我国泵站的现状与优化发展

我国灌溉泵站的现状与优化发展 摘要:在农业和水利工程中，水泵作为一种通用机械，广泛地运用于国民经济发展的各个环 节。泵站工程为工农业生产的迅速发展及人民生活水平的不断提高都起着非常重要的作用。 但由于泵及泵站是耗能设施，据统计其耗电量约为全国总用电量的 21%。,因此如何从泵的 设计、泵站的优化调度方面进行改善和革新,是实现节能、可持续发展道路的关键。本文主 要通过对国内外灌溉泵站发展的概括，并以甘肃省景电提灌工程梯级泵站为实例，对比分 析了我国泵站发展中存在的主要问题及与发达国家的主要差距,提出了今后我国泵站优化发 展的几点启示与建议。 关键词:灌溉泵站;优化调度;中国;发达国家; 水资源是一种有限的、部分可再生的资源，也是一种重要的经济资源，且 具有稀缺性。实现水资源的可持续利用，保障社会经济的可持续发展，是世界 各国面临的重要问题。我国地域辽阔,地形复杂，水资源在时空分布上极不均匀,人 均水资源占有量少，部分地区供需矛盾与日俱增,造成了水资源危机。为了缓解 这些地区日益紧张的水资源短缺状况,兴建调水工程势在必行。 近年来,随着我国水利工程事业的快速发展,我国机电灌排建设也得到了飞 速的发展,在数量上已跃居世界首位。到 2000 年为止,我国拥有泵站共 47 万多 座,排灌动力达 6805 万 KW。这些泵站工程的建设,在工业、农业生产发展及提 城乡供水等方面发挥了积极的作用。其中，沿黄河流域有大中型泵站 11 万座， 总容量约 340 万 KW。从 1980 年开始,黄河上的灌溉用泵以每年 2 万台，装机容 量 4050 万 KW 的速度增加。这些工程总扬程高达 400800m，单机泵的扬程 达 80182m。但机电灌溉泵站每年都消耗了大量的能源，水泵机组用电量在整 个社会中占有较大的比重，在世界范围内约占 20%25%，在我国约为 21%，由 此看来我国机电灌排工程的节能潜力是巨大的。因此，国家对现有灌溉泵站在 技术革新、水量调配、能耗优化等方面，在政策上与资金等方面都给予了大力 支持。 目前，随着我国灌溉面积、农业种植规模的不断扩大，提灌工程承担的电 费，水费远低于成本的矛盾不断加剧。国内诸多电力提灌工程，大多数只关注 工程建成后所带来的社会、经济、生态效益，而忽略了工程自身的运行成本和 优化管理，导致提灌用电供需矛盾日益加剧，已经严重制约着我国提灌工程的 长久发展。因此研究大型泵站的节能降耗，优化改革具有十分重大的现实意义 和作用。 1 我国泵站工程的发展概况 1.1 泵站的总体概况 我国运用现代机械提水大约始于 20 世纪初，江苏、天津等地陆续兴建了一 些小型泵站，利用煤油机带动龙骨水车和小型水泵抽水灌田、排涝。1924 年江 苏常州郊区安装了一台口径为 150mm 的离心泵，由 20kw 的电动机带动提水，是 我国电力提灌的先例。直至 1949 年，现代机械灌溉面积只有 378 万亩，占当时 总灌溉面积的 1.6%。 新中国成立以来，随着科学技术的不断进步，我国的泵站建设也进入了新 的发展历程。目前全国已建成农业灌排泵站 50 余万座，灌溉面积达 4 亿多亩， 为我国的农业生产发挥了重要的作用。为了减少干旱对农业生产的危害，我国 西北和黄河中上游广大地区，早在 50 年代末期就建成了陕西渭惠渠高塬电力抽 水灌溉工程，泵站共 22 座，灌溉面积 96 万亩。1960 年 7 月黄河干流上第一座 现代大型泵站山西夹马口泵站建成投入运行，总抽水流量 9.5m3/s，分三级扬 水，累计净扬程 110m。在随后的年代里又在黄河干流上陆续兴建了百余座泵站 提水工程，总灌溉面积约 900 万亩，其中装机容量超过 10000KW。1974 年建成 的甘肃景泰川一期提水工程，共 11 个梯级，净扬程 445m，抽水流量 13.16m3/s，安装大中型泵 85 台，灌溉面积 30 万亩。1979 年建成的陕西东雷 二级泵站，安装了我国目前农业用泵功率最大（8000kw） 、单泵扬程最高 （225m）大型卧室离心泵两台。这些泵站提灌工程，对促进地区农、林、牧的 发展发挥了显著作用。另外还有广东省东深供水工程,经 9 座提水泵站向深圳、 香港供水,年供水量为 11 亿立方米,占香港总用水量的 70%;山东引黄济青工程, 经 5 个梯级泵站向青岛市供水,总流量为 159.5 m3/s,每天为青岛供水 30 万立 方米;引滦入津工程,经 3 个梯级泵站向天津供水,总流量为 50m3/s,年供水量为 10 亿立方米7;山西省万家寨扬黄供水工程;宁夏扶贫扬黄灌溉工程(11 级高扬 程泵站);南水北调东线工程(13 级低扬程泵站)。 20 世纪 80 年代至今，泵站工程在规模质量、效益、管理等方面得到全面 的提高和综合的发展。其特点，一是大型泵站在跨流域调水工程中相继建成并 投入使用，从工程规划、设计、施工、安装到运行管理，技术水平有了很大的 提高；二是重点从技术革新和运行管理上着手,随着技术水平的不断提高，济效 益越来越好，建设与管理水平也越来越高。但由于泵站是耗能工程，如何从泵 的设计，制造和应用等各个环节研究，以进一步提高其性能、效率；从泵站工 程上，如何加强规划，精心设计，对现有泵站如何改善经营管理，进行技术革 新、挖潜改造，以提高其经济效益，降低能耗、抽水成本等，是亟待解决的难 题。 1.2 泵站类型及特点 我国泵站工程有下列几种类型； （1）大型低扬程泵站。这类泵站的特点是低扬程、大流量、自动化程度高。 这些泵站主要分布在长江中下游沿江低洼地区，如江都三站、江都四站、淮安 二站等。 （2）大型高扬程泵站。这类泵站特点是高扬程、多梯级、工程艰巨。这些 泵站主要分布在陕西、山西等高原地区其。 （3）机井泵站、浮动式及中小型泵站。浮动式泵站主要分布在我国西南、 中南等省区水位变幅较大的江河与水库等沿岸。 1.3 泵站运行存在的主要问题 （1)认识单一。对我国泵站的作用及其地位认识不全面,看重泵站建成后所 带来的经济效益,而轻视泵站工程自身运行,造成泵站建设停滞不前。发达国家 在水政策的制定过程中,采取自上而下和自下而上的双向交流方式,体现了公众 的参与,而我国仍采取自上而下的方式。 （2)泵站管理不善。目前,我国泵站建设存在管理机构不健全、管理体制不 完善、管理手段落后、管理设施简陋、管理队伍不稳定等问题。 （3)泵站灌溉保证率低。据调查,我国多数灌区的灌溉保证率低于 50%,大中 型泵站的防洪除涝标准总体上偏低。多年来,虽然我国灌溉规模不断扩大,但只 形成了固定的灌溉控制面积,田间基础工程不配套,灌排系统不健全,灌溉保证率 很低。 （4)泵站老化失修普遍。据初步统计,在我国现有的大型泵站中,严重老化的 占 76%。中型泵站严重老化的占 82%。同时泵站更新改造的标准低、资金筹措难 度大,更新改造速度赶不上老化速度。 （5)节能节水意识淡薄。据调查,我国灌溉泵站的能耗高、水的有效利用率 低,农业用水浪费严重。 。 （6)泵站技术水平总体较低。我国灌排机械产品的质量不稳定、可靠性差、 自动化水平低,且运行效率低。水泵效率与国外先进水平相比,低 3% 5%。 2 国外泵站的发展概况 国外在泵站建设上有较长的历史，早在本世纪 40 年代末 50 年代初，美国 就利用其大古力水电站的廉价电力为兴建的大古力泵站提水供电。一级泵站扬 程 94m，装机 12 台，总抽水流量 460m3，灌溉面积 625 万亩。随后在 60 年代后 期又开始兴建加利福尼亚州的“北水南调”综合利用水利工程，除防洪、发电、 供水、旅游外，主要用于灌溉加州滨海地区农田。该工程包括 12 座大型泵站， 其中最大的爱梯门斯顿泵站装置大型立式四级离心泵 14 台，一次扬程高达 587m，单机流量 8.9m3/s，单机功率 6.7 万 KW，总功率 84 万 KW，是当今世界上 最大的泵站。苏联于 1973 年基本完工的卡尔审提灌工程，7 级扬水，累计扬程 156m，灌溉面积 525 万亩。另外古比雪夫提灌、给水工程，共建 10 座泵站，累 计扬程 320m。并计划兴建一系列大流量和高扬程泵站，进行跨流域、跨地区的 调水工程。日本神奈川县的饭泉泵站，安装 4 台口径为 1.6m 的大型双吸离心泵， 扬程 82m，总流量 24.1m3/s，装机容量 2.6 万 KW。印度约有 2800 万 ha 的提水 灌溉面积，约占全国总灌溉面积的 50%，主要开采地下水，打井利用井泵提灌。 由于印度能源储量有限，能源短缺，所以除采用电力、柴油提水外，还广泛利 用其它能源提水，如太阳能、风能、沼气、水流动能等。 国外在发展泵站工程中注意了以下几点； （1）提水和蓄水相结合：很多提灌区都兴建了大型蓄水池，在非灌水期， 泵站向蓄水池注水，这样既可蓄水发电，又可适当扩大灌溉面积提高设备利用 率和工程经济效益。 （2）农业提灌和工业用水相结合：国外泵站提水工程大都是多目标服务的， 例如兼顾工业和城镇生活供水等，这样可以工扶农，促进农业生产的发展。 （3）电力提灌与水能开发相结合：由于提灌，特别是高扬程提灌耗能巨大， 因此国外大都把大型提灌工程和水电工程同时开发兴建，利用水电站的廉价电 力，发展提灌，从而大幅度降低抽水成本，效益显著。 （4）注意加强水利资源统一规划，进行跨流域、跨地区的调水工程，把泵 站提水工程纳入总体规划之中，充分发挥水资源的综合效益。 （5）注意多种能源的开发利用，特别是利用再生能源做为小型泵站提水动 力，为