在原一級(jí)泵站2#泵房下游臨河新建一級(jí)泵站主、副廠房，新增進(jìn)水池；一級(jí)泵站出水池后移至開闊地段新建；出水壓力管道及鎮(zhèn)、支墩在原管道左側(cè)重新布置；在現(xiàn)有管理房左側(cè)新建管理房3間；維修場(chǎng)內(nèi)道路等管理設(shè)施。

原有一級(jí)泵站1#、2#泵房及進(jìn)出水管道、鎮(zhèn)、支墩、出水池及在工程更新改造期間繼續(xù)使用，待泵站更新完成后不再使用。

(2)二級(jí)泵站更新改造方案

拆除現(xiàn)有二級(jí)泵站主廠房西側(cè)管理房，在其位置新建二級(jí)泵站主、副廠房；二泵站管理房拆除后在沉沙池北側(cè)位置新建。二級(jí)泵站主、副廠房在改建期間繼續(xù)使用，待泵站主體更新改造完成，滿足運(yùn)行條件后拆除。

(3)一級(jí)與二級(jí)間鋼筋混凝土輸水管改建方案

一級(jí)至二級(jí)間鋼筋混凝土輸水管道，運(yùn)行已超過50多年，已超過其設(shè)計(jì)使用年限，存在運(yùn)行安全隱患，本次設(shè)計(jì)初步確定在原管線一側(cè)重新布設(shè)一條管道輸水。

3.2 工程總體布置

(1)一級(jí)泵站總體布置

改建一級(jí)泵房位于現(xiàn)一級(jí)泵站2#泵房下游20 m處，地形稍開闊，相對(duì)平坦，地質(zhì)、水深等條件滿足泵房建設(shè)要求。泵房采用干室型泵房，平面成矩形布置，臨河側(cè)新增進(jìn)水池，為便于進(jìn)水池清淤及對(duì)水泵進(jìn)水管道進(jìn)行維護(hù)檢修，進(jìn)水池進(jìn)口設(shè)檢修閘門擋水，頂部設(shè)置清淤用起吊設(shè)備。主廠房下層為水泵室，單列式布置兩臺(tái)臥式機(jī)組，靠下游端上層設(shè)檢修間，主廠房設(shè)電動(dòng)單梁懸掛式起重機(jī)1臺(tái)。副廠房與主廠房分基布置，位于主廠房出水側(cè)，為二層結(jié)構(gòu)，其下層布設(shè)出水管，流量計(jì)及泄水(壓)閥等。改建泵站出水壓力總管為1根DN300 mm的鋼管，總長度418 m。管道及鎮(zhèn)、支墩沿原管道并排布設(shè)，管道爬坡段跨東金公路以下段采用明管布設(shè)，跨東金公路及至新建出水池段管道埋地敷設(shè)。一級(jí)泵站出水池選在果園西北角開闊地方新建，采用矩形結(jié)構(gòu)，正向出水。新建3間管理房位于現(xiàn)管理房南側(cè)，背靠鐵路專線，建筑面積約48 m2。

(2)一級(jí)泵站出水池至二級(jí)泵站輸水管道布置

現(xiàn)有一級(jí)泵站至二級(jí)泵站輸水管道穿過果園后，沿原五泉奶牛場(chǎng)所處溝道右側(cè)山腳等高線布置，由于管線經(jīng)過地段，新老墳地較多，為了減少土地征用，避免遷墳，新建管線靠山體一側(cè)沿原管線并排埋設(shè)，總長度997 m。

(3)二級(jí)泵站總體布置

改建二級(jí)泵站主廠房位于現(xiàn)有管理房位置。采用干室型泵房，主廠房下層為水泵室，單列式布置兩臺(tái)機(jī)組，機(jī)組負(fù)吸程安裝，主廠房東端上水層設(shè)檢修間，主廠房設(shè)電動(dòng)單梁懸掛式起重機(jī)1臺(tái)；副廠房與主廠房分基布置，位于主廠房西側(cè)；改建二級(jí)管理房布置在已改建沉沙池北側(cè)，共計(jì)3間，建筑面積約50 m2。

3.3 主要建筑物更新改造設(shè)計(jì)

(1)泵房

改建一、二級(jí)泵站選擇干室性矩形結(jié)構(gòu)泵房，主廠房的水下結(jié)構(gòu)分別采用C30鋼筋砼板式結(jié)構(gòu)，地面以上均采用框架結(jié)構(gòu)，屋頂鋼筋砼平頂屋蓋，建筑立面采用砂漿抹面和內(nèi)、外墻涂料磚結(jié)構(gòu)。一、二級(jí)泵房各安裝2臺(tái)臥式單級(jí)雙吸離心泵，機(jī)組臺(tái)數(shù)少，采用單列式布置，機(jī)組沿主廠房縱向布置成一排。一級(jí)泵站選用2臺(tái)KQSN250-N4/595型單級(jí)雙吸離心泵，二級(jí)泵站選用2臺(tái)KQSN250-M4/540型單級(jí)雙吸離心泵方案。

(2)泵站進(jìn)出水建筑物

改建一級(jí)泵站增設(shè)進(jìn)水池與泵房合建，進(jìn)水池側(cè)向進(jìn)水，凈長5.75 m，凈寬3.0 m，池深約9.3 m，側(cè)墻厚、底板厚0.8 m，采用C30鋼筋砼結(jié)構(gòu)。進(jìn)水池進(jìn)口設(shè)檢修閘門，池頂鋼筋混凝土排架。出水池正向進(jìn)水，出水池凈長3.0 m，凈寬2.0 m，池深約2.5 m。

(3)壓力管道

泵站出水壓力管道全部采用鋼管，泵房至東金公路段壓力鋼管采用明管鋪設(shè)，其余段全部采用填埋式方式鋪設(shè)，壓力管道豎直方向坡度≥1∶3，水平方向轉(zhuǎn)角≥30°時(shí)設(shè)置鋼筋混凝土鎮(zhèn)墩。一級(jí)泵站出水池至二級(jí)泵站改建輸水管道采用DN450球墨鑄鐵管埋地敷設(shè)。

4 效益分析

4.1 灌溉效益

本次更新改造的泵站更新改造后可改善灌溉面積3000畝，參照類似工程灌溉效益，改善灌溉面積畝均新增效益按110元計(jì)，則改善灌溉面積3000畝的灌溉效益為33萬元。

4.2 人畜飲水效益

本工程供水范圍為甘肅省水保所、蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院、蘭州軍區(qū)68141部隊(duì)、中國人民解放軍32194部隊(duì)、蘭州成功學(xué)校，供水對(duì)象為供水范圍內(nèi)城鎮(zhèn)居民、單位職工和學(xué)生，2030年供水人口為33477人，本次規(guī)劃的中型泵站更新改造后，供水范圍內(nèi)年飲水量保證率得到提高，生活質(zhì)量得以改善，其效益按年可節(jié)省運(yùn)水費(fèi)用，改善水質(zhì)減少疾病，節(jié)約醫(yī)療、保健費(fèi)用等估算。經(jīng)分析計(jì)算，可節(jié)省拉水費(fèi)和醫(yī)療費(fèi)用約190萬元。

4.3 節(jié)能效益

本次泵站更新改造后裝置效率將明顯提高，能源單耗將明顯下降，從現(xiàn)狀的6 kW·h/(kt·m)～7.5 kW·h/(kt·m)下降到5 kW·h/(kt·m)以下，節(jié)電20%以上，按泵站年均耗電量54 kW·h計(jì)算，平均每年可節(jié)電20%，按0.26元/(kW·h)的影子電價(jià)計(jì)，可節(jié)省動(dòng)力費(fèi)8萬元。

4.4 減少維修費(fèi)效益

本泵站工程泵房年久失修、機(jī)電設(shè)備老化嚴(yán)重、配套設(shè)施靠修舊利廢維持運(yùn)行，更新改造前每年維修費(fèi)用按影子工程投資的1%計(jì)[2]，為15.01萬元。工程更新改造后，每年將減少大量的維修工作量和節(jié)省維修費(fèi)用，泵站采用的設(shè)備使用年限將有所延長，水泵抗汽蝕性能大幅度提高，節(jié)省維修費(fèi)用按30%計(jì)算[3]，則每年可節(jié)省維修費(fèi)用5萬元。

4.5 管理效益

本次泵站工程更新改造后，設(shè)備狀況大為改善，運(yùn)行效率大幅度提高，改造后將采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控管理，泵站將進(jìn)入少人值守的管理模式，每年將可節(jié)省管理人員和運(yùn)行人員約2人的費(fèi)用，平均每年可節(jié)約人員工資和管理費(fèi)用10萬元。

綜上所述，本次泵站更新改造后，直接增加的效益為245萬元，本工程的實(shí)施，具有極其顯著的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)環(huán)境效益。

5 結(jié)論

本工程的建設(shè)，可解決甘肅省水利廳竇家山綠化基地灌溉泵站一、二級(jí)泵站存在的問題，提高泵站運(yùn)行的安全性、可靠性，對(duì)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)林經(jīng)濟(jì)發(fā)展、水土保持及居民生活用水有不可替代的作用，對(duì)維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定、促進(jìn)本地區(qū)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展具有重大意義。泵站在改造建設(shè)中應(yīng)正確處理安全、質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、節(jié)能等的相互關(guān)系，確保工程設(shè)計(jì)建設(shè)安全可靠、質(zhì)量合格、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理和適合國情，力求經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。