鄭保林

（寧夏回族自治區(qū)紅寺堡揚(yáng)水管理處，寧夏 中衛(wèi) 755100）

灌溉泵站是農(nóng)業(yè)供水的重要設(shè)施，隨著鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實施，灌溉泵站要進(jìn)一步提高提水效率，以此滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的要求。紅寺堡揚(yáng)水工程是寧夏扶貧揚(yáng)黃工程的重要組成部分，于1998年開工建設(shè)，被譽(yù)為寧夏中部干旱帶上的“生命工程”。揚(yáng)水工程為灌區(qū)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會效益。但隨著生態(tài)人口的不斷增加，灌區(qū)耕地面積也逐年增加，同時，灌區(qū)種植結(jié)構(gòu)相對單一，主要為玉米和林草，導(dǎo)致灌區(qū)在灌溉用水高峰時期容易出現(xiàn)灌水調(diào)度緊張甚至泵站供水不足的問題，水資源供需矛盾日益突出，嚴(yán)重影響灌區(qū)農(nóng)民的收入水平。因此，如何提高灌溉泵站提水效率成為節(jié)約用水、解決水資源供需矛盾的重要舉措。

1 提高灌溉泵站提水效率的意義

隨著灌區(qū)人口的增加及現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的要求，提高紅寺堡泵站的提水效率具有重要意義：首先，提升泵站提水效率是滿足紅寺堡灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的必然要求。紅寺堡灌區(qū)作物種植結(jié)構(gòu)單一，高溫干旱時田間土壤水分蒸發(fā)快，農(nóng)作物需水量大。提升灌溉泵站提水效率能夠有效提升泵站的供水質(zhì)量，根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人畜飲水等不同要求合理調(diào)整泵站供水，以此滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水，解決供水不足的問題[1]。其次，提升灌溉泵站提水效率是提升灌溉泵站經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。“雙碳目標(biāo)”戰(zhàn)略的實施要求灌溉泵站不僅要追求經(jīng)濟(jì)效益，還要突出生態(tài)效益。長期以來灌溉泵站一直致力于提升供水效率，但是往往忽視供水量與用戶需求之間的精準(zhǔn)對接，導(dǎo)致泵站供水的整體效益不高。通過提升泵站提水效率可以促使灌溉泵站構(gòu)建以客戶需求為準(zhǔn)的供水服務(wù)模式，同時也在一定程度上增強(qiáng)了用戶的節(jié)水意識。例如紅寺堡地區(qū)多以旱作農(nóng)業(yè)為主，大部分地區(qū)采取漫灌、串灌的用水模式，但是隨著供水量的下降，用戶不得不選擇節(jié)能性能的管材或者灌溉技術(shù)，無疑促進(jìn)了用戶的節(jié)水意識[2]。

2 影響灌溉泵站提水效率的原因

提高灌溉泵站提水效率是解決供需用水矛盾，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的重要保障措施。雖然紅寺堡揚(yáng)水工程的建設(shè)規(guī)模在不斷擴(kuò)大，但是其灌溉泵站供水效率依然難以滿足農(nóng)業(yè)灌溉用水的要求。筆者結(jié)合多年工作實踐，分析得出影響紅寺堡揚(yáng)水泵站提水效率的因素主要表現(xiàn)為以下三個方面。

2.1 水質(zhì)條件相對較差，影響泵站提水效率

供水水質(zhì)條件是影響紅寺堡泵站供水效率的關(guān)鍵，如果供水水質(zhì)條件不高，則會直接影響泵站機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行效率，造成提水效率下降。由于紅寺堡泵站水源為黃河水，含沙量比較多，尤其是灌區(qū)用水高峰時期屬于黃河上游雨水多發(fā)季節(jié)，這樣的情況下黃河水中的泥沙量會顯著升高。而供水水質(zhì)泥沙含量的增加對泵站的運(yùn)行效率會產(chǎn)生較大的影響：一方面，供水水質(zhì)含沙量的升高增加了提水機(jī)電設(shè)備的故障發(fā)生率，會影響泵站提水工作的持續(xù)開展。機(jī)電設(shè)備是泵站提水的主要動力設(shè)施，主要通過機(jī)械動能將供水水源輸送到供水管道中。如果供水水質(zhì)含沙量比較高，那么就會增加機(jī)電設(shè)備在提水的過程中水泵葉輪表面與水體間的摩擦，久而久之必然會導(dǎo)致水泵出現(xiàn)機(jī)械故障，從而迫使水泵停止工作，影響水資源的持續(xù)供給，給灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉造成巨大損失。例如由于水泵中的黃河水?dāng)y帶泥沙進(jìn)入到主水泵中容易造成機(jī)封磨損，引起主水泵軸端漏水，甚至損壞機(jī)封迫使泵站停機(jī)停水，造成系統(tǒng)供水中斷、灌區(qū)灌溉中斷等不良后果。另一方面，泥沙水流會增加水力損失，降低泵站機(jī)電設(shè)備效率。水中泥沙含量的增加使得水容量增加，這樣在泵站機(jī)電設(shè)備進(jìn)行提水操作時，水流中容易產(chǎn)生漩渦，導(dǎo)致泵站機(jī)電設(shè)備提水的總?cè)萘拷档?，使得水力損失增加，影響提水效率[3]。

2.2 配套供水設(shè)施不完善，供水管道設(shè)計不合理

構(gòu)建完善的供水配套設(shè)施是提高泵站提水效率的重要舉措。紅寺堡揚(yáng)水工程灌區(qū)面積越來越大，對泵站供水質(zhì)量要求越來越高，但是通過分析發(fā)現(xiàn)紅寺堡的配套供水設(shè)施相對不完善，尤其是供水管道設(shè)計的不合理問題成為影響泵站提水效率的重要因素。主要體現(xiàn)在以下三個方面：一是紅寺堡泵站供水配套設(shè)施不完善，影響供水效率。以進(jìn)出水池為例，由于紅寺堡泵站地處寧夏，該區(qū)域常年少雨。特殊的地理環(huán)境及氣候特點(diǎn)使得泵站進(jìn)水管向垂直水流方向吸水，當(dāng)水頭發(fā)生90°轉(zhuǎn)彎時，就會導(dǎo)致水流中產(chǎn)生漩渦，造成水泵進(jìn)氣，使得水位較低時前池末端機(jī)組出現(xiàn)取水不足的問題。同時伴隨動力下降產(chǎn)生振動，影響水泵的出水效率。二是供水管道設(shè)計不合理，增加水阻，影響提水效率。實踐證明供水管道設(shè)計不合理就會增加提水阻力，進(jìn)而影響供水的工作效率。例如紅寺堡泵站供水管道多為鋼筋混凝土預(yù)制管道，由于管壁受出水沖刷，管壁內(nèi)表面出現(xiàn)粗糙麻面，這樣會增大流阻系數(shù)，導(dǎo)致水頭損失較為嚴(yán)重[4]。三是管道日常維護(hù)不到位，導(dǎo)致泵站提水受阻嚴(yán)重。由于紅寺堡泵站供水管線比較長，夏、秋季渠內(nèi)雜物比較多，如果不及時撈出，會堵住水流，抬高渠道水位，降低前池水位，進(jìn)而影響水泵的正常運(yùn)行。但是根據(jù)實踐調(diào)查，紅寺堡泵站在日常管道維護(hù)上缺乏對渠內(nèi)垃圾的清理工作，這也在一定程度上影響了泵站提水效率。

2.3 機(jī)電設(shè)備運(yùn)行效率相對較差，信息化控制程度不高

機(jī)電設(shè)備是泵站提水灌溉的重要工具，機(jī)電設(shè)備運(yùn)行效率直接影響泵站的提水效率。紅寺堡泵站機(jī)電設(shè)備種類繁多，雖然近些年紅寺堡泵站加大了對機(jī)電設(shè)備的檢修力度，并且對泵站設(shè)備進(jìn)行了升級改造。但是根據(jù)調(diào)查結(jié)果，灌溉泵站機(jī)電設(shè)備運(yùn)行效率不高的問題仍然是制約提水效率的重要因素：一是灌溉泵站機(jī)電設(shè)備老化現(xiàn)象突出，運(yùn)行效率不高。而泵站機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行效率與提水效率有著直接關(guān)系，由于灌溉泵站機(jī)電設(shè)備運(yùn)行環(huán)境相對惡劣，在機(jī)電設(shè)備

運(yùn)行的過程中如果出現(xiàn)故障，則會直接影響泵站的供水質(zhì)量。以水泵為例，水泵是灌溉泵站提水的重要設(shè)備，由于灌區(qū)用水量的增加，而灌溉泵站并未提升水泵功率，導(dǎo)致提水效率不高。其原因主要是灌溉泵站機(jī)電設(shè)備老化，導(dǎo)致運(yùn)行功率難以滿足提水效率的要求。二是灌溉泵站機(jī)電設(shè)備故障發(fā)生率比較高，影響泵站供水工作質(zhì)量。機(jī)電設(shè)備安全運(yùn)行是泵站運(yùn)行的基本保障，但是灌溉泵站機(jī)電設(shè)備在運(yùn)行的過程中因管理不到位、零部件老化等問題容易出現(xiàn)各種機(jī)械故障。一旦發(fā)生機(jī)械故障則會直接影響灌溉泵站機(jī)電設(shè)備的正常運(yùn)行，從而影響泵站持續(xù)供水。三是灌溉泵站機(jī)電設(shè)備信息化控制水平不高。以渠道直開口為例，紅寺堡揚(yáng)水工程共有127座直開口，閘門開關(guān)是控制直開口的重要設(shè)施。雖然紅寺堡揚(yáng)水工程構(gòu)建了測控一體化閘門，但是卻存在測控一體化閘門數(shù)據(jù)與無喉道量水槽配水?dāng)?shù)據(jù)出現(xiàn)偏差的問題，導(dǎo)致部分直開口因配水流量較小，閘門開度小，容易被渠道雜物堵塞，造成流量不足[5]。

3 提高灌溉泵站提水效率的具體措施

針對影響灌溉泵站提水效率的因素，筆者認(rèn)為紅寺堡泵站應(yīng)該采取以下措施提高提水效率。

3.1 改善灌溉泵站供水水質(zhì)和泵站基礎(chǔ)設(shè)施

基于泵站水質(zhì)對泵站機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的影響，灌溉泵站要加強(qiáng)對供水水質(zhì)的監(jiān)測，降低泥沙含量過高水質(zhì)對機(jī)電設(shè)備的影響：一是要加強(qiáng)水泵機(jī)組改造工作，改善取水條件。針對供水水質(zhì)泥沙含量過高會對機(jī)電設(shè)備運(yùn)行帶來諸多影響的問題，泵站要加強(qiáng)對水泵機(jī)制的改造升級。例如針對供水水質(zhì)泥沙含量高的特點(diǎn)，對前池進(jìn)行擴(kuò)容，選擇正向取水，這樣可以有效改善水泵取水的條件和進(jìn)水流狀，減少水流阻力，以此降低水頭損失。二是要改善泵站基礎(chǔ)設(shè)施，優(yōu)化泵站機(jī)電設(shè)備運(yùn)行效率。機(jī)電設(shè)備是提升泵站提水效率的關(guān)鍵工具。針對水質(zhì)泥沙含量較高影響機(jī)電設(shè)備運(yùn)行效率的問題，灌溉泵站要結(jié)合水質(zhì)特點(diǎn)選擇相應(yīng)的機(jī)電設(shè)備，以此提升泵站機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行效率，增加提水功率。例如針對紅寺堡水質(zhì)泥沙含量較高導(dǎo)致水泵葉輪與水體摩擦較大造成的故障問題，灌溉泵站要選擇功率更大的機(jī)械設(shè)備，以此降低機(jī)電設(shè)備的故障發(fā)生率，提升機(jī)電設(shè)備的工作效率[6]。

3.2 完善泵站提水基礎(chǔ)配套設(shè)施，合理設(shè)計供水管道

供水配套設(shè)施的完善與否與泵站提水效率有著直接的關(guān)系，針對泵站提水管道設(shè)施老舊、不完善的

問題，需要做好以下工作：一是要進(jìn)一步完善供水基礎(chǔ)配套設(shè)施建設(shè)。影響泵站提水效率的因素比較多，任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會直接影響到提水效率。針對進(jìn)出水池布局不合理導(dǎo)致提水效率不高的問題，泵站要提高進(jìn)出水池效率。具體措施就是要改進(jìn)不合理的進(jìn)出水池的形狀及尺寸，將進(jìn)出水池的擴(kuò)散角、延長前池長度改為折線形、曲線形等，以此減少進(jìn)氣渦流的產(chǎn)生。為了避免水池水力損失的發(fā)生，泵站可以在進(jìn)出水池內(nèi)增加消旋裝置，通過增加消旋裝置解決進(jìn)水池流態(tài)紊亂的問題，降低水泵故障概率。例如可以在進(jìn)水池內(nèi)設(shè)置可隨水位變化的消渦裝置，以達(dá)到提升提水效率的目的。二是要提高管道系統(tǒng)效率。管道系統(tǒng)效率是泵站裝置揚(yáng)程與水泵揚(yáng)程之比，管長、管徑、數(shù)量以及安裝質(zhì)量等因素都與管道效率有著內(nèi)在關(guān)系。因此灌溉泵站要采取有效措施提升管道系統(tǒng)效率，針對紅寺堡灌區(qū)面積大、用水量大的特點(diǎn)，泵站要結(jié)合具體灌區(qū)地形實施相應(yīng)的管道布局方案。例如在管道鋪設(shè)上要盡量減少附件，這樣可以有效減少水流阻力系數(shù)，提升水流的運(yùn)動速度。三是要加強(qiáng)對提水管線的日常維護(hù)，及時消除滲水漏水等故障。由于紅寺堡地區(qū)地處寧夏，常年少雨。供水管線相對比較長，如果供水渠內(nèi)存在垃圾則會影響到水流速度，無形中造成水資源浪費(fèi)。因此灌溉泵站管理人員要加強(qiáng)對提水管線的日常維護(hù)工作，尤其是在用水高峰時期要定期清理渠內(nèi)垃圾，以此減少水流阻力，提升供水效率[7]。

3.3 提高機(jī)電設(shè)備運(yùn)行效率和提水系統(tǒng)自動化控制水平

機(jī)電設(shè)備是提升泵站提水效率的關(guān)鍵設(shè)施，為了降低機(jī)電設(shè)備的故障發(fā)生率，泵站要采取有效措施提高機(jī)電設(shè)備運(yùn)行效率，提升泵站提水系統(tǒng)的自動化水平。可以從以下三個方面入手：一是灌溉泵站要及時更新機(jī)電設(shè)備，提高動力機(jī)的效率。動力機(jī)效率是動力機(jī)輸出功率與輸入功率之比。泵站動力機(jī)的種類比較多，因此泵站需要結(jié)合用水量合理配置動力機(jī)功率。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，電動機(jī)負(fù)荷率大于或者等于0.7較為經(jīng)濟(jì)，因此泵站需要及時更換不符合提水效率的機(jī)電設(shè)備。泵站要更換合適的電動機(jī)型號，調(diào)整電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，在不降低傳動功率的前提下使泵站處于高效運(yùn)行的狀態(tài)。二是要加強(qiáng)對機(jī)電設(shè)備的維修保養(yǎng)，確保泵站安全運(yùn)行。實踐證明機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)故障后會直接影響提水效率，因此泵站要加強(qiáng)對機(jī)電設(shè)備的日常檢修維護(hù)，尤其是要做好高低壓室、中控室、進(jìn)出水管道、液控蝶閥、變電所等隱蔽部位的安全監(jiān)控和隱患排查，確保其安全運(yùn)行萬無一失[8]。以水泵維護(hù)為例，水泵在工作一段時間后，會產(chǎn)生摩擦，增加水泵的內(nèi)部損失，同時葉輪的光澤度也會降低。因此泵站機(jī)電設(shè)備管理人員要加強(qiáng)對水泵的維修保養(yǎng)，當(dāng)水泵填料函中的填料發(fā)生損壞后要及時更換，以此提高提水效率。三是要構(gòu)建自動化控制系統(tǒng)，以提升灌溉泵站的提水工作效率[9]。例如泵站要進(jìn)一步優(yōu)化測控一體化的閘門控制系統(tǒng)，提升測量精度，減少管護(hù)工作量。

當(dāng)然除了上述舉措之外，灌溉泵站還要做好提水調(diào)度工作，針對不同土質(zhì)、作物、天氣，科學(xué)靈活精準(zhǔn)地調(diào)配水量。加強(qiáng)水庫、蓄水池的科學(xué)調(diào)度，利用渠庫聯(lián)調(diào)和調(diào)峰錯峰新機(jī)制，優(yōu)先保證農(nóng)灌用水。并且大力發(fā)展節(jié)水技術(shù)，轉(zhuǎn)變用戶灌溉理念，提升灌溉泵站用水效率[10]，助推鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略。

4 結(jié)語

綜上所述，提高灌溉泵站提水效率是滿足灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、推動農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的必然舉措。因此，灌溉泵站要采取有效措施提高提水效率，以此發(fā)揮泵站在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的價值。