我國灌溉排水泵站的發展與展望
2016-12-02
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核心提示:我國灌溉排水泵站的發展與展望
1.我國灌溉排水泵站的發展
1.1 發展歷程
我國灌溉排水泵站的發展,概括起來大致經歷了以下六個階段:
(1)起步階段
新中國建立初期的三年國民經濟恢復期和第一個五年計劃(1953~1957年)時期為灌溉排水泵站發展的起步階段。該階段的工作重點是推廣改良人力、畜力水車。其中,東部經濟基礎較好的部分省、市通過學習借鑒原蘇聯經驗,在國內率先建成了一批中小型泵站。這些泵站大多帶有試點性質,所配套的動力多采用鍋駝機、煤汽機或柴油機,采用電動機作動力的只占總數的1/6~1/5。到本階段末,全國機電灌溉排水工程動力保有量達到40萬kW。
(2)穩步發展階段
第二個五年計劃(1958~1962年)和隨之而來的三年國民經濟調整時期為灌溉排水泵站的穩步發展階段。該階段人民公社化、農村集體經濟的迅猛發展和農機工業的興起,為灌溉排水泵站的快速發展提供了有利條件。該階段不但在全國范圍內興建了一大批中、小型機電灌溉排水泵站,而且在1963年我國建成第一座大型灌溉排水泵站——江都一站后,長江中下游的江蘇、湖北、湖南和黃河上中游的山西、陜西等省陸續興建了一批大型泵站;在福建、湖南、四川等水力
資源豐富的地區興建了一批我國特有的水輪泵站,引起了國際同行的廣泛關注。到該階段末,全國灌溉排水泵站動力保有量約200多萬kW,技術落后、使用不便的鍋駝機、煤汽機逐步從泵站中淘汰,代表先進技術的電力灌溉排水泵站逐步發展到占總保有量的一半左右,但是,由于設計、施工不規范,資金、設備、技術支持得不到保障,給以后的管理工作帶來了很多麻煩。
(3)快速發展階段
十年文化大革命(1966~1976年)以及隨后的兩年為灌溉排水泵站的快速發展階段。該階段在“農業上綱要”等口號的號召下,全國興起了大修水利的熱潮,一大批大中型灌溉排水泵站相繼建成并投入使用。到該階段末,全國灌溉排水泵站數量達41萬處,動力保有量達1500萬 kW,其中電力灌溉排水泵站約占80%左右。這一階段的特點是泵站工程建設速度快、規模大,但是,這些工程因為設備選型不配套、施工質量不可靠,建設之初就形成了“先天不足”,重建輕管又引起“后天失調”,導致工程整體效益長期得不到有效發揮。
(4)調整整頓階段
黨的十一屆三中全會(1978年末)以后到20世紀90年代初為灌溉排水泵站的調整整頓階段。在這一階段,由于受農村實行的家庭聯產承包責任制改革的影響,我國的泵站工程建設速度有所放緩。工作重點也作了相應的調整。在該階段,除了新建少數重點大中型泵站工程外,工作重點以抓管理和技術改造為主。到該階段末,全國灌溉排水泵站總數約46萬座,動力保有量約2000萬kW。
(5)管理體制改革及更新改造起步階段
20世紀90年代中期至2008年為灌溉排水泵站的管理體制改革及更新改造起步階段。在這一階段的初期,由于投資力度小,我國的泵站工程建設基本處于停滯狀態,各地只能開展以簡單修復為手段、以能維持泵站開機運行為最低要求的技術改造工作。由于改造速度跟不上老化速度,泵站老化問題日益嚴重,直到1998年我國遭遇特大洪水和嚴重干旱,導致重大災害損失后,泵站問題得到了中央及各級地方政府的高度重視,各地普遍加快了泵站改造和建設速度。2000年水利部發布了《泵站技術管理規程》(SL 255-2000),2002年國務院發布了關于《水利工程管理體制改革實施意見》(國辦發[2002]45號文),拉開了包括灌溉排水泵站在內的水利工程管理體制改革的序幕,促進了泵站管理水平的提高。2005年中央1號文件首次提出“更新改造老化機電設備,完善灌溉排水體系”,2006年中央啟動了中部湖北、湖南、江西和安徽等省的大型排澇泵站更新改造工作,帶動了各地泵站的建設和改造工作,使泵站管理朝著良性運行的方向邁進。
(6)灌溉排水泵站更新改造及規范管理階段
2009年至現在乃至今后一段時期為灌溉排水泵站更新改造及規范管理階段。在本階段,制修訂發布了《泵站更新改造技術規范》(GB/T 50510-2009)、《泵站技術管理規程》(GB/T 30948-2014)等10項國家及行業標準,各級政府及管理部門泵站高度重視泵站運行管理工作,泵站運行管理及維修養護經費逐步得到落實,有效地規范和提高了泵站工程建設與運行管理水平。為貫徹落實2011年中央1號關于“實施大中型灌溉排水泵站更新改造,加強重點澇區治理,完善灌溉排水體系”的精神,在中部四省大型排澇泵站更新改造項目投資已基本下達完畢的基礎上,啟動實施了全國大型灌溉排水泵站更新更新改造工作,在全國大中型灌區節水改造、小農水重點縣建設、高效節水灌溉示范縣建設等項目中,也安排了部分資金用于中小型灌溉排水泵站建設及更新改造,極大地促進了各地灌溉排水泵站的建設和改造工作,使我國灌溉排水泵站事業朝著現代化的方向發展。
1.2 建設規模與成就
(1)建設規模
我國泵站建設的特點是發展速度快、類型多、規模大、范圍廣,已建成的大面積排灌泵站地區有長江三角洲、洞庭湖地區、江漢平原、珠江三角洲及西北的高原灌區等。我國中型泵站的建設起步于20世紀50年代中期,而大型泵站的建設則始于20世紀60年代初期。為了適應跨流域調水和大范圍內排洪除澇的需要,我國于1961年開始在江蘇興建我國第一座大型泵站—江都一站,之后的50多年中,特別在20世紀70~80年代期間,江蘇、湖北、湖南、廣東、安徽、山東、山西、甘肅、陜西、寧夏、河北、遼寧等省市相繼興建了一大批大中型泵站。據最新的全國水利發展統計公報統計,目前我國已建成固定機電灌溉排水泵站約43.5萬處,裝機功率約2700多萬kW,其中,各類裝機流量1 立方米每秒或裝機功率50 千瓦以上的泵站90000多處,裝機功率約1600多萬千瓦。據全國大型灌溉排水泵站更新改造資料統計,大型灌溉排水泵站450處,裝機功率560多萬kW;中型泵站約3500座,裝機功率580多萬kW。
機電排灌事業的發展,特別是大中型泵站的發展,已經成為我國灌溉排水網絡的骨干和支柱工程。目前全國機電灌溉排水面積約6.40億畝,有力地提高了各地抗御自然災害的能力,對保證農業穩產高產和國家糧食安全起到了關鍵性的作用,同時也對城鄉防洪排澇以及城市供水、工礦企業、交通航運、發電等國民經濟各部門的發展起著舉足輕重的作用,為我國農業發展乃至國民經濟持續、健康發展提供了強有力的支撐。
(2)輝煌成就
我國在灌溉排水泵站工程的建設、發展歷程中,不斷創新,創造了許多令人矚目的成就和輝煌。如:集灌溉、排澇、調水等多種功能于一體的大型泵站群樞紐工程——江蘇省江都泵站,共有泵站4座,裝機33臺5.58萬kW,最大抽水能力508m3/s,江都四站還榮獲國家水利工程設計金獎;國內裝機功率最大的多梯級灌溉泵站——甘肅省景泰川電力提灌工程,共有43座泵站,裝機307臺27.02萬kW,總揚程713米,一級站(2座)提水能力33m3/s;亞洲裝機功率最大的排澇泵站——江蘇省臨洪東站,裝機12臺3.6萬 kW,排澇能力360 m3/s;亞洲裝機功率最大的灌溉泵站——陜西省東雷抽黃二期灌溉工程北干二級站,裝機14臺4.26萬kW,提水能力40m3/s;揚程最高、單機功率最大的離心泵站——陜西省東雷抽黃灌溉工程二級站,單級揚程225m,單機功率8000kW,單機流量2.25m3/s;單機功率亞洲第一的軸流泵站——湖北省樊口泵站,水泵轉輪直徑4.0m,單機功率6000 kW,單機設計流量53.5m3/s;轉輪直徑亞洲最大的軸流泵站——江蘇省淮安二站,水泵轉輪直徑4.5m,單機功率5000 kW,單機設計流量60 m3/s;安裝亞洲最大口徑水泵的混流泵站——江蘇省皂河泵站,水泵口徑6.0m,單機功率7000kW,單機設計流量97.5 m3/s;國內最大的斜式軸流泵站——浙江省鹽官泵站,裝機4臺,裝機功率8000kW,設計流量200 m3/s;全國最大的貫流泵站——江蘇省淮安三站,裝機2臺,裝機功率3400kW,設計流量66.0m3/s;世界上單機流量和葉輪直徑最大的濕定子潛水貫流泵站——廣西南寧竹排沖泵站,單機流量25m3/s,葉輪直徑2.65m;世界上最大的水輪泵站——湖南省青山水輪泵站,安裝水輪泵40臺,裝機功率約1.2萬kW,設計流量17.2 m3/s。
2.灌溉排水泵站的作用與地位
灌溉排水泵站作為國民經濟和社會發展的重要公益性基礎設施,是民生水利的重要組成部分,在全面建設小康社會中起著不可替代的重要作用。
(1)是農業生產的重要基礎設施
我國的人口和耕地、氣候、水資源等自然條件,決定了“水利是農業的命脈”的基本國情。有了可靠的灌溉排水設施,糧食產量就能成倍增長;在不少地區,甚至沒有灌溉排水設施就沒有農業。灌溉排水泵站作為水利設施的重要組成部分,已經成為重要的農村基礎設施,對保證我國糧食安全、社會穩定起到了關鍵性作用。
(2)是防洪除澇體系的重要組成部分
據全國大型灌溉排水泵站更新改造資料統計,全國現已建成大型排澇和灌溉排水結合泵站327處,裝機功率291.93萬kW,設計總流量31 941.5m3/s,有效排澇面積約1.37億多畝,約占全國總排澇面積的42.9%;全國大型排澇泵站每年平均排水約400億m3以上,保護著全國約200多座城市、1.5億群眾的生命財產安全。
(3)是農村經濟發展的主要支撐
眾多泵站工程的建成,使灌溉排水區的農業生產獲得了迅猛的發展,經濟成倍增長,農民收入大幅度地提高。據全國大型灌溉排水泵站更新改造資料統計,規劃時大型灌溉排水泵站受益區內的農村人口在1.5億以上,農業產值1.45萬億元以上,農村人均純收入超過4200元,高于我國當時的農村人均純收入的平均水平。實踐證明,灌溉排水泵站已成為農村經濟發展和社會穩定的主要支撐,為建設社會主義新農村奠定了堅實的基礎。
(4)是改善區域生態環境的基本保證
灌溉排水泵站的建成對土壤改良、沖污排咸、水質改善、環境保護、血吸蟲病防治、遏制沙漠化等起到重要作用。隨著國民經濟的發展,農村城鎮化進程不斷加快,人民生活水平進一步提高,農村產業結構得到調整,灌溉排水區生態旅游得到開發和利用,灌溉排水泵站的功能將進一步增強。
(5)是改善農村飲水條件的骨干工程
許多大型灌溉泵站在供給農業灌溉用水的同時,為緩解受益區鄉鎮的飲水安全問題起到了相當大的作用。西北地區約有1400萬人的飲用水依靠大型灌溉泵站提供水源保障,還有大量的牲畜飲用水、草原灌溉更是依賴灌溉排水泵站。
3.大型灌溉排水泵站更新改造
3.1 存在的問題
(1)建設標準偏低,設計不盡合理
全國450處大型泵站中約90%建于20世紀80年代及以前。限于當時的政治條件、經濟條件和技術水平,很多泵站設計論證不足,工程設計標準偏低,泵站規劃布局設計不合理。有些泵站在建設時機泵選型不當或進出水流道設計不規范,導致泵站效率低下,運行費用不斷上升。
(2)裝備落后,技術水平低
我國20世紀60、70年代建成的泵站,水泵大多采用原蘇聯的水力模型,效率低,性能差;機組尺寸大,結構形式單一;產品系列不全,性能指標低,加上制造質量差,不少泵站效率低。由于技術落后,設備老化陳舊,設計不合理,泵站能耗普遍較高。
(3)機電設備老化,淘汰產品居多
泵站機電設備老化問題非常突出。據大型灌溉排水泵站更新改造資料統計,全國大型灌溉排水泵站老化需要更新的主機組約2萬臺套,占大型泵站全部機組的80%。相當一部分泵站建筑物完好率、設備完好率低于60%,使泵站工程安全性、可靠性大大降低,效益得不到充分發揮。
(4)建筑物年久失修,工程安全隱患大
據大型灌溉排水泵站更新改造資料統計,有60%的泵站進水池和穿堤建筑物因不均勻沉陷產生不同程度的裂縫,工程安全隱患重重,大大降低了泵站工程本身防洪安全標準。不少泵站面對滔滔洪水不能開機運行,抵御自然災害能力大大減弱。
(5)管理體制不順,管理水平不高
新中國成立以來,我國興建了一大批大中型泵站工程,初步形成了防洪、排澇、灌溉、供水的灌溉排水工程體系。但是,受計劃經濟和“重建輕管”思想的影響,泵站管理一直是我國水利工作的薄弱環節,泵站管理中存在的問題日趨突出。主要表現在:一是管理單位性質定位不清,管理經費無正當來源;二是供排水價格形成機制不合理,水費難以計收,工程運行管理經費不足;三是泵站管理設施落后,人滿為患,職工生活水平嚴重偏低;四是管理體制不順,服務水平不高。這些問題導致了泵站工程得不到正常維修養護,效益嚴重衰減,給國民經濟和人民生命財產安全帶來隱患。
3.2 中部四省大型排澇泵站更新改造規劃及實施
(1)規劃情況
我國中部四省大型排澇泵站更新改造規劃于2005年8月由中國灌溉排水發展中心編制完成,同年9月通過水利部組織的審查,并上報國家發展改革委。依據規劃,規劃現狀年為2005年,任務完成年為2008年,即到2008年完成我國中部的湖北、湖南、江西和安徽四省139處大型排澇泵站的更新改造任務,共改造、擴建和拆除重建泵站478座(改造412座、擴建17座、拆除重建49座),裝機3450臺、裝機功率110.69萬kW、設計流量11421m3/s,總投資為63.93億元(平均單位千瓦投資0.58萬元/kW)。
(2)實施情況
為確保中部四省大型排澇泵站更新改造項目順利實施,國家發展改革委和水利部聯合頒布了《大型排澇泵站更新改造項目管理辦法》,并按國家基本建設程序,先后進行了泵站更新改造安全鑒定、可行性研究、初步設計等工作,最后經審查、復核和批復,中部140處(經國家發展改革委和水利部同意增加河南省1處)大型排澇泵站更新改造項目總投資約68億元,其中中央補助投資34億元。投資計劃于2006年下達后,正式啟動實施中部地區大型排澇泵站更新改造項目。2008年底投資計劃全部下達完畢,2010年140處大型排澇泵站基本完成了更新改造任務。
3.3 全國大型灌溉排水泵站更新改造規劃
(1)規劃情況
2009年初,中國灌溉排水發展中心編制完成《全國大型灌溉排水泵站更新改造規劃》(初稿),經規劃復核和征求各地意見后,2009年5月形成規劃送審稿;2009年7月經水利部水利水電規劃設計總院組織有關專家審查后,做了進一步修改;2009年12月~2010年8月國家發展和改革委員會國家投資評估中心組織有關專家進行了評估,根據評估意見再次修改;2011年5月國家發展改革委和水利部聯合印發《全國大型灌溉排水泵站更新改造方案》。依據方案,規劃現狀年為2008年,任務完成年為2015年,即到2015年完成全國251處大型灌溉排水泵站更新改造任務,共更新改造其中的骨干泵站和重要泵站1936座(改造1267座、拆除重建669座),共裝機12100臺、裝機功率298.10萬kW、設計流量13480m3/s,總投資180.02億元(平均單位千瓦投資0.60萬元)。
(2)實施情況
2009年初,《全國大型灌溉排水泵站更新改造規劃》初稿完成后,為配合國家“拉動內需”計劃的實施,水利部提前啟動了列入《全國大型灌溉排水泵站更新改造規劃》(初稿)中的99處大型灌溉排水泵站更新改造項目,2010~2015年繼續投資實施了全國大型灌溉排水泵站更新改造項目。截止2015年7月,已累計下達投資147.49億元,其中中央補助投資87億元。截止2015年9月底,全國251處大型灌溉排水泵站更新改造項目,其中226處已下達了投資計劃,有158處的中央補助投資計劃已下達完畢。目前,約有100多處大型灌溉排水泵站更新改造工程已基本完成了更新改造任務,其余已下達投資的泵站更新改造項目正在有序進行。未下達投資的項目基本完成了更新改造安全鑒定、可行性研究、初步設計等前期工作,做好了更新改造實施的準備。
3.4 更新改造效果
大型灌溉排水泵站更新改造經過更新改造,工程效益與社會效益逐步顯現,主要成效如下:
(1)基本上解決了機電設備老化和建筑物破損失修問題。泵站更新改造后,建筑物完好率和設備完好率從改造前不足70%,分別提高到90%和95%以上;安全運行率從改造前不足80%提高到98%及以上,極大地提高了泵站運行的安全可靠性。
(2)恢復和提高了灌溉排水標準。泵站更新改造后,灌溉保證率達到《灌溉與排水工程設計規范》(GB/T 50288)的規定,排澇標準普遍由改造前的3~5年一遇提高到10年一遇,為國家糧食安全、防洪安全、供水安全等提供了強有力的保障,促進了農民增收和農村經濟社會發展。
(3)提高了裝置效率,降低了能源單耗。泵站更新改造后,裝置效率由改造前的40%左右提高到平均60%以上,高的達到了75%以上;能源單耗由改造前6.8kWh/ktm左右降低到平均4.53kWh/ktm以下,低的降到了3.6kWh/ktm以下,節能效益顯著。
(4)泵站自動化水平得到提高,泵站環境得到極大改善。通過更新改造,部分泵站實現微機監控、保護,視頻監視、網絡通信和管理信息化等,大大提高了運行安全,減少了運行維護工作量及費用,提高了工程管理效益和管理水平。在工程改造的同時,進行了泵站環境建設,站區道路、綠化、環境得到極大改善,促進和帶動了當地農村的經濟社會發展。
4.灌溉排水泵站技術標準建設
灌溉排水泵站的發展,離不開泵站技術標準的發展。我國近30多年來,在泵站工程方面持續不斷地開展了科學研究及試點應用等工作,取得了一大批成果,積累許多寶貴經驗。為了保證取得的成果和經驗在更大的范圍內得到推廣應用,以進一步發揮和提高泵站工程的經濟、社會和環境效益,原水電部于1985年制訂頒布了《泵站技術改造導則》(SD 140-85)和《泵站現場測試規程》(SD 140-85),于1986年制訂頒布了《泵站技術規范》(SD 204-86),包括泵站設計、泵站安裝、泵站驗收和泵站技術管理等分冊。泵站技術標準經過30年的建設和發展,目前我國已頒布實施的泵站技術標準有《泵站設計規范》(GB/T 50265-2010)、《泵站更新改造技術規范》(GB/T 50560-2009)、《水利泵站施工及驗收規范》(GB/T 51033-2014)、《泵站設備安裝及驗收規范》(SL 317-2015)、《泵站技術管理規程》(GB/T 30948-2014)、《泵站安全鑒定規程》(SL 316-2015)、《泵站現場測試與安全檢測規程》(SL 548-2012)、《灌溉排水泵站機電設備報廢標準》(SL 510-2010)、《泵站計算機監控與信息系統技術導則》(SL 583-2012)和《潛水泵站技術規范》(SL 584-2012)等10項,涉及泵站工程的設計、施工安裝、驗收、運行管理、現場測試、安全評價、更新改造等各個方面,初步形成泵站標準化體系。通過上述標準的制定和貫徹,建立了一支泵站標準化隊伍,極大地規范和指導了灌溉排水泵站建設與運行管理工作,對促進我國泵站工程技術進步和生產建設的發展正在發揮并將繼續發揮積極作用。
5.灌溉排水泵站技術研究及推廣應用
(1)灌區大型泵站改造關鍵技術研究
為解決大中型灌溉排水泵站更新改造中存在的一些技術問題,在“十一五”期間,科技部和水利部首次將泵站方面的技術研究項目——“灌區大型泵站改造關鍵技術研究”課題納入“十一五”國家科技支撐計劃。中國灌溉排水發展中心聯合武漢大學、中國農業大學、河海大學和揚州大學等院校承擔了該課題的研究任務,通過現場調研、理論分析、數值計算、模型試驗及現場試驗相結合的方法,在全面調研全國大中型灌溉排水泵站老化狀況及更新改造情況的基礎上,選擇典型泵站,系統開展了泵站技術經濟指標體系及其綜合評價方法、泵站工程老化及設備故障診斷方法、泵站系統模擬仿真及測試技術、泵站系統優化配套與運行管理技術的研究,提出了大型泵站技術經濟指標體系及綜合評價方法1套;建立了泵站工程老化及設備故障診斷方法、泵站系統模擬仿真及測試技術、泵站系統優化配套與運行管理技術各1套;獲得泵站老化及設備故障診斷方法和泵站測試技術等方面的專利6項;獲得泵站老化及設備故障診斷、泵站裝置系統水力優化設計、泵系統運行仿真和灌區泵站運行管理決策支持系統等方面的計算機軟件著作權10件;制修訂《泵站更新改造技術規范》等標準4項;所取得的成果在試點泵站——山西大禹渡泵站和安徽鳳凰頸泵站的更新改造工程應用后,裝置效率平均提高10%左右,能源單耗降低1.0kWh/ktm以上,泵站運行安全性大大提高,節能效果顯著。
(2)大中型灌溉排水泵站改造與高效運行關鍵技術及設備研究
在“十一五”國家科技支撐計劃——“灌區大型泵站改造關鍵技術研究”課題研究取得良好效果的基礎上,中國灌溉排水發展中心聯合中國農業大學、武漢大學、揚州大學和河海大學等院校又承擔了“十二五”國家科技支撐計劃——“大中型灌溉排水泵站改造與高效運行關鍵技術及設備研究”課題。從2012年開始,開展了離心泵裝置系統三維數字化設計技術、軸流泵裝置系統三維數字化設計技術、泵站運行調控與節能技術、高性能水泵水力模型系列型譜、泵站標準化技術和排灌泵站改造與高效運行關鍵技術工程應用等方面的研究;目前,課題研究取得了許多研究與應用成果,其中,中國農業大學和中國灌溉排水發展中心等單位取得的“大流量雙吸離心泵壓力脈動調控與節能關鍵技術及應用”成果,顯著提高了離心泵機組運行穩定性,降低了機組綜合運行能耗,增強了供水保障能力,提高了灌溉保證率,為大型泵站安全穩定和經濟高效運行提供了技術支撐。經教育部組織的專家鑒定委員會鑒定,該成果推動了我國雙吸離心泵理論與技術的創新,總體上達到國際領先水平,2014年1月榮獲教育部科學技術進步一等獎。
(3)技術推廣應用
2010年以來,水利部高度重視水利科技推廣工作,連續6年將“節水灌溉水源工程(泵站)運行調度技術推廣”(項目號:TG1027)、“水泵抗磨蝕綜合防治技術”(項目號:TG1124)、“新型復合材料拍門技術”(項目號:TG1125)、“灌溉泵站更新改造水泵選型優化技術推廣”(項目號:TG1215)、“大型泵站水泵機組運行工況‘雙調’技術推廣”(項目號:TG1306)、“灌溉泵站離心泵機組調速技術推廣”(項目號:TG1514)等項目列入國家水利科技推廣計劃。中國灌溉排水發展中心聯合有關單位承擔了上述6項技術的推廣任務,在山西、安徽、湖北等10多個?。ㄗ灾螀^、直轄市)的近百座大中型灌溉排水泵站更新改造工程中進行了推廣應用,提高泵站裝置效率3~5個百分點以上,平均降低能源單耗0.2kWh/ktm以上,不僅節能效果顯著,還大大提高了泵站運行的安全可靠性和穩定性。
6.灌溉排水泵站建設與運行管理展望
雖然我國灌溉排水泵站建設取得了巨大成就,其數量及裝機功率等在世界上占有一席之地,但是,我國灌溉排水泵站的技術裝備水平和運行管理水平等與美國、荷蘭、日本等世界上灌溉排水泵站發達的國家相比,還存在一定的差距。但是,隨著全球氣候的變暖、旱澇等災害發生頻次的不斷增多、水資源短缺及地區水資源不平衡等問題更加突出,我國各級政府及部門將對灌溉排水泵站事業越來越重視,建設投入、管理投入和科研投入將不斷加大,人才隊伍建設不斷加強,我們的泵站事業將得到快速發展,建設與運行管理水平將逐步達到國際先進水平。
(1)擴大泵站更新改造范圍,進一步完善灌溉排水體系
“十一五”、“十二五”期間,國家投入大筆資金對大型灌溉排水泵站實施了更新改造,使大型灌溉排水泵站在保證國家糧食安全、防洪安全、供水安全等領域發揮了越來越重要的作用。中小型灌溉排水泵站是大型灌溉排水泵站、蓄水、輸水、調(引)水等工程的延伸和發揮效益的載體,但是,中小型灌溉排水泵站設備老化和建筑物破損失修等問題還未得到有效解決。因此,“十三五”乃至“十四五”期間,國家對灌溉排水泵站更新改造的投入力度將不斷加大,在改造大型灌溉排水泵站的同時,擴大泵站更新改造范圍,實施中小型灌溉排水泵站更新改造,以進一步完善我國灌溉排水體系。
(2)實現泵站“安全、高效、經濟” 運行
目前,我國灌溉排水泵站更新改造主要是以解決工程安全問題和恢復泵站提排水能力為主,但是,部分泵站由于受資金、技術等原因限制,改造后裝置效率提高的不明顯、優化運行和優化調度等經濟運行方式不能有效實現?,F代農業的發展,對灌溉排水水的實時性、可靠性和穩定性等要求越來越高;節約型社會建設,對泵站節能的要求也越來越高。因此,下一步的灌溉排水泵站更新改造,在解決泵站安全問題和恢復泵站提排水能力的同時,還應將解決泵站“高效、經濟”等問題作為重點,以真正實現泵站“安全、高效、經濟”運行。
(3)實現泵站工程運行智能化和管理信息化
泵站自動化與信息化是為泵站工程管理服務的,是提升泵站運行效率的科學管理手段,是泵站技術發展與科學管理過程中必要的系統之一。隨著自動控制、網絡通信等技術的發展,智能設備在泵站自動化與信息化系統中應用將會越來越廣泛,將有效實現泵站工程運行智能化和管理信息化。如在泵站自動監控系統中增加主機組振動、擺度、噪音等智能監測設備,并在泵站管理信息系統中建立故障分析處理數據庫等,以實現泵站檢修由傳統的計劃檢修轉變為動態檢修,即由智能設備采集泵站主要設備的運行狀態,傳輸到泵站自動化與信息化系統進行處理,自動識別設備是否需要進行檢修。
(4)泵站工程將進一步大型化及多功能化
目前,針對水資源短缺及地區水資源不平衡等問題,國家建成了以梯級泵站提水為主的南水北調東線工程,各地也正在建設或規劃建設一批集農業灌溉、城鄉居民生活用水、工業用水和生態用水為一體的超大型泵站提水+調(引)水工程。如正在建設的山西省小浪底引黃工程地下泵站,擬裝設6臺立式、單吸、三級蝸殼式離心泵,設計揚程251m,單機設計流量5.0m3/s,單機配套功率約1.6萬kW。隨著這些超大型提水泵站的建成,我國地區之間水資源不平衡問題將得到有效緩解,農業灌溉等用水得到進一步保證。
(5)水泵效率及可靠性、穩定性將進一步提高
目前,我國研制開發的水泵模型性能基本上達到了國際先進水平,但是水泵制造水平與世界先進水平還存在一定的差距,一些要求較高的泵站工程往往采用進口水泵,這一問題引起了泵站行業和水泵制造行業的高度重視,正在努力改變這種現狀。隨著我國水泵科研水平、制造工藝水平、所用材料的制造水平等的不斷提高,加之中外合資及引進消化世界上先進的水泵制造技術及材料技術,灌溉排水泵站將能大量用上效率及可靠性、穩定性更高的且經濟的水泵,以進一步提高我國灌溉排水泵站技術裝備水平。
1.1 發展歷程
我國灌溉排水泵站的發展,概括起來大致經歷了以下六個階段:
(1)起步階段
新中國建立初期的三年國民經濟恢復期和第一個五年計劃(1953~1957年)時期為灌溉排水泵站發展的起步階段。該階段的工作重點是推廣改良人力、畜力水車。其中,東部經濟基礎較好的部分省、市通過學習借鑒原蘇聯經驗,在國內率先建成了一批中小型泵站。這些泵站大多帶有試點性質,所配套的動力多采用鍋駝機、煤汽機或柴油機,采用電動機作動力的只占總數的1/6~1/5。到本階段末,全國機電灌溉排水工程動力保有量達到40萬kW。
(2)穩步發展階段
第二個五年計劃(1958~1962年)和隨之而來的三年國民經濟調整時期為灌溉排水泵站的穩步發展階段。該階段人民公社化、農村集體經濟的迅猛發展和農機工業的興起,為灌溉排水泵站的快速發展提供了有利條件。該階段不但在全國范圍內興建了一大批中、小型機電灌溉排水泵站,而且在1963年我國建成第一座大型灌溉排水泵站——江都一站后,長江中下游的江蘇、湖北、湖南和黃河上中游的山西、陜西等省陸續興建了一批大型泵站;在福建、湖南、四川等水力
資源豐富的地區興建了一批我國特有的水輪泵站,引起了國際同行的廣泛關注。到該階段末,全國灌溉排水泵站動力保有量約200多萬kW,技術落后、使用不便的鍋駝機、煤汽機逐步從泵站中淘汰,代表先進技術的電力灌溉排水泵站逐步發展到占總保有量的一半左右,但是,由于設計、施工不規范,資金、設備、技術支持得不到保障,給以后的管理工作帶來了很多麻煩。
(3)快速發展階段
十年文化大革命(1966~1976年)以及隨后的兩年為灌溉排水泵站的快速發展階段。該階段在“農業上綱要”等口號的號召下,全國興起了大修水利的熱潮,一大批大中型灌溉排水泵站相繼建成并投入使用。到該階段末,全國灌溉排水泵站數量達41萬處,動力保有量達1500萬 kW,其中電力灌溉排水泵站約占80%左右。這一階段的特點是泵站工程建設速度快、規模大,但是,這些工程因為設備選型不配套、施工質量不可靠,建設之初就形成了“先天不足”,重建輕管又引起“后天失調”,導致工程整體效益長期得不到有效發揮。
(4)調整整頓階段
黨的十一屆三中全會(1978年末)以后到20世紀90年代初為灌溉排水泵站的調整整頓階段。在這一階段,由于受農村實行的家庭聯產承包責任制改革的影響,我國的泵站工程建設速度有所放緩。工作重點也作了相應的調整。在該階段,除了新建少數重點大中型泵站工程外,工作重點以抓管理和技術改造為主。到該階段末,全國灌溉排水泵站總數約46萬座,動力保有量約2000萬kW。
(5)管理體制改革及更新改造起步階段
20世紀90年代中期至2008年為灌溉排水泵站的管理體制改革及更新改造起步階段。在這一階段的初期,由于投資力度小,我國的泵站工程建設基本處于停滯狀態,各地只能開展以簡單修復為手段、以能維持泵站開機運行為最低要求的技術改造工作。由于改造速度跟不上老化速度,泵站老化問題日益嚴重,直到1998年我國遭遇特大洪水和嚴重干旱,導致重大災害損失后,泵站問題得到了中央及各級地方政府的高度重視,各地普遍加快了泵站改造和建設速度。2000年水利部發布了《泵站技術管理規程》(SL 255-2000),2002年國務院發布了關于《水利工程管理體制改革實施意見》(國辦發[2002]45號文),拉開了包括灌溉排水泵站在內的水利工程管理體制改革的序幕,促進了泵站管理水平的提高。2005年中央1號文件首次提出“更新改造老化機電設備,完善灌溉排水體系”,2006年中央啟動了中部湖北、湖南、江西和安徽等省的大型排澇泵站更新改造工作,帶動了各地泵站的建設和改造工作,使泵站管理朝著良性運行的方向邁進。
(6)灌溉排水泵站更新改造及規范管理階段
2009年至現在乃至今后一段時期為灌溉排水泵站更新改造及規范管理階段。在本階段,制修訂發布了《泵站更新改造技術規范》(GB/T 50510-2009)、《泵站技術管理規程》(GB/T 30948-2014)等10項國家及行業標準,各級政府及管理部門泵站高度重視泵站運行管理工作,泵站運行管理及維修養護經費逐步得到落實,有效地規范和提高了泵站工程建設與運行管理水平。為貫徹落實2011年中央1號關于“實施大中型灌溉排水泵站更新改造,加強重點澇區治理,完善灌溉排水體系”的精神,在中部四省大型排澇泵站更新改造項目投資已基本下達完畢的基礎上,啟動實施了全國大型灌溉排水泵站更新更新改造工作,在全國大中型灌區節水改造、小農水重點縣建設、高效節水灌溉示范縣建設等項目中,也安排了部分資金用于中小型灌溉排水泵站建設及更新改造,極大地促進了各地灌溉排水泵站的建設和改造工作,使我國灌溉排水泵站事業朝著現代化的方向發展。
1.2 建設規模與成就
(1)建設規模
我國泵站建設的特點是發展速度快、類型多、規模大、范圍廣,已建成的大面積排灌泵站地區有長江三角洲、洞庭湖地區、江漢平原、珠江三角洲及西北的高原灌區等。我國中型泵站的建設起步于20世紀50年代中期,而大型泵站的建設則始于20世紀60年代初期。為了適應跨流域調水和大范圍內排洪除澇的需要,我國于1961年開始在江蘇興建我國第一座大型泵站—江都一站,之后的50多年中,特別在20世紀70~80年代期間,江蘇、湖北、湖南、廣東、安徽、山東、山西、甘肅、陜西、寧夏、河北、遼寧等省市相繼興建了一大批大中型泵站。據最新的全國水利發展統計公報統計,目前我國已建成固定機電灌溉排水泵站約43.5萬處,裝機功率約2700多萬kW,其中,各類裝機流量1 立方米每秒或裝機功率50 千瓦以上的泵站90000多處,裝機功率約1600多萬千瓦。據全國大型灌溉排水泵站更新改造資料統計,大型灌溉排水泵站450處,裝機功率560多萬kW;中型泵站約3500座,裝機功率580多萬kW。
機電排灌事業的發展,特別是大中型泵站的發展,已經成為我國灌溉排水網絡的骨干和支柱工程。目前全國機電灌溉排水面積約6.40億畝,有力地提高了各地抗御自然災害的能力,對保證農業穩產高產和國家糧食安全起到了關鍵性的作用,同時也對城鄉防洪排澇以及城市供水、工礦企業、交通航運、發電等國民經濟各部門的發展起著舉足輕重的作用,為我國農業發展乃至國民經濟持續、健康發展提供了強有力的支撐。
(2)輝煌成就
我國在灌溉排水泵站工程的建設、發展歷程中,不斷創新,創造了許多令人矚目的成就和輝煌。如:集灌溉、排澇、調水等多種功能于一體的大型泵站群樞紐工程——江蘇省江都泵站,共有泵站4座,裝機33臺5.58萬kW,最大抽水能力508m3/s,江都四站還榮獲國家水利工程設計金獎;國內裝機功率最大的多梯級灌溉泵站——甘肅省景泰川電力提灌工程,共有43座泵站,裝機307臺27.02萬kW,總揚程713米,一級站(2座)提水能力33m3/s;亞洲裝機功率最大的排澇泵站——江蘇省臨洪東站,裝機12臺3.6萬 kW,排澇能力360 m3/s;亞洲裝機功率最大的灌溉泵站——陜西省東雷抽黃二期灌溉工程北干二級站,裝機14臺4.26萬kW,提水能力40m3/s;揚程最高、單機功率最大的離心泵站——陜西省東雷抽黃灌溉工程二級站,單級揚程225m,單機功率8000kW,單機流量2.25m3/s;單機功率亞洲第一的軸流泵站——湖北省樊口泵站,水泵轉輪直徑4.0m,單機功率6000 kW,單機設計流量53.5m3/s;轉輪直徑亞洲最大的軸流泵站——江蘇省淮安二站,水泵轉輪直徑4.5m,單機功率5000 kW,單機設計流量60 m3/s;安裝亞洲最大口徑水泵的混流泵站——江蘇省皂河泵站,水泵口徑6.0m,單機功率7000kW,單機設計流量97.5 m3/s;國內最大的斜式軸流泵站——浙江省鹽官泵站,裝機4臺,裝機功率8000kW,設計流量200 m3/s;全國最大的貫流泵站——江蘇省淮安三站,裝機2臺,裝機功率3400kW,設計流量66.0m3/s;世界上單機流量和葉輪直徑最大的濕定子潛水貫流泵站——廣西南寧竹排沖泵站,單機流量25m3/s,葉輪直徑2.65m;世界上最大的水輪泵站——湖南省青山水輪泵站,安裝水輪泵40臺,裝機功率約1.2萬kW,設計流量17.2 m3/s。
2.灌溉排水泵站的作用與地位
灌溉排水泵站作為國民經濟和社會發展的重要公益性基礎設施,是民生水利的重要組成部分,在全面建設小康社會中起著不可替代的重要作用。
(1)是農業生產的重要基礎設施
我國的人口和耕地、氣候、水資源等自然條件,決定了“水利是農業的命脈”的基本國情。有了可靠的灌溉排水設施,糧食產量就能成倍增長;在不少地區,甚至沒有灌溉排水設施就沒有農業。灌溉排水泵站作為水利設施的重要組成部分,已經成為重要的農村基礎設施,對保證我國糧食安全、社會穩定起到了關鍵性作用。
(2)是防洪除澇體系的重要組成部分
據全國大型灌溉排水泵站更新改造資料統計,全國現已建成大型排澇和灌溉排水結合泵站327處,裝機功率291.93萬kW,設計總流量31 941.5m3/s,有效排澇面積約1.37億多畝,約占全國總排澇面積的42.9%;全國大型排澇泵站每年平均排水約400億m3以上,保護著全國約200多座城市、1.5億群眾的生命財產安全。
(3)是農村經濟發展的主要支撐
眾多泵站工程的建成,使灌溉排水區的農業生產獲得了迅猛的發展,經濟成倍增長,農民收入大幅度地提高。據全國大型灌溉排水泵站更新改造資料統計,規劃時大型灌溉排水泵站受益區內的農村人口在1.5億以上,農業產值1.45萬億元以上,農村人均純收入超過4200元,高于我國當時的農村人均純收入的平均水平。實踐證明,灌溉排水泵站已成為農村經濟發展和社會穩定的主要支撐,為建設社會主義新農村奠定了堅實的基礎。
(4)是改善區域生態環境的基本保證
灌溉排水泵站的建成對土壤改良、沖污排咸、水質改善、環境保護、血吸蟲病防治、遏制沙漠化等起到重要作用。隨著國民經濟的發展,農村城鎮化進程不斷加快,人民生活水平進一步提高,農村產業結構得到調整,灌溉排水區生態旅游得到開發和利用,灌溉排水泵站的功能將進一步增強。
(5)是改善農村飲水條件的骨干工程
許多大型灌溉泵站在供給農業灌溉用水的同時,為緩解受益區鄉鎮的飲水安全問題起到了相當大的作用。西北地區約有1400萬人的飲用水依靠大型灌溉泵站提供水源保障,還有大量的牲畜飲用水、草原灌溉更是依賴灌溉排水泵站。
3.大型灌溉排水泵站更新改造
3.1 存在的問題
(1)建設標準偏低,設計不盡合理
全國450處大型泵站中約90%建于20世紀80年代及以前。限于當時的政治條件、經濟條件和技術水平,很多泵站設計論證不足,工程設計標準偏低,泵站規劃布局設計不合理。有些泵站在建設時機泵選型不當或進出水流道設計不規范,導致泵站效率低下,運行費用不斷上升。
(2)裝備落后,技術水平低
我國20世紀60、70年代建成的泵站,水泵大多采用原蘇聯的水力模型,效率低,性能差;機組尺寸大,結構形式單一;產品系列不全,性能指標低,加上制造質量差,不少泵站效率低。由于技術落后,設備老化陳舊,設計不合理,泵站能耗普遍較高。
(3)機電設備老化,淘汰產品居多
泵站機電設備老化問題非常突出。據大型灌溉排水泵站更新改造資料統計,全國大型灌溉排水泵站老化需要更新的主機組約2萬臺套,占大型泵站全部機組的80%。相當一部分泵站建筑物完好率、設備完好率低于60%,使泵站工程安全性、可靠性大大降低,效益得不到充分發揮。
(4)建筑物年久失修,工程安全隱患大
據大型灌溉排水泵站更新改造資料統計,有60%的泵站進水池和穿堤建筑物因不均勻沉陷產生不同程度的裂縫,工程安全隱患重重,大大降低了泵站工程本身防洪安全標準。不少泵站面對滔滔洪水不能開機運行,抵御自然災害能力大大減弱。
(5)管理體制不順,管理水平不高
新中國成立以來,我國興建了一大批大中型泵站工程,初步形成了防洪、排澇、灌溉、供水的灌溉排水工程體系。但是,受計劃經濟和“重建輕管”思想的影響,泵站管理一直是我國水利工作的薄弱環節,泵站管理中存在的問題日趨突出。主要表現在:一是管理單位性質定位不清,管理經費無正當來源;二是供排水價格形成機制不合理,水費難以計收,工程運行管理經費不足;三是泵站管理設施落后,人滿為患,職工生活水平嚴重偏低;四是管理體制不順,服務水平不高。這些問題導致了泵站工程得不到正常維修養護,效益嚴重衰減,給國民經濟和人民生命財產安全帶來隱患。
3.2 中部四省大型排澇泵站更新改造規劃及實施
(1)規劃情況
我國中部四省大型排澇泵站更新改造規劃于2005年8月由中國灌溉排水發展中心編制完成,同年9月通過水利部組織的審查,并上報國家發展改革委。依據規劃,規劃現狀年為2005年,任務完成年為2008年,即到2008年完成我國中部的湖北、湖南、江西和安徽四省139處大型排澇泵站的更新改造任務,共改造、擴建和拆除重建泵站478座(改造412座、擴建17座、拆除重建49座),裝機3450臺、裝機功率110.69萬kW、設計流量11421m3/s,總投資為63.93億元(平均單位千瓦投資0.58萬元/kW)。
(2)實施情況
為確保中部四省大型排澇泵站更新改造項目順利實施,國家發展改革委和水利部聯合頒布了《大型排澇泵站更新改造項目管理辦法》,并按國家基本建設程序,先后進行了泵站更新改造安全鑒定、可行性研究、初步設計等工作,最后經審查、復核和批復,中部140處(經國家發展改革委和水利部同意增加河南省1處)大型排澇泵站更新改造項目總投資約68億元,其中中央補助投資34億元。投資計劃于2006年下達后,正式啟動實施中部地區大型排澇泵站更新改造項目。2008年底投資計劃全部下達完畢,2010年140處大型排澇泵站基本完成了更新改造任務。
3.3 全國大型灌溉排水泵站更新改造規劃
(1)規劃情況
2009年初,中國灌溉排水發展中心編制完成《全國大型灌溉排水泵站更新改造規劃》(初稿),經規劃復核和征求各地意見后,2009年5月形成規劃送審稿;2009年7月經水利部水利水電規劃設計總院組織有關專家審查后,做了進一步修改;2009年12月~2010年8月國家發展和改革委員會國家投資評估中心組織有關專家進行了評估,根據評估意見再次修改;2011年5月國家發展改革委和水利部聯合印發《全國大型灌溉排水泵站更新改造方案》。依據方案,規劃現狀年為2008年,任務完成年為2015年,即到2015年完成全國251處大型灌溉排水泵站更新改造任務,共更新改造其中的骨干泵站和重要泵站1936座(改造1267座、拆除重建669座),共裝機12100臺、裝機功率298.10萬kW、設計流量13480m3/s,總投資180.02億元(平均單位千瓦投資0.60萬元)。
(2)實施情況
2009年初,《全國大型灌溉排水泵站更新改造規劃》初稿完成后,為配合國家“拉動內需”計劃的實施,水利部提前啟動了列入《全國大型灌溉排水泵站更新改造規劃》(初稿)中的99處大型灌溉排水泵站更新改造項目,2010~2015年繼續投資實施了全國大型灌溉排水泵站更新改造項目。截止2015年7月,已累計下達投資147.49億元,其中中央補助投資87億元。截止2015年9月底,全國251處大型灌溉排水泵站更新改造項目,其中226處已下達了投資計劃,有158處的中央補助投資計劃已下達完畢。目前,約有100多處大型灌溉排水泵站更新改造工程已基本完成了更新改造任務,其余已下達投資的泵站更新改造項目正在有序進行。未下達投資的項目基本完成了更新改造安全鑒定、可行性研究、初步設計等前期工作,做好了更新改造實施的準備。
3.4 更新改造效果
大型灌溉排水泵站更新改造經過更新改造,工程效益與社會效益逐步顯現,主要成效如下:
(1)基本上解決了機電設備老化和建筑物破損失修問題。泵站更新改造后,建筑物完好率和設備完好率從改造前不足70%,分別提高到90%和95%以上;安全運行率從改造前不足80%提高到98%及以上,極大地提高了泵站運行的安全可靠性。
(2)恢復和提高了灌溉排水標準。泵站更新改造后,灌溉保證率達到《灌溉與排水工程設計規范》(GB/T 50288)的規定,排澇標準普遍由改造前的3~5年一遇提高到10年一遇,為國家糧食安全、防洪安全、供水安全等提供了強有力的保障,促進了農民增收和農村經濟社會發展。
(3)提高了裝置效率,降低了能源單耗。泵站更新改造后,裝置效率由改造前的40%左右提高到平均60%以上,高的達到了75%以上;能源單耗由改造前6.8kWh/ktm左右降低到平均4.53kWh/ktm以下,低的降到了3.6kWh/ktm以下,節能效益顯著。
(4)泵站自動化水平得到提高,泵站環境得到極大改善。通過更新改造,部分泵站實現微機監控、保護,視頻監視、網絡通信和管理信息化等,大大提高了運行安全,減少了運行維護工作量及費用,提高了工程管理效益和管理水平。在工程改造的同時,進行了泵站環境建設,站區道路、綠化、環境得到極大改善,促進和帶動了當地農村的經濟社會發展。
4.灌溉排水泵站技術標準建設
灌溉排水泵站的發展,離不開泵站技術標準的發展。我國近30多年來,在泵站工程方面持續不斷地開展了科學研究及試點應用等工作,取得了一大批成果,積累許多寶貴經驗。為了保證取得的成果和經驗在更大的范圍內得到推廣應用,以進一步發揮和提高泵站工程的經濟、社會和環境效益,原水電部于1985年制訂頒布了《泵站技術改造導則》(SD 140-85)和《泵站現場測試規程》(SD 140-85),于1986年制訂頒布了《泵站技術規范》(SD 204-86),包括泵站設計、泵站安裝、泵站驗收和泵站技術管理等分冊。泵站技術標準經過30年的建設和發展,目前我國已頒布實施的泵站技術標準有《泵站設計規范》(GB/T 50265-2010)、《泵站更新改造技術規范》(GB/T 50560-2009)、《水利泵站施工及驗收規范》(GB/T 51033-2014)、《泵站設備安裝及驗收規范》(SL 317-2015)、《泵站技術管理規程》(GB/T 30948-2014)、《泵站安全鑒定規程》(SL 316-2015)、《泵站現場測試與安全檢測規程》(SL 548-2012)、《灌溉排水泵站機電設備報廢標準》(SL 510-2010)、《泵站計算機監控與信息系統技術導則》(SL 583-2012)和《潛水泵站技術規范》(SL 584-2012)等10項,涉及泵站工程的設計、施工安裝、驗收、運行管理、現場測試、安全評價、更新改造等各個方面,初步形成泵站標準化體系。通過上述標準的制定和貫徹,建立了一支泵站標準化隊伍,極大地規范和指導了灌溉排水泵站建設與運行管理工作,對促進我國泵站工程技術進步和生產建設的發展正在發揮并將繼續發揮積極作用。
5.灌溉排水泵站技術研究及推廣應用
(1)灌區大型泵站改造關鍵技術研究
為解決大中型灌溉排水泵站更新改造中存在的一些技術問題,在“十一五”期間,科技部和水利部首次將泵站方面的技術研究項目——“灌區大型泵站改造關鍵技術研究”課題納入“十一五”國家科技支撐計劃。中國灌溉排水發展中心聯合武漢大學、中國農業大學、河海大學和揚州大學等院校承擔了該課題的研究任務,通過現場調研、理論分析、數值計算、模型試驗及現場試驗相結合的方法,在全面調研全國大中型灌溉排水泵站老化狀況及更新改造情況的基礎上,選擇典型泵站,系統開展了泵站技術經濟指標體系及其綜合評價方法、泵站工程老化及設備故障診斷方法、泵站系統模擬仿真及測試技術、泵站系統優化配套與運行管理技術的研究,提出了大型泵站技術經濟指標體系及綜合評價方法1套;建立了泵站工程老化及設備故障診斷方法、泵站系統模擬仿真及測試技術、泵站系統優化配套與運行管理技術各1套;獲得泵站老化及設備故障診斷方法和泵站測試技術等方面的專利6項;獲得泵站老化及設備故障診斷、泵站裝置系統水力優化設計、泵系統運行仿真和灌區泵站運行管理決策支持系統等方面的計算機軟件著作權10件;制修訂《泵站更新改造技術規范》等標準4項;所取得的成果在試點泵站——山西大禹渡泵站和安徽鳳凰頸泵站的更新改造工程應用后,裝置效率平均提高10%左右,能源單耗降低1.0kWh/ktm以上,泵站運行安全性大大提高,節能效果顯著。
(2)大中型灌溉排水泵站改造與高效運行關鍵技術及設備研究
在“十一五”國家科技支撐計劃——“灌區大型泵站改造關鍵技術研究”課題研究取得良好效果的基礎上,中國灌溉排水發展中心聯合中國農業大學、武漢大學、揚州大學和河海大學等院校又承擔了“十二五”國家科技支撐計劃——“大中型灌溉排水泵站改造與高效運行關鍵技術及設備研究”課題。從2012年開始,開展了離心泵裝置系統三維數字化設計技術、軸流泵裝置系統三維數字化設計技術、泵站運行調控與節能技術、高性能水泵水力模型系列型譜、泵站標準化技術和排灌泵站改造與高效運行關鍵技術工程應用等方面的研究;目前,課題研究取得了許多研究與應用成果,其中,中國農業大學和中國灌溉排水發展中心等單位取得的“大流量雙吸離心泵壓力脈動調控與節能關鍵技術及應用”成果,顯著提高了離心泵機組運行穩定性,降低了機組綜合運行能耗,增強了供水保障能力,提高了灌溉保證率,為大型泵站安全穩定和經濟高效運行提供了技術支撐。經教育部組織的專家鑒定委員會鑒定,該成果推動了我國雙吸離心泵理論與技術的創新,總體上達到國際領先水平,2014年1月榮獲教育部科學技術進步一等獎。
(3)技術推廣應用
2010年以來,水利部高度重視水利科技推廣工作,連續6年將“節水灌溉水源工程(泵站)運行調度技術推廣”(項目號:TG1027)、“水泵抗磨蝕綜合防治技術”(項目號:TG1124)、“新型復合材料拍門技術”(項目號:TG1125)、“灌溉泵站更新改造水泵選型優化技術推廣”(項目號:TG1215)、“大型泵站水泵機組運行工況‘雙調’技術推廣”(項目號:TG1306)、“灌溉泵站離心泵機組調速技術推廣”(項目號:TG1514)等項目列入國家水利科技推廣計劃。中國灌溉排水發展中心聯合有關單位承擔了上述6項技術的推廣任務,在山西、安徽、湖北等10多個?。ㄗ灾螀^、直轄市)的近百座大中型灌溉排水泵站更新改造工程中進行了推廣應用,提高泵站裝置效率3~5個百分點以上,平均降低能源單耗0.2kWh/ktm以上,不僅節能效果顯著,還大大提高了泵站運行的安全可靠性和穩定性。
6.灌溉排水泵站建設與運行管理展望
雖然我國灌溉排水泵站建設取得了巨大成就,其數量及裝機功率等在世界上占有一席之地,但是,我國灌溉排水泵站的技術裝備水平和運行管理水平等與美國、荷蘭、日本等世界上灌溉排水泵站發達的國家相比,還存在一定的差距。但是,隨著全球氣候的變暖、旱澇等災害發生頻次的不斷增多、水資源短缺及地區水資源不平衡等問題更加突出,我國各級政府及部門將對灌溉排水泵站事業越來越重視,建設投入、管理投入和科研投入將不斷加大,人才隊伍建設不斷加強,我們的泵站事業將得到快速發展,建設與運行管理水平將逐步達到國際先進水平。
(1)擴大泵站更新改造范圍,進一步完善灌溉排水體系
“十一五”、“十二五”期間,國家投入大筆資金對大型灌溉排水泵站實施了更新改造,使大型灌溉排水泵站在保證國家糧食安全、防洪安全、供水安全等領域發揮了越來越重要的作用。中小型灌溉排水泵站是大型灌溉排水泵站、蓄水、輸水、調(引)水等工程的延伸和發揮效益的載體,但是,中小型灌溉排水泵站設備老化和建筑物破損失修等問題還未得到有效解決。因此,“十三五”乃至“十四五”期間,國家對灌溉排水泵站更新改造的投入力度將不斷加大,在改造大型灌溉排水泵站的同時,擴大泵站更新改造范圍,實施中小型灌溉排水泵站更新改造,以進一步完善我國灌溉排水體系。
(2)實現泵站“安全、高效、經濟” 運行
目前,我國灌溉排水泵站更新改造主要是以解決工程安全問題和恢復泵站提排水能力為主,但是,部分泵站由于受資金、技術等原因限制,改造后裝置效率提高的不明顯、優化運行和優化調度等經濟運行方式不能有效實現?,F代農業的發展,對灌溉排水水的實時性、可靠性和穩定性等要求越來越高;節約型社會建設,對泵站節能的要求也越來越高。因此,下一步的灌溉排水泵站更新改造,在解決泵站安全問題和恢復泵站提排水能力的同時,還應將解決泵站“高效、經濟”等問題作為重點,以真正實現泵站“安全、高效、經濟”運行。
(3)實現泵站工程運行智能化和管理信息化
泵站自動化與信息化是為泵站工程管理服務的,是提升泵站運行效率的科學管理手段,是泵站技術發展與科學管理過程中必要的系統之一。隨著自動控制、網絡通信等技術的發展,智能設備在泵站自動化與信息化系統中應用將會越來越廣泛,將有效實現泵站工程運行智能化和管理信息化。如在泵站自動監控系統中增加主機組振動、擺度、噪音等智能監測設備,并在泵站管理信息系統中建立故障分析處理數據庫等,以實現泵站檢修由傳統的計劃檢修轉變為動態檢修,即由智能設備采集泵站主要設備的運行狀態,傳輸到泵站自動化與信息化系統進行處理,自動識別設備是否需要進行檢修。
(4)泵站工程將進一步大型化及多功能化
目前,針對水資源短缺及地區水資源不平衡等問題,國家建成了以梯級泵站提水為主的南水北調東線工程,各地也正在建設或規劃建設一批集農業灌溉、城鄉居民生活用水、工業用水和生態用水為一體的超大型泵站提水+調(引)水工程。如正在建設的山西省小浪底引黃工程地下泵站,擬裝設6臺立式、單吸、三級蝸殼式離心泵,設計揚程251m,單機設計流量5.0m3/s,單機配套功率約1.6萬kW。隨著這些超大型提水泵站的建成,我國地區之間水資源不平衡問題將得到有效緩解,農業灌溉等用水得到進一步保證。
(5)水泵效率及可靠性、穩定性將進一步提高
目前,我國研制開發的水泵模型性能基本上達到了國際先進水平,但是水泵制造水平與世界先進水平還存在一定的差距,一些要求較高的泵站工程往往采用進口水泵,這一問題引起了泵站行業和水泵制造行業的高度重視,正在努力改變這種現狀。隨著我國水泵科研水平、制造工藝水平、所用材料的制造水平等的不斷提高,加之中外合資及引進消化世界上先進的水泵制造技術及材料技術,灌溉排水泵站將能大量用上效率及可靠性、穩定性更高的且經濟的水泵,以進一步提高我國灌溉排水泵站技術裝備水平。
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