农田水利泵站更新改造关键技术研究论文

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2024-07-25 10:01:35 来源：作者：zhouxiaoyi

摘要：

　　摘要：泵站改造技术革新能力持续增强，为农田水利灌溉工作带来了正向推动，更好地提高了灌溉效率。因此，在实际进行作业时，需有效地应用先进的改造手段，使用科学的泵站改造技术，才能在各个层次上提高泵站的改造质量。为改善灌溉地区的农业生产条件、保障灌溉和排水工程的安全与稳定、提高灌溉的可保证率、降低用水量，本文以景电灌区为研究目标，对骨干工程的节水改造方案进行了深入探索。实施此计划可充分挖掘灌溉区的潜力，增强农业发展活力，改善并提高农业基础生产环境，促进农村基础设施建设，指导农村形象改变和农村环境管理，为农业产业结构调整、农民脱贫致富以及农村经济发展创造基本条件。

　　关键词：景电灌区；农田水利；泵站改造

　　为提高灌溉效率，必须致力于减少农业领域的水资源需求，同时保持作物的最佳生产效率。现在可用资源的逐步减少和人口增长推动了农业活动的扩展，因此，提高灌溉效率变得至关重要。随着农村经济体系的转型、高新农业技术的发展，再加上灌溉区域的工情、水资源与农业环境的不断演变，现行的灌溉排放项目缺少升级与改造，工程已陈旧，存在损毁现象[1]。

　　1工程概况

　　景电项目涉及灌溉面积为120万hm2，该地区地形波动较大，主要的土壤特征是粘性，非常适合种植诸如小麦、玉米等多样化的农作物。灌溉的水来源于H河。甘肃省景电灌区的续建和改造计划将满足：提升灌溉用水的供应能力；改善灌溉系统的不足，提高灌排设备的运行效率，保证各类设备和仪器的运行效率超过90%；完善灌排设备的防护和安全保障机制；在现场施工时，使用管道传输水资源，并且在实现节约用水灌溉过程中的滴灌比例超过3%；构建基于最新信息科技的水利“三位一体”网络平台，构建“大数据”“公共服务”“决策支撑”和“业务支撑”系统；执行高度专业和尖端的项目管理和运作模式[2]。

　　2景电泵站工程现状

　　2.1水源情况

　　针对泵站的水源水位和水量做全面核实，深化一系列的水情资料的分析，包括了解各种不同水位，精确把握水量与一年中的平均提水量之间的关系。此外，必须明晰地辨认出水源的稳定性，从而依据这些资料去衡量各种提水量和防洪方案的适宜程度、科学性，以及其调整是否可以达到预设目标，只有在满足所有的前提下并确定达标方可将其作为参考依据。

　　2.2灌区需水量的变化

　　农田水利灌溉区的提灌面积和农作物结构发生了重大调整，这对其造成了巨大影响。土地缩减主要是由于该地区实施了诸如新的小型泵站等工程的建设。

　　2.3机电设备状况

　　在农田水利灌溉工作中，必须仔细审查并确定所有泵站设施，包括水泵与电动机的种类、规模及运作与维护情况。针对存在故障的泵站设施，应给予一些基础的改造建议[3]。

　　2.4泵房及进出水池情况

　　对泵房的每一个区域实施深入而准确的尺寸检查，目的是评估其是否可以适应已优化的设备布置及安装的所有要求。长期以来，收集记录了泵房的采光、防洪等详细情况，对进出水池的各个区域进行了尺寸测量，以确保水流的稳定和是否有漩涡现象。

　　3景电灌区工程存在的问题

　　3.1工程设计标准低，建筑物的引、排水能力不满足需求

　　目前的主要灌区建筑物大多数是在20世纪70年代左右建立，当时的农业生产主要依赖于集体的方式，而玉米的种植和灌溉则主要根据村庄的划分来进行，并且大多数都使用连续灌溉模式。农村的产业化进程在实行联产承包责任制后，由于玉米的种植周期从40天减少至大约10天。当玉米种植的高峰期到来，其所消耗的水资源急剧增加，这使得建筑的排水设施难以应对这种情况。

　　3.2水源泵站年久失修，引水能力不足

　　目前，灌区主要有6个提水泵站，然而机泵设备老化，破损程度较高，导致了巨额的能源浪费和效益不佳。研究显示，一、二级提水泵站的提水能力仅占到预期的40%。这些年，年久失修的泵站常常面临机械故障、运行效率低下、耗电量大增等问题，严重时甚至无法正常工作，导致灌溉供水不稳定，影响农作物的生长周期和产量。

　　3.3渠道未护砌，坍塌、淤积严重

　　由于部分渠道比降较大，且目前渠道都是土质的，稳定性并不理想。同时，现有渠道边缘的冲刷和坍塌问题非常严重，导致渠道淤积问题严重。此外，渠系的水利用系数也相对较低，约为0.62。

　　3.4灌区水费收缴困难，难以维持正常运行

　　由于渠首泵站的灌溉需求与水位较为不稳定，许多农户不得不通过井方式获得地下水以满足其需求。此种做法不只是引发当地的地下水被大规模挖掘，破坏自然环境，还让支付水资源费用变得愈发艰巨。根据最近几年一些灌区管理部门的统计数据，每年能够按时缴纳水费的土地面积仅为333.33hm2，导致管理经费的大量短缺，工程维护变得困难[4]。

　　3.5管理手段落后，管理设施破旧

　　目前，灌区的水资源配水、量大和水情监测完全依赖于人力，监测设备短缺，管理方式过时。灌区的居民普遍采用“大锅水”，对节约用水认识不够深刻，漏水现象严重，极大地降低了灌区的灌溉效益。灌区的管理房屋已显老态，一些建筑墙壁出现破裂，水渗透问题严重，不能满足水利现代化的需求。

　　4农田水利灌溉泵站技术改造措施

　　4.1合理选择泵型，提高水泵运行效率

　　轴流泵的主要功能参数如表1所示。过去，专业的科研小组经常依赖于较高的精准度去预测设计的扬程，尤其是在某些特殊环境下，依照预期的最大扬程来选择泵，这就导致了预期的扬程和实际应用的扬程存在一些差异。为确保所选水泵达到特殊的生产规格，应依照多年的平均扬程进行筛选。目前，许多泵站偏好使用额定扬程较高的水泵，为提升水泵的运行表现，需满足其流量的需求外，也应在允许的范围内有效降低其旋转速度。为应对农业灌溉领域的水泵设施的不协调、质量欠佳、陈旧和效能降低的难题，需采取合理的方法对水泵进行更新和提高。

　　4.2总体掌控工程进度，全面规划和布局

　　在常规的构筑流程中，对于泵站的时效性有着严格规定。在实际建筑环节，除了按照全部的工作周期来分配每个环节的职责外，还必须保障项目的进度与品质能够满足特定的发展需求。在此过程中，必须更深入地考虑到项目的建设与收益的相互影响，既要确保满足建筑的需求，又能够高效地完成灌溉目的。因此，相关建筑单位必须在实际建筑活动中控制项目的进展，有效地策划与分配，编写详细的操作方案，从而增强方案的科学依据。

　　4.3拟定电动机改造方案，提高电动机的运行效率

　　农田灌溉泵站的主要设备是电动机，在进行科学技术改造时，必须规划出最佳的策略，从而增强电动机的工作效益。

　　首先，只有实际进行电动机升级，才可观察到其能够一直保持稳定的工作状况，甚至需要连续多次操作与保养，以保证电动机的卓越工作表现。所以，当电动机处于负荷工作状态，需放弃一些会消耗大量能源的设备，并且对许多电动机进行修理。这样的方式不只是减少了水泵的升级费用，也有助于提高电动机的效能，达到预期的标准。若负载比例依旧维持在0.5以内，就需依照实际的需求来适当地调整。

　　其次，根据泵站的具体状况，专业技术人员应当适当地将电压较低的泵和功率表现欠佳的电动机并联，以有效地补充无功功率，优化电动机的功率因素，提高运行电压，降低线路的损耗。通常，需把功率因子提高到0.9。如果电动机的电压过低，那么其工作效率、安全性和稳定性都会受到不利的影响。因此，在具体执行中，需采取恰当的措施，以便处理泵站的电力设备的低压、大规模的电力消耗以及过长的电力线等问题，从而更好地提高泵站的运行效率。

　　4.4改善水流状态，保证水泵稳定运行

　　由于进出口的尺寸和布局的不同，可能会引发诸如水流涡旋、回流等问题，这进一步降低了水泵的运行效率。针对此问题，需合理增加进口的正面排放范围，并增多导流墙的规模，以提升水流的运行质量。实施此方案可使得水泵的运行性能提升大概55%。此外，将出水口的天然排放改为淹没式排放，同样可以提高7%的运行性能。

　　5改造设计

　　5.1工程等级及设计标准

　　灌区的灌溉深度未超过2万hm2，完全满足中级灌区的标准。此外，依照中等水利灌区的条例，灌区实施了以降低使用量为主旨的后期建设与节水改造。按照《水利电力设施等级划分及洪涝警告标准》（SL252-2017）的要求，该灌区工程被归入到中等Ⅲ级项目之列。所有与灌溉区相关的渠道工程设计预测流量都不会超过5m/s，而且所有的工程等级均为5级。

　　5.2水位与流量

　　此景点灌区通过一条引水渠将H河的水运至干渠，从而完成灌溉任务。这两个区域都建立了隔离堤和入口闸，灌溉能力可以达到每秒28m/s，补给能力也可以提高至每秒1.63m/s。在农田灌溉过程中，预先几天为水库供应水源，考虑到供应和灌溉的均衡性，因此设定流速为23m/s。在泵站的入口处有一个水位传感器，规划的泵站进水池预定水位和最低水位（保证率达到95%）控制在-5%~+5%。

　　5.3泵站设计

　　5.3.1泵站总体布置

　　泵站水源主要以H河为主源，并通过进水涵闸将其输送至进水池。进水闸为混凝土箱涵，预设的流量为41m/s。泵站的进水闸的阀门采用了钢材制作，并装有电动启闭机，其拦污栅洞身、阀门以及启闭机的运行状态都十分出色。进水池是以浆砌石的方式建造的，其功能特性良好。因此，在这个设计里，将保留现有的进水涵闸和进水池，同时也会对站体以及出水池部分进行拆建。

　　在泵站的主厂房北部安排了维护区域，在南部安排了一个主变电室、一个高、低压配电室，还有一个总控制室。为了保证设备的正常运作，选用了一台10吨的电动起重机来进行泵站厂房的维护工作，净跨度可达到10.50m米。当设备需要维护时，可通过起重机直接进入维护区域[5]。

　　5.3.2泵站稳定计算

　　（1）站身稳定计算

　　泵站站身的底板是评估运行是否稳定的对象。关于站台的稳定性评估数据，可查阅表2。从表2中可明显观察到，该泵站的地基反力未能满足预设的规范要求，因此必须对其进行适当的地基处理；泵站的底板位于素土层上，需采用12%的水泥土进行填充。