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缆车式泵站解决方案
【摘 要】最近几年,国家拉动内需,加大了水库除险加固工程的专项投入,水利部门对病险水库作出了重点整治规划,其中对解决水库周边“高板田”的农田灌溉和人畜饮水问题提出了新的思路,用库内缆车式泵站取代下游原水轮泵站或固定式泵站。本文通过江东市水库新建的库内缆车式泵站,总结了缆车式泵站在水库应用中注意要点、成功经验和取得的效益。指出了缆车式泵站在水库应用中具有广阔的前景。

缆车式泵站解决方案1


【关键词】缆车式泵站 水库 农田灌溉 应用 
      缆车式泵站取水构筑物是建造在岸坡上吸水库或江湖河边表层水的取水构筑物。泵站一般由泵车、泵车房、坡道(轨道)、输水管道、出水池、牵引钢丝绳、绞车及绞车房(配电间)等组成。通过卷扬机绞动钢丝绳牵引装有水泵机组的泵车,使用沿着斜玻上的轨道随着水位的涨落而上下移动取水。 
     近些年,缆车式泵站取水构筑物在自来水供水工程中江湖河边应用较多,而在水库农田灌溉工程中应用较少,很少典型文献资料可查和论文报道。2008年江东市水库库内新建了缆车式泵站,为农田提水灌溉,取代了原水轮泵提水灌溉。2009年7月投入运行,效果很好。现将江东市水库库内缆车式泵站设计与选址、施工与运行、效益与评价总结一下,旨在探讨与大家交流。 
1、工程概况
         江东市水库位于湖南省汉寿县朱家铺镇黄龙山下,是一座以灌溉为主、结合发电、兼顾养鱼的综合性中型水库。该水库始建于1958年10月,控制集雨面积23.78km2,水库正常蓄水位67.68m,正常库容1085万m3,总库容1308万m3。养殖水面1724亩,灌溉面积0.14万h㎡(2.1万亩)。水库电站为坝后式,装机1×125KW,水轮机型号为ZD560-LMY-60型,配套发电机型号SF125-8/590,引用流量1.876 m3/s,多年平均发电量37.2万度。
        为了解决水库周边73.3 h㎡(1100亩)“高板田”的灌溉问题,1967年冬水利部门在水库主坝左边外坡脚靠山体新建了一座水轮泵站,安装了一台型号为D60-6-25水轮泵,通过电站输水高压涵管共管经控制闸阀明槽引水,利用水头3.2m,扬程18m,过流量1.2m3/s,出水流量0.115 m3/s。
        该水库因兴建于特殊的历史时期,工程质量与设计均存在先天缺陷,加之年久失修,出水涵管部分断裂、溢洪道破损、坝身坝基渗漏,特别是水轮泵站的灌溉引水渠是暗设在副坝的坝顶防浪墙中,贯穿副坝、经部分山体、1﹟、2﹟溢洪道渡槽通往水库周边农田和山塘。防浪墙与引水渠由浆砌石砌成,水轮泵灌溉时渠道渗漏直接影响大坝安全,山体水土流失,诸多隐患不能使水库发挥应有的作用。
         为彻底根除隐患,该县在自筹资金的前提下,2008年争取国家水利投资1215万元,对江东市水库实施了全面除险加固。其中一项就是将原水轮泵提水灌溉工程改为库内缆车式泵站提水灌溉工程。

缆车式泵站解决方案2


2、缆车式泵站
        江东市水库库内缆车式泵站装机1×30 KW, 水泵型号为250S-14,扬程范围11~16m ,流量范围576~360 m3/h,配用电机型号为Y200L-4,卷扬机型号JM3.2,坡道倾角18°21′,轨距1.5m。

2.1 、泵站设计与选址
        水库缆车式泵站设计与选址因水库的水面相对较静止,水质好,虽水库水位属高变幅,但水位涨落速度不大,一般地质条件较好。设计与选址相对江河湖边供水工程简单,除按缆车式泵站相关设计规范外,有些要根据实际情况而定,但要注意以下要点:

2.1.1 、泵车台数与水泵台数的确定
        根据缆车式泵站设计规范:“泵车数不应少于2台,每台泵车宜布置一条输水管”。“每台泵车上宜装置2台机组,应交错布置”。水库应用缆车式泵站与供水厂使用缆车式泵站不同,农田灌溉保证率一般要求不高,除非是从水库取水的供城镇饮水工程。这里水库应用缆车式泵站主要是解决水库周边面积不大而又十分缺水的“高板田”的灌溉和提供山塘蓄水水源(供居住分散农户人畜饮用水和停电后的农田灌溉),只要泵站不停电或库内缺水,设备临时故障检修不成问题。因此,水库应用缆车式泵站只选1车1泵即可,这样可以大大降低工程造价,满足工程要求。江东市水库缆车式泵站设计1车1泵。

2.1.2、 泵站水位的确定
        泵站最高水位与最低水位需要反复核实准确无误,以免枯水位时取不到水或提水时绞车房(配电间)被淹。这里最高水位好确定,一般有历史资料记载或库内留有水位痕迹。不好确定的是最低水位,因泵站最低取水位与泵站农田灌溉季节有关,故此要认真统计历年库内泵站“高板田”灌溉季节时的水位。由于水库修建年代久远,运行管理人员变动频繁,各类记载资料常有丢失或记录不全,加之目前水情、雨情、工情的变化,给确定最低水位带来一定的影响。江东市水库泵站最低水位的确定我们考虑了三个方面:一是“高板田”灌溉季节时的取水水位(包括灌塘蓄水);二是泵站建成后,今后“高板田”一季中稻可改为双季稻灌溉季节时的取水水位(包括灌塘蓄水);三是灌塘蓄水(保证居住分散农户常年人畜饮用水)时的取水水位。最终确定为灌塘蓄水(保证居住分散农户常年人畜饮用水)时的取水水位,在工程造价不大,适当延长钢轨,选取了死库容水位55.0m作为泵站的最低水位,可以同时满足上述三个条件。这里值得一提的是:在我们的施工中,泵站的坡道(轨道)是按所选最低水位(死库容水位55.0m)施工,后施工中因水库内蓄水位不断上涨,输水管道只得按“高板田”灌溉季节时的取水水位(包括灌塘蓄水)62.0m安装。今年的9月上旬,“高板田”急需灌溉,而遇今年少雨年份水库蓄水量少,加之下游用水量大,库内水位偏低,使得新建泵站不能抽水,最后延长了输水管解决了此问题。这说明我们最终选择泵站的最低水位是正确的。

2.1.3 、泵车与绞车房的设计
        江东市水库缆车式泵站泵车设计为带安全遮栅、遮荫(雨)棚无泵车房露天式的泵车,绞车房设计为“四房一体”(绞车房、配电房、检修房、泵车房)。不同于常见的泵车(泵车房、配电房、检修房一体)和绞车房的形式,与之相反。因为泵站泵车设计1车1泵,泵车的平台尺寸为2.5×2.7m ,仅6.75m2。如果要满足有泵车房,就要保证一定的电气距离、散热与吊装空间、人行道和小修场地,这样务必要加大泵车的平台尺寸、轨距和卷扬机牵引力,增加工程造价。所以,我们设计成仅带安全遮栅、遮荫(雨)棚无泵车房露天式的泵车。灌溉运行时,把泵车放到一定的水位运行,停机后将泵车拖到绞车房锁定(绞车房地面设计成一边为放泵车的轨道钭面和一边为安装绞车和配电设备、操作与检修间的平面,沿轨道中线房顶上方设计检修吊车梁)。然后放下卷闸门,既防盗又便于运行、观察、操作、检修、管理。
另外,泵车的稳定平衡、绞车牵引力的计算,不能忽略水泵进口、出口(逆止阀后)水管内水体的重量(因离心泵进口一般都带有底阀,在泵车运行和移车时充满了水,管径较大,本站进出口管径均为250mm,管中的水一时不能泄掉)。有关书中介绍泵车牵引力F的计算,W为泵车不抽水时的总重量是不妥的,至少给人错觉忽略管中水体重量,应该视情况而定(书中只适用于无底阀则采用真空泵抽空引水的泵站)。特别是对于单车单泵移车较频繁的泵站。

2.1.4、 泵站取水口位置的选择
        缆车式泵站一般未设计拦污栅设施(水泵进水口带有“莲蓬头”),取水口位置应选择在水面无漂浮物的地方,尽量避开回风回水区、航运、旅游码头,以免船只的撞击;取水处力求避免水深不足,支承基础系统抽水时淘空,或因山体水土流失淤积,不均匀沉陷等情况发生。

2.1.5 、供电电源的选择
        近些年来,因国家农电网的改造,绝大部份山丘区乡镇村落都以用上了大电网,泵站除就近选择电源外,要注意线路走向,尽量避开山林,有条件的最好使用架空电缆,确保用电安全可靠。水库有发电站的可作为直供电源,农电网可作为备用电源。

2.2 泵站的安装与运行
2.2.1、 泵站的安装
        泵站在安装时,必须熟悉各类图纸资料、产品安装使用说明书,发现问题及时与设计、厂家单位联系沟通,还要考虑到施工安装过程中不可能全完达到设计和厂家要求出现的问题,制定好整体安装程序。
机组的安装,一定要注意水泵进出口方向,最好是请专业人士现场指导。否则,将给安装带来一定麻烦。本站就发生过这类问题,泵站使用的是一台带底座,水泵电机整体装好后发运工地的机组,当时利用工地挖掘机吊运到泵车上就位(缆车式泵站不同于其它泵站,不是先修厂房,有宽敞的场地和安装好的吊装设备)。后发现水泵方向安反,不得不再调吊车安装。
        绞车的安装,建议待轨道斜面和泵车安装完工后进行绞车的安装调试和基础浇筑,因一般小型卷扬机产品说明书上没有机座安装尺寸和大样图。安装方法应先把泵车安放到设计最低水位,然后调整卷扬机的安装位置,检查绞车钢丝绳是否在轨道斜面与绞车房地面相交处擦角,否则,调整好后再浇筑绞车基础。同样,本站出现上述问题(因当时库内水位上涨,泵车无法安放到设计最低水位,卷扬机产品说明书上没有安装详图)。为了不影响抗旱,只得采取临时办法,在卷扬机前加装了导向滚筒,抬高擦角处钢丝绳解决此问题。但不能长期使用,以免磨损钢丝绳,待抗旱过后整改。

2.2.2 、泵站的运行
        由于库内水位与每年的降雨、蓄水、下游农田灌溉用水相关,泵站的取水口水位灌溉季节每年也可能不一样,为了保证居住分散农户常年人畜饮用水,充分发挥泵站的作用,水泵设计扬程是按水库枯水位(或死水位)确定,水库缆车式泵站常用的是离心泵,泵站运行中有可能遇到低扬程运行,离心泵在低扬程运行中要注意防止电机过载。此时,应校核一下扬程(一般要求水泵的实际抽水运行扬程不得低于名牌标定扬程的60%)。若应急抽水,调节出口控制闸阀,以减小流量,防止电机过载。注意电机温升,若发现电机过热,应及时关小出水口流量或停机。

2.3 泵站的效益与评价
2.3.1、节省了水库发电、灌溉水量。水库缆车式泵站取代了原水轮泵站,因水轮泵站引水与发电站引水高压涵管共管,泵水时不能发电,发电时不能泵水。水轮泵泵水时,过流量1.2 m3/s,不能利用来发电。再者,“高板田”一般因缺水只插一季中稻,中稻的灌溉季节与双季稻灌溉季节不同步,有时水轮泵站泄水不能充分利用给下游双季稻田的灌溉,白白浪费掉。故此,新建水库缆车式泵站节省了水库发电、灌溉水量。 

2.3.2 、消除了副坝安全隐患、山体水土流失。原水轮泵站的灌溉引水渠是暗设在副坝的坝顶防浪墙中,贯穿副坝长154m,沿水库内坡山体380m。引水渠由乱石砌成,渗漏水对副坝造成安全隐患和山体水土流失。新建水库缆车式泵站后,将副坝上引水渠拆除和山体引水渠填筑,消除其隐患、减少水土流失。同时缩短了引水渠道,节省了每年引水渠道的维护费。

2.3.3、 扩大灌溉面积,“高板田” 一季稻可改种双季稻。水库管理所过去为了满足下游农田灌溉、发电,必须充分蓄水保水、节约用水、限制水轮泵泵水。使得水库周边的“高板田”只种一季中稻或变成“天水田”。农民称之为“灯下黑”。现新建水库缆车式泵站,只要有电,泵站随时可从水库取水,节省水源,保证山塘蓄水、人畜饮水、可使一季稻改种双季稻,扩大灌溉面积350亩。
        2.3.4 取水库表层水,有利于农作物的生长和人畜饮用水。原水轮泵与电站共管,取水是取的水库深层水,新建库内缆车式泵站后取水是取的库内表层水。在我们南方地区取水库深层水来灌溉农田,对农作物的生长十分不利,因为灌溉用的水库一般是在秋冬蓄水,春夏泄水灌溉,在春夏季节时水库表层水的水温与深层水的水温相差颇大。所以如能取水库表层水灌溉,对农作物的生长无疑具有重大的意义。再者,现在水库锰含量越来越高,而表层水含量较低,对人畜饮用水也大有好处。
         2.3.5 与固定泵站相比,具有建设投资少、运行成本低、不受灌溉季节影响。因水库水位高变幅,要解决水库周边“高板田”灌溉和人畜饮水,国家电网的架通,可在水库下游修建固定泵站。但与在库内建缆车式泵站相比建设投资大、常期固定在高扬程下运行费用高、受灌溉季节影响,不能解决常年人畜饮水。 

3、结语 
    江东市水库库内新建的缆车式泵站在今年大旱之中为周边农田灌溉、人畜饮水发挥了重大作用。深受农民欢迎,不再是“灯下黑”,而是“近水楼台先得月”。 
    随着国家对“三农”政策的倾斜,国家农电网改造深入山区;国土部门田间渠道工程的开发;交通部门通乡通村公路的修通;旅游部门打造生态旅游农家乐;水利部门加速水库除险加固,修建防汛公路、人畜饮水工程等项目,将给水库周边的农村农民生产生活带来深刻的变化。我们深信缆车式泵站在水库中的应用有着广阔的发展前景。 

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