国外泵站摘要

摘要：随着世界经济的高速发展，水资源的战略地位愈来愈重要，水资源的高效利用和有效管理越来越得到世界各国政府的高度重视。以“水—可持续发展的关键”为主题的国际淡水会议于2002年12月3日在德国波恩拉开序幕。世界各国先后出台了水资源调度及综合利用、水土保持、按用途优化用水及海水淡化等方针政策，并以此来解决日益严重的水危机问题。随着世界经济的高速发展，水资源的战略地位愈来愈重要，水资源的高效利用和有效管理越来越得到世界各国政府的高度重视。以“水—可持续发展的关键”为主题的国际淡水会议于2002年12月3日在德国波恩拉开序幕。世界各国先后出台了水资源调度及综合利用、水土保持、按用途优化用水及海水淡化等方针政策，并以此来解决日益严重的水危机问题。泵站——水的唯一人工动力来源，作为重要的工程措施，它在水资源的合理调度和管理中起着不可替代的作用。同时，泵站在防洪、排涝和抗旱减灾，以及工农业用水和城乡居民生活供水等方面发挥着重要作用。另外，泵站为耗能大户，节能和节水问题一样重要。因此，泵站的经济运行和优化管理就显得尤为重要。1国外泵站工程的发展状况泵站是解决洪涝灾害、干旱缺水、水环境恶化当今三大水资源问题的有效工程措施之一。它们承担着区域性的防洪、除涝、灌溉、调水和供水的重任，主要用于农田排灌、城市给排水以及跨流域调水等。泵站与其它水利建筑物不同，它无需修建挡水和引水建筑物，对资源和环境无影响，受水源、地形、地质等条件的影响较小，且具有投资省、成本低、工期短、见效快、灵活机动等优点。但是，泵站运行要耗能，设备维护和更新费用高。尽管如此，许多国家还是把泵站工程建设列为优先考虑的重点。尤其是荷兰、日本、原苏联和美国等国家，他们的发展速度较快，技术更先进，管理更完善，有许多东西值得我们借鉴和学习。1.1荷兰泵站工程发展状况荷兰是一个地势低洼的国家，约有四分之一的国土面积低于海平面，历史上即以筑堤、排水、围海造田而著称，再加上部分地区开垦沼泽地等，其排水问题十分突出。为了解决这些矛盾，荷兰政府兴建了众多的大型排水泵站，迄今已从围海造田中增加土地面积约60万公顷。荷兰排水泵站的特点是扬程低、流量大。如1973年兴建的爱茅顿排水泵站，最大扬程仅2.3m，单机流量37.5m3/s，总排水能力150m3/s，并有可能在将来扩大至350～400m3/s。荷兰目前已建成的大型泵站有600多座，安装口径1.2m以上的大型水泵机组2400多台（荷兰泵的转速高，其口径1.2m相当于我国口径1.8m以上的大泵），其泵站的数量和大泵的台数都是我国泵站数量的三倍以上。在水泵设计及装置配套方面，荷兰有世界著名的水力机械专家，可对水泵装置进行性能测试、水锤计算、模型试验等；在机械方面，可进行振动计算和测量、性能和噪音的监测等。他们还广泛利用计算机，从计算机辅助选型（CAS）、计算机辅助设计（CAD）到计算机辅助制造（CAM）；从水力、结构优化设计到叶片、导叶加工的严格控制，全程使用计算机，使产品在高度先进的设计和工艺基础上制造出来。荷兰比较注重科研的投入，科研力量很强，研究机构齐全，设施非常完善，对水泵及其进、出水流道均有比较系统的研究。完美的设计和制造，提高了机组的性能指标，增加了泵站运行的安全性和稳定性。1.2日本泵站工程发展状况日本是一个岛国，国土面积大部分为山地、丘陵，人均拥有的耕地面积较少。为获得土地面积，日本采用了大规模拦海造地的方法，同时兴建了一批排水泵站，以解决易涝地区的排渍问题。日本灌排事业的形成与发展，始终与水稻种植的历史相关。大约公元前3世纪前后，以容易灌溉的地区为中心开始了水稻的种植。修建了许多简易的水渠和小型池塘。后来，农业生产力水平逐渐提高，农田灌溉设施逐步向全国发展。19世纪前后，围绕大河流域的水田开发取得进展，初步形成现在日本水田面积300万hm2的规模。1868年明治维新后，近代科学技术和日本传统的水田农业技术结合，日本的灌溉排水设施得到广泛建设，不断发展提高。1970年前后，日本大米过剩，政府开始推行调整农业产业结构的政策，灌溉排水设施的建设从原来以水田为中心转入以旱地为中心。进入1990年后，随着灌溉排水设施以新建改良为主的制度逐步完善，以大河下游沼泽为中心，积极推行了旨在提高生产率的排水设施建设。目前，日本由国家投资兴建的水库、水渠、水闸、泵站等骨干水利设施共1443项，灌排水渠总长17810km。全国共有7400个土地改良区，控制面积340万hm2。现在的日本灌排事业，已远远超过了因种植水稻而必须具备的功能。所到之处，灌溉排水设施与自然密切共存，相依相伴。它们在贮存地下水、防洪、防污治污、国土治理的生态环境中，发挥着极为重要的作用，维护和创造了日本优美的农村景观和人文文化。在该国众多的大型泵站中，新川河口和三乡排水站是较有代表性的。新川河口排水站共装有6台直径为4.2m的贯流式水泵，扬程2.6m，单台泵流量40m3/s，排水受益面积30万亩。三乡排水站装有直径为4.6m的混流泵，单台泵流量50m3/s，设计扬程6.3m。1.3原苏联泵站工程发展状况原苏联年降水量约90430亿m3，形成河川径流量40430亿m3，人均年径流量27820m3。另外，还有境外的年入境流量2270亿m3，地下水资源量7875亿m3/年。原苏联的水资源开发程度较高，水工建设水平堪称世界一流。原苏联大型泵站的建设，除了应用于平原地区的农业排灌外，主要用于扬程较高的运河供水以及跨流域调水等。如已建成的莫斯科运河上的梯级泵站，以及从北方河流调水200～250亿m3水量输送到伏尔加河流域的北水南调工程。原苏联大型水泵（轴流泵）具有转速高、扬程高、流量大等特点，其技术性能指标水平比较先进，但水泵结构型式比较单一，其传动方式一般采用与电动机直联，故电动机体积大而笨重，泵站投资相应增加。1.4美国泵站工程发展状况以美国西部的灌排事业发展为例。1902年，美国会通过《灌溉法案》，拉开了西部17个州水利建设的序幕。20世纪30年代初遭遇经济大萧条后，总统富兰克林?罗斯福提出“新政”，把以水利设施为主的公共工程建设作为刺激经济的重要手段之一。大批水力发电、防洪、灌溉、调水等综合性工程纷纷上马，全国水利建设达到空前高潮。经过近一百年的努力，已建成并管理345座水库、254座大坝、267座泵站、21.6万km渠道、2300km输水干管、950km隧洞和58座水电站，这些水资源开发利用的骨干工程的建设和建成，为西部的社会和经济发展奠定了坚实的基础，解决了3100万人的用水问题，为西部1000万英亩农田提供了灌溉水，这些农田生产的蔬菜目前在全美蔬菜总产量中占到60%。美国拥有世界上流量和扬程最大的泵站—埃德蒙斯顿泵站。它位于美国加州中部圣华金河谷地区的贝克斯菲尔德市南郊，是全长864公里加州北水南调工程干渠上22座大型泵站之一（将水从加州北部干渠越过Tehachapi山脉输送到加州南部）。埃德蒙斯顿泵站装有14台泵，每台泵的流量为9m3/s，需提供的静扬程为587m（不包括管路损失），效率为92.2%，转速是600r/m（与电动机同），配套电动机功率为8万马力（近6万kW）。泵站总流量为125m3/s，配套总功率112万马力，年耗电量约60亿kW?h。水泵为立轴4级串联，高9.45m，转轮直径4.88m，重220吨。水泵与电动机直联，机组总高近20m，重420吨。该工程于1951年5月提出方案论证，1965年5月最终确定方案，1971年9月正式提出实施1984年完成最后3台机组的安装，工程总投资约1.75亿美元。2国外泵站的运行、管理及自动化国外泵站在运行、管理方面自动化程度高，监控系统完善。这样，既提高了泵站运行的安全性、可靠性和经济性，又节约了人力资源，为工程的维护提供了可靠依据。其中，泵站在运行、管理方面自动化程度高的有美国、日本、英国、荷兰和前苏联等。2.1美国西部泵站的运行、管理及自动化美国西部调水工程的建设和管理经验表明，对系统实行集中统一调度具有许多优越性。（l）加州的调水工程由水资源部统一管理运行，并于1964～1974年安装了控制系统，包括计算机、通信和电子设备。该系统可对17座泵站和电厂，71座节制闸的198个闸门和其他各种设备、设施实行计算机通信、监控、检测和调度。为便于工程的控制和运用，除在萨克拉门托市设置中央控制室外，还在奥洛维尔、三角洲、圣路易斯、圣华金和南加州等5个区域设置分控制中心。中央控制室负责所有工程的管理和协调，同时也兼作其各分控制中心的备用。整个控制系统的投资为1350万美元，其中中央控制系统为260万美元。中央控制系统主要由计算机系统、CRT系统、调度控制台、模拟屏、打印系统和通信系统组成。其中，模拟屏高3m，长16m，带有警铃装置。一旦出现事故或非常情况，警铃会自动报警。（2）中央亚利桑那工程，其集中控制系统称程序可控的主监控系统。控制系统包括主控制站（该站配有2台高级计算机和用于联机控制及新程序开发的软件）、遥控终端单元（该单元设在泵站、控制建筑物和分水口等地方）、通信系统、遥控终端屏蔽室、备用电源、闸门控制和传感器、泵站控制器等。调水工程管理不仅是调配水量，而且还对区域内总的水资源（包括地下水、地表水及外来水等）实行统一管理。比如对地下水的抽取，一般规定超采量不准超过可开采量的10％，否则要及时地进行人工回灌，这些均要纳入供水计划。2.2日本水管理和泵站工程自动化日本水管理几乎全部实现了自动化。工程设施和自动化设备均有明确的使用期限，一般规定10～20年更新一次。所以，六七十年代兴建的水利工程和安装的设备，现已完成改造、扩建和安装新的计算机系统。监控系统大都采用集中管理的分层分布式结构，即在一个水系上设有中央管理站，采用计算机和遥测、遥控装置对各种泵站、水工建筑物、渠道等进行集中监控，以达到水资源综合利用的目的。各分站和中央管理站之间采用无线电进行联系，也有采用国家专用电话线进行联系的，七八十年代新装的设备大多采用微波通信。水管理系统的监控设备随着CRT的高密度化，辅助存贮器的小型化、大容量化以及微型计算机的普及和个性化等，大大地提高了工程的自动化水平。大型泵站由于设备比较集中，易于实现自动化。例如，新川河口排水站装有6台贯流式轴流泵，扬程2.6m，单台泵流量40m3/s，该站的水泵及其他设备均由中央控制室远距离操作。为保证新川河口的水位稳定在设计范围内，采用自动调节水泵叶片安装角和自动选择运转台数的控制机构，并根据内外水位差的变化，可发出开启自动排水闸的信号。该站的其他辅助设备和自动清污装置，也均由中央控制室操作。2.3欧洲泵站工程自动化（1）罗马尼亚提水灌区的自动化。1971～1978年英国乔治?温比（GeorgeWimpy）公司为罗马尼亚奥尔特?卡尔马齐提水灌区设计了用计算机控制的自动化系统。该灌区是欧洲最大的自动化灌区，它自多瑙河提水，一级泵站采用浮动式泵房，安装5台立式轴流泵，提水36m3/s；二级泵站和三级泵站安装若干台立式离心泵，然后通过34个小型加压泵站，送入田间喷灌系统，灌溉47万hm2农田。（2）荷兰、奥地利、法国泵站的自动化。在欧洲，泵站自动化程度较高。荷兰、奥地利的一些泵站，基本上都实现了全自动监控。荷兰泵站采用的自动化仪表多为智能型，这种仪表很先进，如功率表、水位表、水位计等，它本身能长期进行自动记录，一般数据不存档。3国外泵站工程的管理体制和经费来源和其他水利工程一样，“有法可依、有法必依”是泵站工程稳定发展的基础和保证，充足的经费是泵站保证正常持续运转、实行有效管理的动力源泉。不同制度下的国家对泵站工程投资、管理的方法不同，其中管理、投资体制比较完善的国家有日本、荷兰和美国等。3.1日本泵站工程的管理体制和经费来源（1）灌排设施建设的申请立项日本通过泵站工程和灌排设施的建设，达到土地改良的目的。在土地改良地区范围内，需由国家或县（都、道、府）出资新建的项目，应由15名以上的农户提出申请，由有资格参加事业的农户同意并负担费用。改建项目可通过全体大会决议后申请。（2）工程建设的管理新建灌溉排水设施