浅析新疆某扬水工程设计

张其霞

（新疆伊犁河流域开发建设管理局 新疆 巩留 835400）

1 工程概况

新疆某扬水工程，分五级泵站提水，属Ⅲ等中型工程。工程主要由泵站、压力管道（干管）、输水支管道、调蓄水池及田间管网工程等组成。首部泵站设计提水流量4.4m3/s，供水总扬程252.69m，年设计提水量4811.80万m3，输水干管总长42.7145km。其中一干管设计流量4.4m3/s，双管布置，管径 1.4m，管长10.25km；二干管设计流量 4.1m3/s，双管布置，管径为 1.2m，管长 8.07km；一、二干管全部采用玻璃钢夹砂管。三干管设计流量 1.5m3/s，单管布置，管径 1.2m，管长7.753km；四、五干管设计流量1.2m3/s，单管布置，管径1.0m。该工程属高扬程、长距离的扬水工程，在新疆水利史上属首例。工程主要解决该县游牧民定居及新开垦的上万亩土地灌溉。

2 泵型、台数及安装高程选择

2.1 水泵型式及装机台数

该工程泵站设计总扬程较高，地处边境地区，考虑以后运维检修成本，要求水泵具有效率高、稳定运行、抗气蚀性能好等优点，并且水泵转速要低，因此，泵站机型选用单级双吸式离心泵抽水机组，在水流含沙量较大的工程中使用，还可减轻水泵叶轮的磨蚀破坏。

泵站水泵台数是根据各级泵站提水流量的大小，由水泵单机流量和备用机组数确定。水泵单机流量的选择除应保证泵站流量变幅的要求，还要考虑运行中可能出现的气蚀及磨损等因素对水泵性能的影响。同时，在满足泵站运行要求的前提下，应尽量采用较大的单机流量，减少机组台数，以降低工程建设投资，减轻工程运行期间泵站的机电设备检修维护和管理工作量，降低运行费用。本工程各级泵站引水流量有设计流量、加大流量和最小流量要求，要满足各大小泵站流量的要求，并保持泵型号大体一致，合理选择主泵单泵流量及流量调节方式是泵型选择的关键。因此，一级、二级泵站选择主泵4台，扬程为109m，流量为4.4m3/s，加压泵2台为扬程77.79m，流量为0.32m3/s；三级泵站选择农业泵4台，扬程为56.07m，流量为1.5m3/s，工业泵3台，扬程为103.28m，流量为1.2m3/s；四级、五级泵站选择3台相同流量水泵，扬程为106m，流量为1.2m3/s。

2.2 级间配合和流量调节

水泵运行中，因制造、装配、安装质量及运行情况的差异，空蚀、磨损的影响，引起容积损失的变化，形成水泵实际出流与设计值的差异，这种差异会形成泵站流量的不平衡。但因水泵不平衡流量同时向一个方向偏差的几率很小，所以，泵站多台水泵具有一定的流量自调节能力。本工程一、二、三级泵站级间有分流，级间流量调节可由加压泵分流调节，因此不另外设置调节泵。

2.3 水泵安装高程的确定

水泵安装高程根据前池基准水位和水泵吸上高度值确定。吸上高度的计算考虑了泵站的海拔高程，吸水管路水头损失、工作水温等因素的影响，并取适当的安全裕量。前池基准水位以最低水位确定。考虑泵站基础座落在覆盖层上，地基易开挖；且泵站运行方式为不设真空泵（除一泵站），因此，按倒灌方式计算和确定水泵的安装高程，并选择各种泵型出水管高程一致，以便汇总管的布置。各级泵站安装高程见表1。

3 事故停泵过渡过程分析与过程控制措施

本工程各级泵站压力管道最长达9.81km，由于水泵机组GD2值均小，应用日本富泽清治停泵水锤简易计算方法进行了初步计算，泵站压力管道水力过渡过程中，水泵最高压力及最高反转速均在规范允许值以内，满足规范规定。对水泵防护措施的选择，采用在水泵出口装设多功能水力控制阀，使水泵最高反转速降至额定转速的1.2倍，最高压力不超过水泵出口额定压力的1.5倍；并在总管沿线设置复合式排气阀，用以自动排气、出现真空时自动补气，使管道任何部位不出现水柱断裂。此外，在一、二级泵站之间和二、三级泵站之间设置调压塔。

表1 各级泵站水泵安装高程表

4 管材比选

该扬水工程管线主要穿越洪积倾斜平原与风蚀平原区和吉布哈沙漠带，地势较为平坦、开阔，并且常年刮风，因此泵站之间采用管道输水。根据工程所在区域的地形、地质和自然条件，结合国内与本工程类似的管道供水工程的施工与运行情况和经验，对适用本工程压力管道的三种管材即钢管、玻璃钢夹砂管、预应力钢筒砼管进行比较分析。

4.1 钢管

钢管制作随意性强，适用各种地形条件，糙率较小，单位长度内重量较大。缺点是制作安装较麻烦，需进行防锈防腐处理，制作安装费用较高。

4.2 玻璃钢夹砂管

玻璃钢夹砂管刚度较其他管材差，其内衬厚度和管壁厚度根据承压强度和管顶填土高度确定，而内衬厚度的不同直接影响管材的价格。本工程压力管道压力比较高，埋深大，采用该管材有发生变形的可能性。

4.3 预应力钢筒砼管

预应力钢筒砼管主要优点是：有高抗渗能力，管接头具有高密封性，管身具有较高的工作压力，刚度好，安装施工方便，糙率小，抗震性能强。其缺点是：自重较玻璃钢加砂管大，施工运输必须配有一定的设备，管材中的预应力钢丝在有侵蚀性水质和有害元素的土壤地段里有发生侵蚀的可能性，直接影响管道的使用寿命，造价较高。

4.4 三种管材经济比较

以管线四泵站扬水管道为代表，在管道工作压力为0.8MPa的条件下，以各种管材水头损失接近相等为原则，选用钢管、预应力钢筒砼管和玻璃钢夹砂管三种管材，分别计算每米管线工程投资。三种管材水头损失接近相等时，钢管糙率n=0.012、管径0.95m，PCCP糙 率 n=0.013、 管 径 1.0m，FRPM管糙率n=0.009、管径0.9m。

管线四泵站管道每1m管材投资：钢管为0.3972万元，预应力钢筒砼管为0.2507万元，玻璃钢夹砂管为0.1586万元。预应力钢筒砼管和玻璃钢夹砂管每米投资均小于钢管每米的投资。钢管承压较高，抗震性强，但易腐蚀，使用年限约30年左右，内部防腐难处理，管线工程造价较高。玻璃钢夹砂管耐腐蚀性、耐热耐寒性、耐磨性均突出，并且比重小，质量轻，运行维护费用低。

综合工程安全、经济和施工等方面因素，考虑到工程投资、施工工期等因素，该扬水工程一、二干管选用玻璃钢夹砂管，局部弯道、镇墩、检查井、进口、凑合节处采用钢管。

5 先进技术与理念在工程中得到应用

5.1 多功能水泵控制阀应用

由于本工程压力输水管道较长，水泵扬程较高，水流惯性大，因此必须充分考虑事故停泵过渡过程中产生的水锤和机组反转过速问题。水泵出口阀是抽水系统在正常、非正常情况下进行停泵断流或进行水锤防护的重要设备，其过流特性对工程的正常运用与事故控制都有很大的影响，为满足离心泵抽水机组工作的需要，同时为满足泵站事故停电时机组转速和压力管道压力在规范允许的范围内，在水泵出口设置了多功能水泵控制阀。该阀具有开、关阀时间可调，能满足调保的需要，应用于本工程是较为理想的。

5.2 电机软启动应用

本工程主泵电机均采用10kV高压电动机。由于泵站地处电源末端，电压较低，采用直接起动比较困难，因此泵站电机均采用高压软起动装置启动，具有起动电流小并可调，起动转矩可调等优点，同时弥补了电压低之不足。

5.3 “无人值班、少人值守”理念应用

工程采用“中央控制室集中控制”方式，在县城设调度中心，通过沿管线铺设的光缆，将流量及水位、蓄水池水位流，供水管线进出口水压、水量计量，泵站现地和远程监控、视频现场或远程监控等信息上送调度中心。调度中心采集各子站的数据，通过数据分析，及时给出报警信息或者向控制站点发出控制命令，控制各泵站设备的运行。各泵站仅留值守人员，负责泵站机电设备巡检、操作、应急处理，实现了“无人值班、少人值守”。

6 结语

该工程设计中不断优化方案、认真进行比选，建设中严把施工质量，工程投运以来，各项指标均达到设计要求，效果良好，但不乏设计欠缺之处：

（1）泵站厂房采用簿腹梁和槽型板结构，预制好后逐块吊到房顶拼装，在拼装缝隙处浇灌混凝土。该结构槽型板之间和槽型板与簿腹梁之间没有钢连接，不抗震。

（2）一级泵站设旋转滤网，适用于藻类植物较多的河流或湖泊，但在寒冷的北疆,河流冬季表面结冰，旋转滤网无法转动，因此不适用。

（3）调压塔设计为钢板卷焊而成，外面在加盖砖混结构房子，与钢筋混凝土结构塔相比，不如直接采用第二者。

（4）管道在镇墩、检查井、进口、凑合节等构筑物处存在钢管与玻璃钢夹砂管相连接，中间环节较多，运行维护期间要加强此处检查，将安全隐患处理在萌芽状态。

（5）各级泵站厂房不设卫生间、生活用水，二级至五级泵站厂房渗漏排水直接排向前池，不够人性化和环保。陕西水利