提升灌溉泵站提水效率的措施探討

鄭保林

（寧夏回族自治區紅寺堡揚水管理處，寧夏 中衛 755100）

灌溉泵站是農業供水的重要設施，隨著鄉村振興戰略的實施，灌溉泵站要進一步提高提水效率，以此滿足現代農業生產的要求。紅寺堡揚水工程是寧夏扶貧揚黃工程的重要組成部分，于1998年開工建設，被譽為寧夏中部干旱帶上的“生命工程”。揚水工程為灌區帶來了巨大的經濟、生態、社會效益。但隨著生態人口的不斷增加，灌區耕地面積也逐年增加，同時，灌區種植結構相對單一，主要為玉米和林草，導致灌區在灌溉用水高峰時期容易出現灌水調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，嚴重影響灌區農民的收入水平。因此，如何提高灌溉泵站提水效率成為節約用水、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

隨著灌區人口的增加及現代農業生產發展的要求，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農業生產的必然要求。紅寺堡灌區作物種植結構單一，高溫干旱時田間土壤水分蒸發快，農作物需水量大。提升灌溉泵站提水效率能夠有效提升泵站的供水質量，根據農業生產、人畜飲水等不同要求合理調整泵站供水，以此滿足農業生產用水，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濟效益的重要手段。“雙碳目標”戰略的實施要求灌溉泵站不僅要追求經濟效益，還要突出生態效益。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對接，導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建以客戶需求為準的供水服務模式，同時也在一定程度上增強了用戶的節水意識。例如紅寺堡地區多以旱作農業為主，大部分地區采取漫灌、串灌的用水模式，但是隨著供水量的下降，用戶不得不選擇節能性能的管材或者灌溉技術，無疑促進了用戶的節水意識[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，提升農業生產效率的重要保障措施。雖然紅寺堡揚水工程的建設規模在不斷擴大，但是其灌溉泵站供水效率依然難以滿足農業灌溉用水的要求。筆者結合多年工作實踐，分析得出影響紅寺堡揚水泵站提水效率的因素主要表現為以下三個方面。

2.1 水質條件相對較差，影響泵站提水效率

供水水質條件是影響紅寺堡泵站供水效率的關鍵，如果供水水質條件不高，則會直接影響泵站機電設備的運行效率，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，尤其是灌區用水高峰時期屬于黃河上游雨水多發季節，這樣的情況下黃河水中的泥沙量會顯著升高。而供水水質泥沙含量的增加對泵站的運行效率會產生較大的影響：一方面，供水水質含沙量的升高增加了提水機電設備的故障發生率，會影響泵站提水工作的持續開展。機電設備是泵站提水的主要動力設施，主要通過機械動能將供水水源輸送到供水管道中。如果供水水質含沙量比較高，那么就會增加機電設備在提水的過程中水泵葉輪表面與水體間的摩擦，久而久之必然會導致水泵出現機械故障，從而迫使水泵停止工作，影響水資源的持續供給，給灌區農業灌溉造成巨大損失。例如由于水泵中的黃河水攜帶泥沙進入到主水泵中容易造成機封磨損，引起主水泵軸端漏水，甚至損壞機封迫使泵站停機停水，造成系統供水中斷、灌區灌溉中斷等不良后果。另一方面，泥沙水流會增加水力損失，降低泵站機電設備效率。水中泥沙含量的增加使得水容量增加，這樣在泵站機電設備進行提水操作時，水流中容易產生漩渦，導致泵站機電設備提水的總容量降低，使得水力損失增加，影響提水效率[3]。

2.2 配套供水設施不完善，供水管道設計不合理

構建完善的供水配套設施是提高泵站提水效率的重要舉措。紅寺堡揚水工程灌區面積越來越大，對泵站供水質量要求越來越高，但是通過分析發現紅寺堡的配套供水設施相對不完善，尤其是供水管道設計的不合理問題成為影響泵站提水效率的重要因素。主要體現在以下三個方面：一是紅寺堡泵站供水配套設施不完善，影響供水效率。以進出水池為例，由于紅寺堡泵站地處寧夏，該區域常年少雨。特殊的地理環境及氣候特點使得泵站進水管向垂直水流方向吸水，當水頭發生90°轉彎時，就會導致水流中產生漩渦，造成水泵進氣，使得水位較低時前池末端機組出現取水不足的問題。同時伴隨動力下降產生振動，影響水泵的出水效率。二是供水管道設計不合理，增加水阻，影響提水效率。實踐證明供水管道設計不合理就會增加提水阻力，進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制管道，由于管壁受出水沖刷，管壁內表面出現粗糙麻面，這樣會增大流阻系數，導致水頭損失較為嚴重[4]。三是管道日常維護不到位，導致泵站提水受阻嚴重。由于紅寺堡泵站供水管線比較長，夏、秋季渠內雜物比較多，如果不及時撈出，會堵住水流，抬高渠道水位，降低前池水位，進而影響水泵的正常運行。但是根據實踐調查，紅寺堡泵站在日常管道維護上缺乏對渠內垃圾的清理工作，這也在一定程度上影響了泵站提水效率。

2.3 機電設備運行效率相對較差，信息化控制程度不高

機電設備是泵站提水灌溉的重要工具，機電設備運行效率直接影響泵站的提水效率。紅寺堡泵站機電設備種類繁多，雖然近些年紅寺堡泵站加大了對機電設備的檢修力度，并且對泵站設備進行了升級改造。但是根據調查結果，灌溉泵站機電設備運行效率不高的問題仍然是制約提水效率的重要因素：一是灌溉泵站機電設備老化現象突出，運行效率不高。而泵站機電設備的運行效率與提水效率有著直接關系，由于灌溉泵站機電設備運行環境相對惡劣，在機電設備

運行的過程中如果出現故障，則會直接影響泵站的供水質量。以水泵為例，水泵是灌溉泵站提水的重要設備，由于灌區用水量的增加，而灌溉泵站并未提升水泵功率，導致提水效率不高。其原因主要是灌溉泵站機電設備老化，導致運行功率難以滿足提水效率的要求。二是灌溉泵站機電設備故障發生率比較高，影響泵站供水工作質量。機電設備安全運行是泵站運行的基本保障，但是灌溉泵站機電設備在運行的過程中因管理不到位、零部件老化等問題容易出現各種機械故障。一旦發生機械故障則會直接影響灌溉泵站機電設備的正常運行，從而影響泵站持續供水。三是灌溉泵站機電設備信息化控制水平不高。以渠道直開口為例，紅寺堡揚水工程共有127座直開口，閘門開關是控制直開口的重要設施。雖然紅寺堡揚水工程構建了測控一體化閘門，但是卻存在測控一體化閘門數據與無喉道量水槽配水數據出現偏差的問題，導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，筆者認為紅寺堡泵站應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和泵站基礎設施

基于泵站水質對泵站機電設備運行的影響，灌溉泵站要加強對供水水質的監測，降低泥沙含量過高水質對機電設備的影響：一是要加強水泵機組改造工作，改善取水條件。針對供水水質泥沙含量過高會對機電設備運行帶來諸多影響的問題，泵站要加強對水泵機制的改造升級。例如針對供水水質泥沙含量高的特點，對前池進行擴容，選擇正向取水，這樣可以有效改善水泵取水的條件和進水流狀，減少水流阻力，以此降低水頭損失。二是要改善泵站基礎設施，優化泵站機電設備運行效率。機電設備是提升泵站提水效率的關鍵工具。針對水質泥沙含量較高影響機電設備運行效率的問題，灌溉泵站要結合水質特點選擇相應的機電設備，以此提升泵站機電設備的運行效率，增加提水功率。例如針對紅寺堡水質泥沙含量較高導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械設備，以此降低機電設備的故障發生率，提升機電設備的工作效率[6]。

3.2 完善泵站提水基礎配套設施，合理設計供水管道

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

問題，需要做好以下工作：一是要進一步完善供水基礎配套設施建設。影響泵站提水效率的因素比較多，任何環節出現問題都會直接影響到提水效率。針對進出水池布局不合理導致提水效率不高的問題，泵站要提高進出水池效率。具體措施就是要改進不合理的進出水池的形狀及尺寸，將進出水池的擴散角、延長前池長度改為折線形、曲線形等，以此減少進氣渦流的產生。為了避免水池水力損失的發生，泵站可以在進出水池內增加消旋裝置，通過增加消旋裝置解決進水池流態紊亂的問題，降低水泵故障概率。例如可以在進水池內設置可隨水位變化的消渦裝置，以達到提升提水效率的目的。二是要提高管道系統效率。管道系統效率是泵站裝置揚程與水泵揚程之比，管長、管徑、數量以及安裝質量等因素都與管道效率有著內在關系。因此灌溉泵站要采取有效措施提升管道系統效率，針對紅寺堡灌區面積大、用水量大的特點，泵站要結合具體灌區地形實施相應的管道布局方案。例如在管道鋪設上要盡量減少附件，這樣可以有效減少水流阻力系數，提升水流的運動速度。三是要加強對提水管線的日常維護，及時消除滲水漏水等故障。由于紅寺堡地區地處寧夏，常年少雨。供水管線相對比較長，如果供水渠內存在垃圾則會影響到水流速度，無形中造成水資源浪費。因此灌溉泵站管理人員要加強對提水管線的日常維護工作，尤其是在用水高峰時期要定期清理渠內垃圾，以此減少水流阻力，提升供水效率[7]。

3.3 提高機電設備運行效率和提水系統自動化控制水平

機電設備是提升泵站提水效率的關鍵設施，為了降低機電設備的故障發生率，泵站要采取有效措施提高機電設備運行效率，提升泵站提水系統的自動化水平。可以從以下三個方面入手：一是灌溉泵站要及時更新機電設備，提高動力機的效率。動力機效率是動力機輸出功率與輸入功率之比。泵站動力機的種類比較多，因此泵站需要結合用水量合理配置動力機功率。根據相關統計，電動機負荷率大于或者等于0.7較為經濟，因此泵站需要及時更換不符合提水效率的機電設備。泵站要更換合適的電動機型號，調整電動機的轉速，在不降低傳動功率的前提下使泵站處于高效運行的狀態。二是要加強對機電設備的維修保養，確保泵站安全運行。實踐證明機電設備出現故障后會直接影響提水效率，因此泵站要加強對機電設備的日常檢修維護，尤其是要做好高低壓室、中控室、進出水管道、液控蝶閥、變電所等隱蔽部位的安全監控和隱患排查，確保其安全運行萬無一失[8]。以水泵維護為例，水泵在工作一段時間后，會產生摩擦，增加水泵的內部損失，同時葉輪的光澤度也會降低。因此泵站機電設備管理人員要加強對水泵的維修保養，當水泵填料函中的填料發生損壞后要及時更換，以此提高提水效率。三是要構建自動化控制系統，以提升灌溉泵站的提水工作效率[9]。例如泵站要進一步優化測控一體化的閘門控制系統，提升測量精度，減少管護工作量。

當然除了上述舉措之外，灌溉泵站還要做好提水調度工作，針對不同土質、作物、天氣，科學靈活精準地調配水量。加強水庫、蓄水池的科學調度，利用渠庫聯調和調峰錯峰新機制，優先保證農灌用水。并且大力發展節水技術，轉變用戶灌溉理念，提升灌溉泵站用水效率[10]，助推鄉村振興戰略。

4 結語

綜上所述，提高灌溉泵站提水效率是滿足灌區農業生產、推動農業高質量發展的必然舉措。因此，灌溉泵站要采取有效措施提高提水效率，以此發揮泵站在現代農業生產中的價值。