崔維本 ，江兆才 ，楊樹森

（1.沂源縣水務(wù)局，山東 沂源 256100；2.沂源縣田莊水庫(kù)管理處，山東 沂源 256100）

沂源縣田莊水庫(kù)位于沂河上游，壩址以上流域面積為424 km2，總庫(kù)容1.359 6億m3，興利庫(kù)容 6 840萬m3，是一座以灌溉、防洪、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合性利用為主的大（2）型水庫(kù)。

田莊水庫(kù)灌區(qū)位于沂源縣中部，轄南麻、悅莊、石橋3個(gè)鎮(zhèn)，11萬人，其中農(nóng)業(yè)人口9.4萬人，土地總面積2.53萬hm2，耕地面積1.53萬hm2，灌區(qū)現(xiàn)狀有效灌溉面積7 333 hm2。灌區(qū)于1966年動(dòng)工興建，1974年開灌，經(jīng)過30多年的運(yùn)行，骨干工程已嚴(yán)重老化，工程完好率僅為30%。

灌區(qū)內(nèi)多年平均降水量694.9 mm,年內(nèi)降水分配不均，由于降水時(shí)空分布不均和總量較少，自然降水不能保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要。

1 無負(fù)壓加壓泵站供水問題的提出

田莊水庫(kù)灌區(qū)節(jié)水改造工程位于沂源縣田莊水庫(kù)灌區(qū)范圍內(nèi)。通過對(duì)灌區(qū)老干渠維修、改造，將田莊水庫(kù)水源輸送到悅莊項(xiàng)目區(qū)內(nèi)。該工程在實(shí)施過程中，由于諸多方面的因素，原設(shè)計(jì)方案中的加壓站、蓄水池位置需要改址，向上游前移1 km左右。在原設(shè)計(jì)管道鋪設(shè)方案中，為充分利用地勢(shì)高差、節(jié)省能源，蓄水池位置選在管道內(nèi)供水自由水頭接近零的地點(diǎn)。加壓站位置變更后，原設(shè)計(jì)的自由水頭最小處建水池已不能實(shí)現(xiàn)。經(jīng)計(jì)算，由于新址水池地勢(shì)增高，新址處管道自由水頭尚有10 m的富余。若在此建水池，按傳統(tǒng)蓄水加壓供水方式，管道內(nèi)富余的10 m水頭不能得到充分利用，必將大大浪費(fèi)能源。為充分利用管道自由水頭，加壓供水方式由傳統(tǒng)水池加壓變更為無負(fù)壓加壓泵站供水。

2 無負(fù)壓供水設(shè)備及原理

無負(fù)壓供水設(shè)備是以管網(wǎng)水為水源，充分利用管網(wǎng)原有的壓力，形成密閉的連續(xù)接力增壓供水方式，節(jié)能效果好，沒有水質(zhì)的二次污染，是變頻恒壓供水設(shè)備的發(fā)展與延伸。主要由變頻調(diào)速水泵機(jī)組、穩(wěn)流補(bǔ)償器、真空抑制器、壓力和流量傳感器、預(yù)壓自平衡器、控制柜、過濾器、倒流防止器等組成。

供水原理是：來水首先進(jìn)入調(diào)節(jié)罐，罐內(nèi)的空氣從真空消除器內(nèi)排出，待水充滿后，真空消除器自動(dòng)關(guān)閉。當(dāng)來水能夠滿足用水壓力及水量要求時(shí)，供水設(shè)備通過旁通止回閥向用水管網(wǎng)直接供水；當(dāng)來水管網(wǎng)的壓力不能滿足用水要求時(shí)，系統(tǒng)通過壓力傳感器（或壓力控制器、電接電壓表）給出起泵信號(hào)起動(dòng)水泵運(yùn)行。水泵供水時(shí)，若來水管網(wǎng)的水量大于水泵流量，系統(tǒng)保持正常供水，用水高峰期時(shí)，若來水管網(wǎng)水量小于水泵流量時(shí)，調(diào)節(jié)罐內(nèi)的水作為補(bǔ)充水源仍能正常供水，此時(shí)，空氣由真空消除器進(jìn)入調(diào)節(jié)罐，消除了來水管網(wǎng)的負(fù)壓。用水高峰期過后，系統(tǒng)恢復(fù)正常的狀態(tài)。若來水供水不足或管網(wǎng)停水而導(dǎo)致調(diào)節(jié)罐內(nèi)的水位不斷下降，液位控制器給出水泵停機(jī)信號(hào)以保護(hù)水泵機(jī)組。整個(gè)過程都是在全密閉狀態(tài)下運(yùn)行，且由變頻控制系統(tǒng)控制，無需人工手動(dòng)調(diào)整，以保證供水安全、純凈。

3 無負(fù)壓供水技術(shù)特點(diǎn)

無負(fù)壓管網(wǎng)疊壓供水設(shè)備直接串接在供水管道上，采用穩(wěn)流補(bǔ)償器和真空補(bǔ)償系統(tǒng)，微電腦控制，自動(dòng)調(diào)節(jié)，使管道無負(fù)壓（無吸程）。該套設(shè)備節(jié)能效果明顯，優(yōu)點(diǎn)顯著。

1）高效節(jié)能。因采用微機(jī)控制變頻新技術(shù)，能夠充分利用管網(wǎng)已有的水壓，設(shè)備的電機(jī)泵在變速運(yùn)轉(zhuǎn)的模式下工作，只對(duì)進(jìn)水壓力與所需壓力的差額進(jìn)行補(bǔ)壓，根據(jù)用水流量、壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)，滿足用水的要求，節(jié)能效果極其顯著，與傳統(tǒng)水池加壓產(chǎn)品相比，節(jié)電達(dá)50%～90%以上。2）不發(fā)生二次污染。因直接串聯(lián)于管道中，無需設(shè)置地面儲(chǔ)水箱，因而可確保水源的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，供水質(zhì)量好，不發(fā)生二次污染。3）自動(dòng)化程度高：該設(shè)備完全模擬人腦智能技術(shù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制，無需專人值守。4）壽命長(zhǎng)，無故障。無負(fù)壓管網(wǎng)疊壓供水設(shè)備采用變頻技術(shù)對(duì)泵組實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)運(yùn)行，無大電流沖擊，與傳統(tǒng)的技術(shù)相比，設(shè)備壽命延長(zhǎng)1倍以上，故障率幾乎為零。5）保護(hù)功能齊全。該設(shè)備具有過壓，過流、過載、水源無水等多種保護(hù)功能。6）無水停機(jī)。當(dāng)管道無水時(shí)，設(shè)備會(huì)自動(dòng)停機(jī)，來水時(shí)自動(dòng)開機(jī)，既保護(hù)了電機(jī)泵，又節(jié)省了能源。

4 無負(fù)壓供水技術(shù)的應(yīng)用

田莊水庫(kù)灌區(qū)節(jié)水改造工程是從田莊水庫(kù)北放水洞至沂源縣城瑞陽大道北干渠交匯處 (干渠樁號(hào)12+896)，其間鋪設(shè) Φ1 000PE 管 5 070 m；Φ1 200混凝土管道4 925 m；頂管470 m，維修北干渠瑞陽大道交匯處(12+896)至苗山后(20+583)之間7.687 km渠道；建1座加壓站、管理房，ZWG4500-38-160/5疊壓式加壓供水設(shè)備1套；新建閘閥室14座，控制量測(cè)設(shè)備14套。工程設(shè)計(jì)日供水量10.45萬m3，為下游3 340 hm2經(jīng)濟(jì)作物灌溉提供水源。工程設(shè)計(jì)供水流量為4 500 m3/h，需要加壓水泵揚(yáng)程為40 m，管網(wǎng)來水壓力為0.1 MPa，進(jìn)出口鋪設(shè)Φ1 000PE管道。

根據(jù)以上參數(shù)要求，傳統(tǒng)水池供水方式采用5臺(tái)型號(hào)為IS型單級(jí)臥式離心泵（4用1備）。單臺(tái)水泵額定流量1 600 m3/h，額定揚(yáng)程50 m，額定功率280 kW。而無負(fù)壓供水設(shè)備采用ZWG4500-38-160/5型直接式管網(wǎng)疊壓供水設(shè)備。采用5臺(tái)型號(hào)為KQW350-400B-160/4的單級(jí)臥式離心泵（4用1備）。單臺(tái)水泵額定流量1 050 m3/h，額定揚(yáng)程38 m，額定功率160 kW。

無負(fù)壓設(shè)備具有分時(shí)段、分壓力供水的功能，可根據(jù)當(dāng)?shù)赜秒姼摺⒌凸日{(diào)節(jié)供水。每臺(tái)泵都有獨(dú)立的變頻控制，水泵工況始終與使用工況一致，即每臺(tái)水泵啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都可以根據(jù)蓄水量的變化變頻運(yùn)行在高效區(qū)間。

5 工程效益比較

5.1 工程年費(fèi)用

工程年費(fèi)用主要由年基本折舊費(fèi)和年運(yùn)行費(fèi)構(gòu)成。計(jì)算比較如下：

1）設(shè)計(jì)方案變更前后年基本折舊費(fèi)：包括設(shè)備及管件管材折舊費(fèi)和土建設(shè)施折舊費(fèi)見表1。

表1 原設(shè)計(jì)方案項(xiàng)目費(fèi)用投資表

2）變更后設(shè)計(jì)方案基本折舊費(fèi):其中管材、管件、機(jī)電設(shè)備及土建設(shè)施費(fèi)見表2。

表2 變更方案后項(xiàng)目費(fèi)用投資表

3）年運(yùn)行費(fèi)：年運(yùn)行費(fèi)包括工資及福利費(fèi)、大修費(fèi)和其他費(fèi)用等，設(shè)計(jì)方案變更前后費(fèi)用對(duì)比見表3。

表3 工程年費(fèi)用變更前后對(duì)比表 萬元

由表3可知:原設(shè)計(jì)方案工程年費(fèi)用為578.67萬元，方案變更后工程年費(fèi)用為455.42萬元。

5.2 供水成本費(fèi)用比較

通過計(jì)算分析原設(shè)計(jì)方案供水成本為0.251元/m3。變更設(shè)計(jì)方案后供水成本為0.198元/m3。按照年供水2 304萬m3可比口徑計(jì)算,每年可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)123.25萬元，設(shè)計(jì)方案變更后經(jīng)濟(jì)效益明顯。

總之，無負(fù)壓供水技術(shù)先進(jìn)，節(jié)能效果明顯,僅泵站運(yùn)行費(fèi)用每年可節(jié)約96萬元。同時(shí)該套技術(shù)采用全自動(dòng)控制，節(jié)約人力資源及費(fèi)用，減少管理人員14名，年節(jié)約工資及福利費(fèi)35萬元；管網(wǎng)安全防護(hù)設(shè)施齊全，可有效防止管道的水錘現(xiàn)象。無負(fù)壓供水在長(zhǎng)距離輸水管道中代替常規(guī)加壓泵站項(xiàng)目是一項(xiàng)節(jié)能、降耗、省工的有效措施。