我國機(jī)電排灌事業(yè)的發(fā)展概況

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簡(jiǎn)介： 我國的機(jī)電排灌工程在數(shù)量上已居于世界首位，在工程規(guī)模上也已接近國外先進(jìn)水平，但是，在技術(shù)水平，工程質(zhì)量、工程管理以及經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)等方面與國外先進(jìn)水平相比，還有一定的差距。
關(guān)鍵字：機(jī)電排灌 水資源 計(jì)算機(jī)監(jiān)控

解放以來，隨著我國工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，各類農(nóng)田旱澇保收標(biāo)準(zhǔn)的提高，高塬灌區(qū)的大力發(fā)展，沿江濱湖漬澇地區(qū)的不斷改造，地下水源的開發(fā)和利用，以及多目標(biāo)的大型跨流域調(diào)水工程的規(guī)劃與實(shí)施等等，促使我國機(jī)電提水排灌事業(yè)得到了很大的發(fā)展，排灌設(shè)備容量及排灌效益都有成百倍的增長。從1949年全國機(jī)電排灌動(dòng)力71343kw，受益面積328萬畝，到目前，我國已建成大中小型固定泵站50多萬座，總裝機(jī)容量7000余萬kW，機(jī)電排灌面積近5億畝，泵站的灌溉和排澇面積分別占全國有效灌溉面積和排澇面積的56%與21%。

　　我國大型排灌泵站的建設(shè)始于20世紀(jì)60年代初期。如江江蘇的江都排灌站，湖北的黃山頭、沉湖、南套溝等泵站，安徽的駟馬山泵站，山西省夾馬口電灌站等相繼先后建成。其中江都排灌站是我國建設(shè)最早、規(guī)模最大的綜合利用泵站工程，是由四座大型泵站和十余座節(jié)制閘、船閘組成聯(lián)合運(yùn)行的水利樞紐。江都排灌站共安裝大型軸流泵33臺(tái)，總裝機(jī)容量49800kW，設(shè)計(jì)流量473m3/s，現(xiàn)已成為南水北調(diào)東線工程的起點(diǎn)泵站。這些早期建成的泵站，在抗擊旱澇災(zāi)害保豐收中取得了十分顯著的成效。

　　20世紀(jì)70年代及80年代初期，是我國大型泵站大發(fā)展時(shí)期，大型水泵制造技術(shù)和規(guī)劃水平也有了很大提高。如陜西的東雷抽黃工程（設(shè)計(jì)流量60m3/s，8級(jí)提水，累計(jì)凈揚(yáng)程311m，總裝機(jī)容量12×104kW）；湖北的樊口泵站（裝有4000mm口徑的大型軸流泵4臺(tái)，站設(shè)計(jì)流量214m3/s，總裝機(jī)容量24000kW，排澇受益面積47萬畝，灌溉受益面積20萬畝）；天津的引灤入津調(diào)水工程（采用3級(jí)提水將灤河水送入天津，全線興建大型泵站4座，共裝大型軸流泵27臺(tái)，總裝機(jī)20000kW）；甘肅的景泰二期工程（18級(jí)泵站，累計(jì)凈揚(yáng)程602m，計(jì)劃灌溉面積50萬畝）。另外，還有江蘇的皂河泵站、山西的尊村抽黃工程、湖北的新灘口泵站、寧夏的固海揚(yáng)水工程、山東的引黃濟(jì)青、等，從工程設(shè)計(jì)，施工，安裝到設(shè)備的設(shè)計(jì)制造、通信調(diào)度等方面采用了一些先進(jìn)技術(shù)，安裝了國內(nèi)最大葉輪直徑的軸流泵（江蘇淮安二站，葉輪直徑4.5m，單泵流量60 m3/s，配套功率5000kW）、混流泵（江蘇皂河泵站，葉輪直徑6.0m，平均流量97.5 m3/s，配套功率7000kw）；單機(jī)功率最大的離心泵（陜西東雷抽黃灌溉工程二級(jí)站，最大單機(jī)容量8000kW，單泵揚(yáng)程225m）。同時(shí)在排灌泵站工程和系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度、泵站水錘及防護(hù)的試驗(yàn)、泵站進(jìn)水池的試驗(yàn)、進(jìn)水流道的試驗(yàn)、大型拍門的試驗(yàn)研究等方面取得了很大發(fā)展。如湖南省益陽縣新河電排站及其排澇區(qū)，采用系統(tǒng)工程理論方法，以全系統(tǒng)和全年耗能最少為目標(biāo)，對(duì)排澇區(qū)建立降雨澇水尋優(yōu)分配(非)線性規(guī)劃數(shù)學(xué)模型，對(duì)容泄區(qū)系統(tǒng)建立水位的動(dòng)態(tài)規(guī)劃數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而利用協(xié)調(diào)方程求解一次降雨排澇優(yōu)化調(diào)度控制方案，并采用對(duì)—次降雨排澇預(yù)留期所建立的非線性數(shù)學(xué)模型求解相鄰兩次降雨過程容泄區(qū)最優(yōu)銜接水位的辦法，實(shí)現(xiàn)全年各次降雨過程調(diào)度方案的最優(yōu)銜接，以此獲得全系統(tǒng)全年耗能最少的優(yōu)化調(diào)度方案；如景泰川二期工程、東雷二級(jí)站采用了兩階段關(guān)閉止回閥作為水錘的防護(hù)措施；鐘形進(jìn)水流道、空箱拍門、油壓控制拍門在大型泵站建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。

　　20世紀(jì)80年代以來，江蘇省為解決蘇北里下河地區(qū)、蘇北灌溉總渠、大運(yùn)河的灌溉、航運(yùn)水源和排澇，并結(jié)合南水北調(diào)東線工程興建了一批大型泵站，如泰州高港站（安裝立式軸流泵9臺(tái)，設(shè)計(jì)流量300 m3/s，1999年建成）、淮安三站（位于淮安市南郊蘇北灌溉總渠與京杭大運(yùn)河交匯處，與淮安一、二站一起共同構(gòu)成江水北調(diào)第二級(jí)泵站，建成于1997年6月，安裝可逆式燈泡型貫流泵2臺(tái)套，設(shè)計(jì)總流量66 m3/s）、淮陰站（位于淮陰市清浦區(qū)和平鄉(xiāng)蘇北灌溉總渠與二河之間，為江水北調(diào)的第三級(jí)泵站，建成于1987年9月，安裝立式全調(diào)節(jié)軸流泵4臺(tái)套，設(shè)計(jì)總流量120m3/s）、泗陽一、二站（位于泗陽縣城南中運(yùn)河原古運(yùn)河河床內(nèi)，共同構(gòu)成淮水北調(diào)第一級(jí)站和江水北調(diào)第四級(jí)站，分別建成于1983年和1996年，安裝立式全調(diào)節(jié)可逆式軸流泵共22臺(tái)套，設(shè)計(jì)總流量160 m3/s）、劉老澗站（位于宿豫縣仰化鄉(xiāng)中運(yùn)河上，建成于1996年6月，安裝立式全調(diào)節(jié)可逆式軸流泵4臺(tái)套，設(shè)計(jì)總流量150 m3/s，是江水北調(diào)的第五級(jí)站，淮水北調(diào)的第二級(jí)站）、皂河站（位于宿豫縣皂河鎮(zhèn)北5公里處，建成于1987年3月，安裝葉輪直徑為6.0m的立式全調(diào)節(jié)混流泵2臺(tái)套，設(shè)計(jì)總流量195 m3/s，是江水北調(diào)的第六級(jí)站）、劉山北站（位于邳州市宿羊鄉(xiāng)不牢河北岸，建成于1984年4月，安裝立式軸流泵22臺(tái)套，設(shè)計(jì)總流量50秒立米，為江水北調(diào)的第七級(jí)站）、解臺(tái)站（位于銅山縣大吳鄉(xiāng)不牢河南岸，建成于1984年1月，安裝立式軸流泵22臺(tái)套，設(shè)計(jì)總流量50秒立米，江水北調(diào)的第八級(jí)站）、寶應(yīng)泵站樞紐工程（南水北調(diào)東線工程第一梯級(jí)泵站的組成部分，于2002年12月開工建設(shè)，2005年8月基本完工。泵站設(shè)計(jì)流量200m3/s，安裝葉輪直徑為3.2m的立軸導(dǎo)葉式混流泵4臺(tái)，總裝機(jī)容量13600kW）。另外，為抽引長江水灌溉和抽排太湖地區(qū)澇水，于1998年12月建成了常熟抽水站，該站與節(jié)制閘組成常熟樞紐，共安裝9臺(tái)軸流泵，設(shè)計(jì)總流量180 m3/s。該站為閘站結(jié)合式工程，兩側(cè)為節(jié)制閘，中間為抽水站，采用雙層矩形開敞式流道，可實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)用，抽引長江水灌溉和抽排太湖地區(qū)澇水，并可利用下層流道自流引排水，具有泄洪、排澇、引水等綜合功能。

　　20世紀(jì)90年代以來，廣東珠江三角洲各地區(qū)建設(shè)了一批適應(yīng)當(dāng)?shù)靥攸c(diǎn)的低揚(yáng)程大、中型立式、斜軸式和臥式排水泵站。

　　立式泵站如中山市于2001年建成并投入運(yùn)行的東河泵站和2004年建成的洋關(guān)泵站。東河泵站裝有葉論直徑3.25m的立式軸流泵（3200ZLQ42－2.4型）6臺(tái)，總裝機(jī)容量達(dá)10800kW，泵站設(shè)計(jì)揚(yáng)程2.4m，最大揚(yáng)程2.93m，設(shè)計(jì)總排澇流量273m3/s；洋關(guān)泵站裝有葉輪直徑2.92m的立式全調(diào)式軸流泵（3000ZLQ32.5-2.2型）4臺(tái)；總裝機(jī)容量5000kW，泵站設(shè)計(jì)揚(yáng)程2.24m，最大揚(yáng)程2.84m，最小揚(yáng)程1.39m，設(shè)計(jì)總排澇流量130 m3/s。

　　斜軸式泵站如1997年建成的順德桂畔海泵站，站內(nèi)裝設(shè)葉輪直徑為2.1m的45°斜軸式軸流泵（2500ISKM型）4臺(tái)，單機(jī)設(shè)計(jì)流量17立方米/秒，單機(jī)配套電機(jī)功率630kW，總裝機(jī)容量2520kW，泵站設(shè)計(jì)揚(yáng)程2.69m，平均揚(yáng)程2.23m，最大揚(yáng)程2.88m，總排水流量68m3/s。

　　臥式泵站如2001年建成的順德陳村聯(lián)安泵站，泵站進(jìn)、出水管平面為“S”型，屬堤后式，泵站內(nèi)安裝5臺(tái)1600ZWQ—3.6型臥式軸流泵，單機(jī)設(shè)計(jì)流量8.5 m3/s，配套5臺(tái)T400—24/1730型臥式10kV、400kW同步電動(dòng)機(jī)，總裝機(jī)容量2000kW，泵站綜合利用自動(dòng)化控制、微機(jī)保護(hù)、圖像監(jiān)視和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)等先進(jìn)的自動(dòng)化監(jiān)視和控制手段，大大提高了泵站運(yùn)行管理水平。

　　近年來，由于潛水電泵在密封、絕緣、冷卻和監(jiān)控等技術(shù)有了長足進(jìn)展，同時(shí)還成功地實(shí)現(xiàn)了水泵和出水管道的自動(dòng)耦合，從而使大口徑潛水電泵推廣應(yīng)用速度明顯加快。目前我國不僅生產(chǎn)和安裝了大口徑900mm以下的軸流泵和混流泵，也有了口徑1.4m和1.6m大型潛水電泵的系列產(chǎn)品。由于潛水電泵不怕水淹，又具有快速拆除和安裝等機(jī)動(dòng)性好和節(jié)省工程投資、改善運(yùn)行條件、顯著提高設(shè)備的可靠性和使用壽命的優(yōu)點(diǎn)，特別是大型潛水電泵的問世，為潛水電泵站的技術(shù)推廣打下了良好基礎(chǔ)。

　　經(jīng)過多年的努力，我國在貫流泵結(jié)構(gòu)和裝置性能等方面的研究取得了較大進(jìn)展，初步建立了低揚(yáng)程貫流泵產(chǎn)品系列，為貫流泵的應(yīng)用奠定了良好基礎(chǔ)。目前已建成了一批具有我國特點(diǎn)的貫流泵站，如江蘇太浦河泵站（安裝單機(jī)流量50m3/s，電機(jī)功率1600千瓦的貫流泵6臺(tái)套）、淮安三站（安裝單機(jī)流量33 m3/s，電機(jī)功率2500kW的可逆式燈泡型貫流泵2臺(tái)套）、上海青浦區(qū)東大盈港樞紐工程排水泵站（設(shè)56GZ-2.4-GP型貫流泵6臺(tái)）、無錫市城市防洪運(yùn)東大包圍江尖水利樞紐工程泵站（安裝20 m3/s的豎井式貫流泵機(jī)組3臺(tái)，裝機(jī)總?cè)萘?400KW）、淮河入海水道蘆楊泵站和婦女河泵站（分別安裝3臺(tái)630kW和4臺(tái)560kW的1600GLC-100型圓錐齒輪傳動(dòng)貫流泵）等。

　　另外，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國泵站工程中采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行保護(hù)與監(jiān)控越來越普及，監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)與研究也進(jìn)入了一個(gè)全新的階段。如東深供水改造工程計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)綜合應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)和IP技術(shù)及通信技術(shù)，構(gòu)筑出大型跨流域梯級(jí)調(diào)水工程的分層分布式和開放式的監(jiān)控系統(tǒng)，在系統(tǒng)中首次采用多星形100/1000M冗余以太網(wǎng)技術(shù)和600M多環(huán)綜合通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)成了復(fù)雜、多網(wǎng)、多鏈路的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，該計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)不同的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)了眾多設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集的全面數(shù)字化。在工業(yè)電視系統(tǒng)中，首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行跨網(wǎng)絡(luò)、無矩陣的切換與控制。該計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的成功開發(fā)為在我國泵站實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化提供了十分寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

　　從20世紀(jì)80年代后期起，大型泵站的建設(shè)是鞏固提高，穩(wěn)步發(fā)展階段，泵站建設(shè)管理以外延為主，轉(zhuǎn)向以內(nèi)涵為主。此時(shí)，泵站更新改造也逐漸為人們所重視?！皺C(jī)電排灌站經(jīng)營管理暫行辦法”、《泵站技術(shù)規(guī)范》、《泵站技術(shù)改造通則》、《泵站現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》、《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》、《泵站技術(shù)改造規(guī)程》《泵站技術(shù)管理規(guī)程》、《泵站安全鑒定規(guī)程》、《泵站安裝及驗(yàn)收規(guī)范》等規(guī)程規(guī)范相繼出臺(tái)。這些規(guī)程規(guī)范的實(shí)施，對(duì)保證泵站工程質(zhì)量，節(jié)省工程投資，實(shí)現(xiàn)泵站節(jié)能節(jié)水，提高泵站工程效益起著重要作用。

　　目前正在建設(shè)的南水北調(diào)東線工程集中體現(xiàn)了我國泵站工程技術(shù)的發(fā)展水平，是實(shí)現(xiàn)我國水資源優(yōu)化配置的戰(zhàn)略舉措。規(guī)劃的南水北調(diào)東線工程從江蘇省揚(yáng)州附近的長江干流引水，利用京杭大運(yùn)河以及與其平行的河道輸水，連通洪澤湖、駱馬湖、南四湖、東平湖，并作為調(diào)蓄水庫，經(jīng)泵站逐級(jí)提水進(jìn)入東平湖后，分水兩路，一路向北穿黃河后自流到天津；另一路向東經(jīng)新辟的膠東地區(qū)輸水干線接引黃濟(jì)青渠道，向膠東地區(qū)供水。從長江至東平湖段設(shè)13個(gè)梯級(jí)抽水站，南四湖以南為雙線輸水，共設(shè)泵站樞紐22處，總揚(yáng)程65ｍ。黃河以南輸水干線上設(shè)泵站30處（主干線上13處，分干線上17處），設(shè)計(jì)抽水能力累計(jì)共10200m3/s，裝機(jī)容量101.77萬kW，其中可利用現(xiàn)有泵站7處，設(shè)計(jì)抽水能力1100m3/s，裝機(jī)容量11.05萬kW。東線工程實(shí)施后一方面可基本解決天津市、河北省黑龍港運(yùn)東地區(qū)、山東魯北、魯西南和膠東部分城市的水資源緊缺問題，并具備向北京供水的條件，促進(jìn)環(huán)渤海地帶和黃淮海平原東部經(jīng)濟(jì)發(fā)展，改善因缺水而惡化的環(huán)境。另一方面可為京杭運(yùn)河濟(jì)寧至徐州段的全年通航保證水源，使魯西和蘇北兩個(gè)商品糧基地得到鞏固和發(fā)展。

　　除機(jī)電排灌泵站外，我國從20世紀(jì)50年代開始還建設(shè)了一大批利用天然水能提水的水輪泵站，如湖南省臨澧1966年興建的青山水輪泵站，裝有AT100－8型水輪泵35臺(tái)，設(shè)計(jì)流量15.26m3/s，揚(yáng)水高度50m，灌溉農(nóng)田35萬畝，是我國規(guī)模最大的水輪泵站。

　　至今，我國已擁有大型泵站三百余座，在我國大型泵站比較集中的湖北，江蘇、安徽、湖南、廣東等省份，已初步形成了以大型泵站為骨干的防洪排澇以及跨流域調(diào)水工程體系、以重點(diǎn)中型泵站為主體的流域性調(diào)水、排灌工程體系和以中小型泵站為主導(dǎo)地位的地區(qū)性排澇，灌溉工程網(wǎng)絡(luò)。機(jī)電排灌事業(yè)的發(fā)展，特別是大型泵站的發(fā)展，有力地提高了各地抗御自然災(zāi)害的能力，促進(jìn)了國民經(jīng)濟(jì)快速、穩(wěn)定、健康地發(fā)展。

　　綜上所述，我國的機(jī)電排灌工程在數(shù)量上已居于世界首位，在工程規(guī)模上也已接近國外先進(jìn)水平，但是，在技術(shù)水平，工程質(zhì)量、工程管理以及經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)等方面與國外先進(jìn)水平相比，還有一定的差距。如國外十分重視高效率水泵的研制，重視整個(gè)工程的動(dòng)能經(jīng)濟(jì)問題，重視最大限度的提高設(shè)備利用率和泵站自動(dòng)化水平等等，這些都是值得我們今后進(jìn)一步深入研究和學(xué)習(xí)的。另外，我國幅員遼闊，有著豐富的水能、潮汐能、風(fēng)能和太陽能等自然能源，如何因地制宜地開發(fā)利用這些自然能源的抽水裝置和設(shè)施，以適應(yīng)節(jié)約型社會(huì)建設(shè)的需要也是值得今后努力的一個(gè)方面。