泵站工程也稱提水工程,是通過消耗一定能量把水量提升到一定高度或輸送一定距離,在工農業生產和人民日常生活中十分常見并越來越受到重視。

泵站工程按任務分類,可以劃分為:供水泵站排水泵站、調水泵站、加壓泵站、蓄能泵站;按水泵類型分類,可以劃分為:離心泵站、軸流泵站、混流泵站;按動力分類,可以劃分為:電動泵站、機動泵站水輪泵站、風力泵站、太陽能泵站等”。

20世紀60年代以來,世界各國的泵站工程發展很快,由于工農業生產的需要,我國的泵站工程也得到了迅速的發展,這些泵站的實施為抗御旱澇災害發展農業生產、改變農村面貌發揮了重要作用。近年來,隨著我國水資源配置的優化,跨流域調水工程在我國迅速發展。引灤入津、南水北調、引黃濟青東深供水等工程都建設了不同型式、不同流量的泵站,在調水工程中發揮著重要的作用。

為使泵站更好地發揮作用、提高泵站運行管理的自動化水平,在工程設計中需要不斷優化設計方案選取安全可靠、經濟合理、高效節能、信息化完備的方案。因此,需要深入研究優化解決泵站選址、工程布置、水泵選型、廠區設計、信息化建設等方面的問題2 泵站選址

泵站站址的選取,是泵站設計中首先要考慮的問題。站址的選擇,應根據灌溉、排水、工業級城鎮供水規劃、泵站規模、運行特點和綜合利用要求,考地形、地質、水源或承泄區、電源、樞紐布置、對外交通、占地、拆遷、施工、環境、管理等因素及擴建的可能性,經技術經濟比較選定叫。

2.1 灌溉泵站站址的選取

灌溉泵站站址一般選擇在提水灌溉范圍便于控制、輸水系統布置簡單、造價經濟的地點。泵站取水口宜選擇在主流穩定靠岸,能保證引水,有利于防洪、防潮、防沙、防冰及防污的河段。從水庫取水的灌溉泵站,站址應根據灌區與水庫的相對位置地質條件和水庫水位變化情況,選擇在岸坡穩定靠近灌區,取水方便,不受或少受泥沙淤積、冰凍影響的地點。

2.2 排水泵站站址的選取

以排澇為主的排水泵站,站址應選在排水區的最低處,與自然匯流相適應,盡可能靠近河岸且外河水位較低的地段,以便降低排水揚程,減少裝機容量和電能消耗。防洪保護區的排水泵站站址宜選擇在防洪控制線附近;潮沙河口排水泵站站址宜選擇在岸線和岸坡穩定且站址泓灘沖淤變化較小的河口附近。

很多排水泵站位于兩級河道交口,需要將內河的澇水排泄到外河,以保證低內河河道兩岸的排水安全,避免土地浸泡及人民群眾財產損失。從排水順暢的角度,河口泵站跨河布置,往往進水、出水為直線型,排水較為順暢,水泵使用效率更高。隨著近年來人們對生活環境要求的提高、城鎮景觀建設的需要,也常將河口泵站建設在河道一側,在河道交口建設節制閘。泵站側向布置,可以減少對河道的占用,較大程度地保留河道水面面積,并為河道間連通、通航留有建設空間。

2.3 供水泵站站址的選取

供水泵站站址宜選擇在受水區上游、河床穩定水源可靠、水質良好、取水方便的河段。3 工程布置

泵站工程的組成包括泵房、進水建筑物(站前閘、引渠、前池和進水池等)和出水建筑物(出水管道、出水池或壓力水箱等)專用變電站、其他建筑物和工程管理用房、職工住房、內外交通、通信以及其他管理維護設施等曰。

取水泵站布置一般分為引水式和岸邊式2種當水源與出水池之間距離較遠、站址地勢平坦時,采用引水式布置,利用引渠將水源引至泵房前,泵房接近出水池,可以縮短出水管道的長度。當出水池靠近水源,常采用岸邊式泵站布置形式,將泵站建在水源的岸邊,直接從水源取水。

排水泵站建于沿江、濱湖和平原地區的低洼地帶,雨季澇水不能自流排出,必須提排才能避免或減輕澇災的地方。設計過程中,應注意暴雨歷時短、水量大的特點,充分利用內外水高程差自流排水,根據河、湖、溝、渠等的調蓄容積,合理確定泵站裝機功率。排水泵站在整個使用期間的運行時間較短,應盡量使其兼做排澇、排漬、灌溉等功能,提高設備利用率,充分發揮工程的綜合效益。

根據泵站使用情況,往往在泵站進口設置站前閘,出口設置出口閘。排水泵站主要用于汛期排出暴雨產生的澇水,在較大暴雨強度下人河、入湖澇水往往攜帶較多污物,大量污物會降低排水泵站水泵使用效率甚至損壞水泵,為此常在排水泵站站前閘位置設置清污設施,力求將澇水攜帶的污物攔截在前池上游、不進人水泵內,減少對水泵的損壞,以保證泵站的正常使用。澇水由內河排向外河,此時的外河往往承接多條河道來水或為行洪河道、正在高水位運行,排水泵站停止排水后,需要防止外河河水倒灌,為此在排水泵站出口一般設出口閘,防止外河河水倒灌進人內河。

以排水泵站為例,泵站工程按順水流方向一般布置有引渠、站前閘(含清污設施)、前池、進水池、泵房、出水管道、出水池、穿堤管道、出口閘等,如圖1所示。

為減少泵站電能消耗,在排水泵站設計中常設置自流道。設置自流道,可以充分利用內外河水位差自流排水,減少泵站提排時間,節能降耗。在非汛期,自流道的設置,還可以在外河水位高、內河水位低的情況下自流引外河水進入內河,滿足內河景觀，換水及灌溉需求。

自排與抽排結合是排水泵站的最佳布置形式，自流道布置分為分建式、合建式。自流道與泵站分建,自流道排水閘與泵站出口閘各自獨立,自流道與泵站之間干擾較小,這種布置形式適用于原先已建有排水閘、單靠自流排水不能解決內澇問題、需要建設泵站在自流道排水閘關閘期間排水的情況。自流道與泵站合建,工程布置緊湊、投資較省,適用于工程建設受占地制約的情況,如圖1所示,且為節省占地,自流道為埋地管道,管道上部可建設廠區道路或進行綠化、改善廠區環境。

4 水泵選擇

水泵是泵站工程的核心設備。在城鎮及工業企業的給水排水工程中,大量使用的水泵是葉片式水泵"。葉片式泵分為離心泵、軸流泵和混流泵。

4.1 離心泵

在城鎮及工業農業的給水排水工程中,離心泵的使用最為普遍。單級單吸離心泵的特點是揚程較高,流量較小,結構簡單,維修容易,體積小,重量輕,移動方便;泵進口直徑為50~200 mm,流量常小于0.1 m's,揚程為5~125 m。單級雙吸離心泵的特點是揚程較高,流量較大;泵進口直徑為150~1400mm，流量為0.05~5 m%s,揚程為12~125 m。分段式多級離心泵的特點是流量小,揚程高,揚程可根據使用需要,通過選用的葉輪級數來達到:水泵流量一般小于0.125 m's,揚程為17.5~600 m。

4.2 軸流泵

軸流泵的特點是揚程較低、流量較大。立式軸流泵結構簡單,外形尺寸小,占地面積小,泵房較小。立式軸流泵葉輪安裝在進水池最低水位以下,啟動方便。軸流泵葉輪的葉片可以調節,使用工況發生變化時,只要改變葉片角度,就可改變泵的性能。中、小型軸流泵進口直徑為150~1400 mm,流量為0.1~5 m/s,揚程為2~21m.適用于平原地區的灌溉和排澇。

4.3 混流泵

混流泵的特點是流量比離心泵大,但比軸流泵小;揚程比離心泵低,但較軸流泵高;泵的效率高且高效區較寬廣;抗氣蝕性能好,運行平穩。混流泵兼有離心泵和軸流泵的優點,廣泛應用于平原地區、丘陵山區的灌溉與排澇。泵進口直徑為50~900mm，流量在 1.7 m/s以內,揚程范圍為2~25 m。

隨著水泵制造水平的提高,各種類型的水泵尺寸還在不斷變化,適應的流量及揚程范圍也在不斷調整中。

離心泵、軸流泵和混流泵在適用流量、適用揚程上有不少交叉的空間,同一適用條件可能會有一種或幾種水泵型式的選擇。為此,水泵型式的選擇需要在滿足使用功能的前提下,根據使用可靠性、檢修便捷性、占地面積限制性、景觀協調性、工程投資等因素綜合考慮確定。目前,在北方平原地區,立式軸流泵、潛水軸流泵因其安裝維修簡便、投資適中、運行可靠等優勢在排水泵站中被廣泛使用。5 廠區設計

泵站是水利工程中的重要建筑物,泵站工程往往需要配備變配電室、固定管理人員及管理用房。泵站的廠區是泵站工程所在的、包含泵站工程所需設備和房屋的固定區域。泵站廠區的布置需要根據泵站的工程布置確定,同時兼顧廠區對外交通、泵站運行管理等因素。

泵站廠區除了包括泵站主體工程外,還包括主廠房(潛水泵可不設)變配電室、管理用房、倉庫等地上配套建筑物。各地上建筑物之間的距離,應滿足廠區防火及交通道路布置要求。建筑物周邊及廠區道路兩側可進行綠化種植,通過不同植株的高低搭配達到美化環境、凈化空氣的效果。

泵站的變配電室一般靠近水泵設備布置,以減少供電電纜長度,節省工程投資。管理用房、倉庫可以合并布置,減少地上建筑物數量。為管理方便,在廠區主人口一般設門衛室,便于進出廠區人員管理。

泵站廠區高程的選取,是泵站工程設計中十分重要的內容。廠區高程要與泵站電機層高程相協調,為避免廠區內雨澇水進入電機層影響水泵運行，且考慮檢修車輛由廠區進人電機層方便,廠區高程低于電機層高程以0.2~0.5 m為宜。另外，廠區高程應結合廠區周邊交通道路高程確定。泵站的設備維修、清污設備的污物外運往往需要較大車輛進出二區,廠區高程選擇宜與外部道路盡量減小高差,使進廠道路坡度較小,便于通行。

6 信息化建設

近年來,隨著我國工農業及社會發展的需要,許多大中型泵站陸續建成投人使用。機組容量的不斷增大、使用對象重要性的提高,對泵站工程的運行安全、信息化建設提出了更高的要求。為保證工程安全、穩定和經濟運行,降低工作人員勞動強度,提高自動化管理水平及運行效率，一般在泵站內設置計算機監控系統、安防系統、綜合布線系統等。

6.1 計算機監控系統

泵站計算機監控系統的監控范圍主要包括變電站、高低壓配電系統、主機設備、輔機設備,啟閉機等設備以及壓力、水位等重要數據。監控系統采用計算機與PIC相結合的監控技術,分設主控層和現地控制單元(LCU)。泵站內部建立光纖工業以太網以計算機網絡通信方式構架主控層、現地控制單元之間的聯絡。主控層以服務器作為監控中樞，下級為現地控制單元級,設集中LCU控制柜、閘門LCU柜等。泵站主控層負責整個泵站的監視、控制和調節,并實現從各LCU和外部子系統采集數據、數據歸檔、事件記錄與歸檔、生產報表、繪制趨勢曲線和語音報警功能。

6.2 安防系統

安防系統配置綜合管理平臺及安防主機,通過協議轉換網關,將火災自動報警系統、視頻監控系統危險探測系統、廠區人侵監測系統等子系統接入安防綜合管理平臺,實現基于平臺的統一顯示、統一有儲、統一操作、統一查詢、統一管理等功能。通過平臺系統軟件進行集中管理和監控,拓展各安防技術子系統的應用范圍,實現各子系統的聯動、協調工作增強安防防控能力,提高安全管理工作效率及水平。

6.3綜合布線系統

在泵站主廠房、變配電室、管理用房配置綜合布線系統,設置配線架,將監控系統、安防系統等線纜進行綜合配線。在廠區配置廠區綜合布線系統,在進出建筑物設置檢修人孔,各轉角及管道匯接處設置檢修手孔,各檢修孔之間采用鋼管及格柵管布線，實現系統間通信。

各泵站工程的信息化建設,需要考慮與區域智慧水務平臺的兼容性,按照水利網信發展要求,具備將泵站信息上傳到更高級水務平臺的功能,實現水務空間數據資源和空間服務平臺的共享共建。7 結語

泵站是水利工程的重要組成部分,深入研究泵站選址、優化泵站布置、合理選擇水泵型式會使泵站布局更加合理、使用效率更高、能源消耗更少。優化泵站廠區內各建筑物布局,不僅能減少工程投資,還可以使泵站的運行管理更加方便。信息化建設是現階段及未來泵站工程的重要建設內容,可以提高泵站自動化運行水平,為區域智慧水務平臺建設提供基礎數據,實現區域水利設施聯合調度