周玉國

（寧夏回族自治區(qū)固海揚(yáng)水管理處，寧夏 中寧 755100）

固海揚(yáng)水灌區(qū)位于寧夏回族自治區(qū)中部干旱帶的核心區(qū)域，沿清水河兩岸中下游分布，屬于寧夏地區(qū)嚴(yán)重的缺水區(qū)域。當(dāng)?shù)氐乇硭可?，且含鹽量高，地下水埋藏深，灌溉利用價(jià)值較低。因此，寧夏固海揚(yáng)水灌區(qū)所覆蓋區(qū)域的經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展全部依靠固海揚(yáng)水工程梯級(jí)高揚(yáng)遠(yuǎn)送黃河水解決。

梯級(jí)泵站優(yōu)化運(yùn)行調(diào)度是根據(jù)泵站實(shí)際工作條件的變化調(diào)整泵站運(yùn)行方式，使泵站在高效狀態(tài)下運(yùn)行，同時(shí)也是有效提高水資源利用效率和泵站運(yùn)行效率的關(guān)鍵，通過梯級(jí)泵站優(yōu)化運(yùn)行調(diào)度實(shí)現(xiàn)能耗最低、泵站級(jí)間水量平衡、機(jī)組平穩(wěn)匹配安全運(yùn)行目標(biāo)。

1 梯級(jí)泵站優(yōu)化運(yùn)行調(diào)度存在問題

泵站的優(yōu)化運(yùn)行調(diào)度是系統(tǒng)平穩(wěn)高效運(yùn)行、提高灌溉供水持續(xù)適時(shí)的基礎(chǔ)，如果優(yōu)化運(yùn)行調(diào)度不合理，級(jí)間不匹配將出現(xiàn)以下問題：

（1）前池水位高于最高水位，產(chǎn)生棄水降低水資源利用效率，同時(shí)影響渠道安全運(yùn)行。

（2）前池水位低于設(shè)計(jì)水位，水泵運(yùn)行工況偏離高效區(qū)運(yùn)行，單臺(tái)機(jī)組流量減小，運(yùn)行效率降低，能源單耗增大。

（3）前池水位低于最低水位，進(jìn)水口產(chǎn)生漩渦進(jìn)氣使水泵機(jī)組產(chǎn)生氣蝕、振動(dòng)，葉片及泵殼氣蝕穿孔或磨損嚴(yán)重，影響設(shè)備的安全與使用壽命。

（4）渠道來水量扣除水量損失、配水量后與泵站上水量不平衡，將造成級(jí)間機(jī)組不匹配，開停機(jī)補(bǔ)水次數(shù)頻繁，干渠水位不穩(wěn)定、變幅較大。

（5）級(jí)間匹配不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生干渠配水量頻繁調(diào)整，影響農(nóng)田的持續(xù)恒定供水。

2 梯級(jí)泵站優(yōu)化運(yùn)行調(diào)度方案編制

2.1 渠首泉眼山泵站流量、開機(jī)臺(tái)數(shù)的確定

根據(jù)系統(tǒng)各干渠灌溉面積、作物種植結(jié)構(gòu)及灌水定額確定各級(jí)渠道的階段用水量及配水流量，綜合考慮各級(jí)干渠水量損失，確定各級(jí)泵站的取水流量、開機(jī)臺(tái)數(shù)。

式中，Wi表示某一級(jí)干渠總用水量（m3）；Si表示作物種植面積（畝）；Mi表示作物灌水定額（m3/s）；Ti表示供水時(shí)間（s）；Qi表示某一級(jí)泵站上水流量（m3/s）。

2.2 各級(jí)渠道水量損失計(jì)算

渠道水量損失包括水面蒸發(fā)損失、渠床滲漏損失、閘門滲漏及退水。

渠道水量損失一般按照渠道流量值的5%進(jìn)行計(jì)算。

渠床滲漏損失：

式中，σ：每公里渠道輸水損失系數(shù)；A：渠床土壤透水系數(shù)，一般取值為A=3.4；m：渠床土壤透水指數(shù)，一般取值為0.5；Qn：渠道凈流量（m3/s）；Q1：渠道輸水損失（m3/s）；L：渠道長度（km）；β：滲水量折算系數(shù)。

閘門滲漏損失及退水可以通過工程措施和加強(qiáng)用水管理予以限制，不予考慮。

2.3 渠道水量損失實(shí)際測算值

因渠道襯砌、土質(zhì)類別等因素的影響，渠道水量損失的理論值與實(shí)際值有一定的偏差，對(duì)系統(tǒng)的精準(zhǔn)優(yōu)化運(yùn)行調(diào)度有一定的影響，因此采取實(shí)測流量的方法確定渠道水量損失。各干渠渠道水損、利用率實(shí)際測量值如表1所示。

表1 各干渠渠道水損、利用率實(shí)際測量值表

在系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的狀態(tài)下，采用LS68型旋杯式流速儀實(shí)測各級(jí)干渠進(jìn)口流量，扣減渠道配水流量后，綜合分析計(jì)算渠道損失水量，作為編制梯級(jí)泵站優(yōu)化運(yùn)行調(diào)度方案的依據(jù)，同時(shí)也核定了各級(jí)干渠渠道水利用系數(shù)的考核指標(biāo)。

按照首級(jí)泵站3臺(tái)、4臺(tái)、5臺(tái)運(yùn)行狀態(tài)分別測定，綜合考慮3臺(tái)、4臺(tái)、5臺(tái)機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間為23d、40d、107d，以及事故停機(jī)、水質(zhì)影響、天氣變化、同一干渠配水量在不同時(shí)段不同等因素后采用加權(quán)平均計(jì)算確定各干渠損失水量。

2.4 準(zhǔn)確測定分析各泵站機(jī)組單機(jī)上水流量

單機(jī)流量是合理編制單個(gè)泵站優(yōu)化運(yùn)行調(diào)度方案的基礎(chǔ)，通過電磁流量計(jì)或管道測流儀等設(shè)備進(jìn)行測定，準(zhǔn)確掌握單機(jī)單管運(yùn)行、多臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行條件下的單機(jī)流量，一般并聯(lián)運(yùn)行的單機(jī)流量較單機(jī)單管偏小。

2.5 站間運(yùn)行調(diào)度運(yùn)行方案

同一流量、揚(yáng)程的工況下，泵站機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)，機(jī)組型號(hào)有若干種不同的組合，對(duì)應(yīng)的總功率也不同。按照提水流量恒定情況下耗電量最小的原則，優(yōu)化機(jī)組匹配運(yùn)行方案，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行的目標(biāo)任務(wù)。

2.5.1 流量約束

各管道所開機(jī)組的總流量不得小于所需提取的流量：

上一級(jí)泵站上水流量扣除渠道損失、干渠配水后的流量應(yīng)滿足下一級(jí)泵站機(jī)組匹配運(yùn)行的流量：

通過調(diào)整上級(jí)干渠配水流量措施，保證泵站在設(shè)計(jì)運(yùn)行水位下穩(wěn)定運(yùn)行。干渠配水采取輪灌方式，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)Q配來滿足下一級(jí)泵站的匹配運(yùn)行。

2.5.2 水位約束

梯級(jí)泵站提水系統(tǒng)中各泵站之間存在密切的水力關(guān)聯(lián)，泵站流量、揚(yáng)程、進(jìn)水池水位互相影響互相制約。揚(yáng)程與流量成正比關(guān)系，因此控制進(jìn)水水位是保障機(jī)組平穩(wěn)高效降耗運(yùn)行的關(guān)鍵。

2.6 泵站匹配高效穩(wěn)定運(yùn)行措施

渠道有配水流量時(shí)，采用輪灌方式，通過調(diào)節(jié)配水流量保證下游泵站在設(shè)計(jì)水位下穩(wěn)定運(yùn)行。調(diào)節(jié)進(jìn)水池的水位，通過改變揚(yáng)程來改變水泵的工況點(diǎn)，達(dá)到減小或增大流量的調(diào)節(jié)作用。流量調(diào)節(jié)幅度較小時(shí)，通過改變運(yùn)行方式，采用單機(jī)單管或多級(jí)一管并聯(lián)運(yùn)行調(diào)節(jié)流量。設(shè)置機(jī)組中流量值較小的機(jī)組為調(diào)節(jié)機(jī)組，間歇開停運(yùn)行。隨著大型泵站更新改造，對(duì)于安裝變頻機(jī)組的泵站，可直接采取調(diào)整機(jī)組的頻率來調(diào)整流量。

3 固海揚(yáng)水工程水量調(diào)度流程

固海揚(yáng)水管理處設(shè)立調(diào)度中心負(fù)責(zé)全處各大系統(tǒng)機(jī)電設(shè)備及渠道安全運(yùn)行，統(tǒng)一發(fā)布調(diào)度指令。

3.1 開機(jī)上水前的準(zhǔn)備工作

（1）三大系統(tǒng)首級(jí)泵站開機(jī)前3d向水利廳調(diào)度中心提交用水申請(qǐng)，上報(bào)開機(jī)計(jì)劃、上水時(shí)間及運(yùn)行方式。

（2）在開機(jī)前48h與供電部門聯(lián)系各條線路送電及退重合閘，并準(zhǔn)確計(jì)算上報(bào)用電負(fù)荷、帶電時(shí)間。

3.2 開機(jī)流程

（1）開機(jī)前必須將開機(jī)臺(tái)數(shù)、流量、開機(jī)時(shí)間向水利廳調(diào)度中心提出申請(qǐng)，按照批準(zhǔn)的時(shí)間、流量準(zhǔn)時(shí)開機(jī)。

（2）上一級(jí)泵站開機(jī)后，調(diào)度中心下令下一級(jí)泵站安排巡護(hù)員巡渠接水，測水員測水，泵站運(yùn)行人員密切關(guān)注前池水位、清理攔污柵處雜物，做好開機(jī)前的準(zhǔn)備工作。

（3）根據(jù)開機(jī)方案安排泵站調(diào)節(jié)干渠配水。

3.3 停機(jī)或減機(jī)流程

（1）停機(jī)或減機(jī)前，將停機(jī)或減機(jī)時(shí)間、流量上報(bào)水利廳調(diào)度中心，同意后執(zhí)行。

（2）計(jì)算系統(tǒng)減負(fù)荷及時(shí)上報(bào)供電部門。

（3）上一級(jí)泵站停機(jī)或減機(jī)后，下令下一級(jí)泵站注意觀測前池水位，水位下降報(bào)管理處調(diào)度中心并準(zhǔn)備停機(jī)或減機(jī)。

4 梯級(jí)泵站優(yōu)化調(diào)度節(jié)能降耗措施

（1）通過來水量、提水量、配水量、渠道損失水量計(jì)算平衡分析，控制干渠配水流量，保證各級(jí)泵站的前池運(yùn)行水位在設(shè)計(jì)水位以上。

（2）優(yōu)化級(jí)間匹配運(yùn)行方式，力求減少機(jī)組設(shè)備的開停次數(shù)，減少造成不必要的能源損耗和水量損失。

（3）加大設(shè)備的檢修，對(duì)葉輪、泵殼、口環(huán)、密封環(huán)等部件的使用狀況定期檢測，及時(shí)維修。

（4）優(yōu)先選用效率較高的水泵，在允許的條件下盡可能單機(jī)單管運(yùn)行。

（5）加強(qiáng)前池進(jìn)口攔污柵清污工作，減少或避免雜物吸入水泵。

（6）泵站級(jí)間運(yùn)行及干渠配水建立全渠系自動(dòng)化聯(lián)調(diào)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，配水斗口安裝測控一體化閘門，設(shè)定前池水位數(shù)值條件，通過水位適時(shí)自動(dòng)調(diào)整配水量，全程保證設(shè)備始終處于高效運(yùn)行狀態(tài)。

5 結(jié)束語

本文主要對(duì)梯級(jí)泵站優(yōu)化運(yùn)行調(diào)度存在的問題、方案的編制、水量調(diào)度的流程及節(jié)能降耗進(jìn)行了分析，為固海揚(yáng)水工程進(jìn)一步優(yōu)化運(yùn)行調(diào)度提供參考。