周玉國

（寧夏回族自治區(qū)固海揚水管理處，寧夏 中寧 755100）

固海揚水灌區(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，灌溉利用價值較低。因此，寧夏固海揚水灌區(qū)所覆蓋區(qū)域的經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展全部依靠固海揚水工程梯級高揚遠(yuǎn)送黃河水解決。

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

1 梯級泵站優(yōu)化運行調(diào)度存在問題

泵站的優(yōu)化運行調(diào)度是系統(tǒng)平穩(wěn)高效運行、提高灌溉供水持續(xù)適時的基礎(chǔ)，如果優(yōu)化運行調(diào)度不合理，級間不匹配將出現(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，同時影響渠道安全運行。

（2）前池水位低于設(shè)計水位，水泵運行工況偏離高效區(qū)運行，單臺機組流量減小，運行效率降低，能源單耗增大。

（3）前池水位低于最低水位，進水口產(chǎn)生漩渦進氣使水泵機組產(chǎn)生氣蝕、振動，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，將造成級間機組不匹配，開停機補水次數(shù)頻繁，干渠水位不穩(wěn)定、變幅較大。

（5）級間匹配不當(dāng)，會產(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 梯級泵站優(yōu)化運行調(diào)度方案編制

2.1 渠首泉眼山泵站流量、開機臺數(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渠道的階段用水量及配水流量，綜合考慮各級干渠水量損失，確定各級泵站的取水流量、開機臺數(shù)。

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

2.2 各級渠道水量損失計算

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%進行計算。

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用水管理予以限制，不予考慮。

2.3 渠道水量損失實際測算值

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際值有一定的偏差，對系統(tǒng)的精準(zhǔn)優(yōu)化運行調(diào)度有一定的影響，因此采取實測流量的方法確定渠道水量損失。各干渠渠道水損、利用率實際測量值如表1所示。

表1 各干渠渠道水損、利用率實際測量值表

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

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

2.4 準(zhǔn)確測定分析各泵站機組單機上水流量

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

2.5 站間運行調(diào)度運行方案

同一流量、揚程的工況下，泵站機組運行臺數(shù)，機組型號有若干種不同的組合，對應(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)化機組匹配運行方案，實現(xiàn)經(jīng)濟高效運行的目標(biāo)任務(wù)。

2.5.1 流量約束

各管道所開機組的總流量不得小于所需提取的流量：

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

通過調(diào)整上級干渠配水流量措施，保證泵站在設(shè)計運行水位下穩(wěn)定運行。干渠配水采取輪灌方式，實時動態(tài)調(diào)節(jié)Q配來滿足下一級泵站的匹配運行。

2.5.2 水位約束

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

2.6 泵站匹配高效穩(wěn)定運行措施

渠道有配水流量時，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)計水位下穩(wěn)定運行。調(diào)節(jié)進水池的水位，通過改變揚程來改變水泵的工況點，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，通過改變運行方式，采用單機單管或多級一管并聯(lián)運行調(diào)節(jié)流量。設(shè)置機組中流量值較小的機組為調(diào)節(jié)機組，間歇開停運行。隨著大型泵站更新改造，對于安裝變頻機組的泵站，可直接采取調(diào)整機組的頻率來調(diào)整流量。

3 固海揚水工程水量調(diào)度流程

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

3.1 開機上水前的準(zhǔn)備工作

（1）三大系統(tǒng)首級泵站開機前3d向水利廳調(diào)度中心提交用水申請，上報開機計劃、上水時間及運行方式。

（2）在開機前48h與供電部門聯(lián)系各條線路送電及退重合閘，并準(zhǔn)確計算上報用電負(fù)荷、帶電時間。

3.2 開機流程

（1）開機前必須將開機臺數(shù)、流量、開機時間向水利廳調(diào)度中心提出申請，按照批準(zhǔn)的時間、流量準(zhǔn)時開機。

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

（3）根據(jù)開機方案安排泵站調(diào)節(jié)干渠配水。

3.3 停機或減機流程

（1）停機或減機前，將停機或減機時間、流量上報水利廳調(diào)度中心，同意后執(zhí)行。

（2）計算系統(tǒng)減負(fù)荷及時上報供電部門。

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

4 梯級泵站優(yōu)化調(diào)度節(jié)能降耗措施

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

（2）優(yōu)化級間匹配運行方式，力求減少機組設(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單管運行。

（5）加強前池進口攔污柵清污工作，減少或避免雜物吸入水泵。

（6）泵站級間運行及干渠配水建立全渠系自動化聯(lián)調(diào)聯(lián)動系統(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，通過水位適時自動調(diào)整配水量，全程保證設(shè)備始終處于高效運行狀態(tài)。

5 結(jié)束語

本文主要對梯級泵站優(yōu)化運行調(diào)度存在的問題、方案的編制、水量調(diào)度的流程及節(jié)能降耗進行了分析，為固海揚水工程進一步優(yōu)化運行調(diào)度提供參考。