窦家山绿化基地灌溉泵站更新改造及效益分析

雒亚新

(甘肃甘兰水利水电勘测设计院有限责任公司，甘肃 兰州 730000)

1 工程概况

甘肃省水利厅窦家山绿化基地灌溉泵站为四级提灌泵站，其中一、二、三级泵站修建于1961年，四级泵站修建于1991年，设计最大提水流量为0.196 m3/s，总扬程397.6 m，总装机1264 kW。泵站现承担着周边单位、学校、市场2.8万多居民生产生活用水及水保所周边农田、绿化等面积3000余亩的灌溉任务[1]，对兰州东出口环境改善起着重要作用，同时对周边地区社会和国民经济的稳定、发展意义十分重大。泵站运行多年以来，对当地的农林经济发展及水土保持起到了不可替代的作用，但受当时经济条件和体制的制约，该泵站属边规划、边设计、边施工的“三边”工程，建设标准偏低，现状运行时间长，机房简陋、设备老化、故障多、维护费用大，高耗低能问题十分突出。为使该泵站工程更好地发挥效益，2018年底，甘肃省水利厅兰州水土保持科学试验站对该灌溉泵站一、二级泵站进行全面更新改造建设。本文根据该灌溉泵站运行现状及存在的问题，结合一级、二级泵站建筑物、机电设备、金属结构的现场安全检测成果，提出泵站更新改造的建设方案，并对泵站改造完成后产生的效益进行预估。

2 泵站现状及存在的问题

2.1 泵站现状

(1)一级泵站现状

一级泵站位于榆中县来紫堡乡桑园峡黄河岸边，上游距兰州黄河铁路桥约430 m，泵站建筑物主要包括：主泵房(1#泵房、2#泵房)、管理房、镇墩及支墩。1#、2#泵房均为干室型泵房，1#地上层为砖木结构，2#地上层为砖混结构，地下层均为钢筋混凝土结构。泵站管理房4间，均为砖木结构，镇墩为混凝土结构，支墩为浆砌石结构。

一级泵站现安装水泵机组4台套，1#、2#泵房各2套，总装机414 kW。

(2)二级泵站现状

二级泵站位于榆中县米紫堡乡大青山至五泉奶牛场中间的沟道内，泵站建筑物主要包括进水池、主泵房、管理房、镇墩及支墩、出水池。进、出水池为混凝上结构，主泵房为分基型泵房，泵站管理房4间，均为砖木结构，镇墩、支墩均为混凝土结构。其中进水池正在改建，镇墩及支墩、出水池已改建完成。

泵站现安装水泵机组2台套，装机320 kW。

2.2 一、二级泵站存在的问题

一、二级泵站经过五十多年的运行，泵站建筑物老化破损尤为严重，机组、电气设备和大部分设施设备也带病运行，严重影响了泵站安全运行。主要存在的问题有：(1)一级泵站不满足防洪要求，在黄河汛期多次被河水淹没，泵站1#泵房面积狭小，仅约9 m2，设备维护困难；(2)一级泵站原设计未考虑进水前池，水泵直接从黄河取水，由于黄河含沙量高，水泵磨损严重；(3)一级泵站原设计采用两级串联提水，运行效率低，操作繁琐；(4)一、二级泵站泵房等主要建筑物年久失修，普遍出现裂缝、不均匀沉陷、混凝土老化、破损等现象，存在许多安全隐患；(5)一、二级泵站机电设备严重老化，淘汰产品多，影响正常使用；(6)一、二级泵站之间输水混凝土管道老化，部分管道外露，接口多处出现严重渗漏，附属建筑物破损严重，镇墩混凝土缺损、露石严重，支墩浆砌石砂浆老化，缺损严重，存在严重安全隐患；(7)一、二级泵站管理房屋均为砖木结构，内墙面多处开裂，外墙砌砖风化、缺损严重，屋面破损，管理房坡屋面木梁老化、漆层剥落，已成危房。

3 泵站改造设计

3.1 泵站建筑物更新改造方案

泵站除为区域内耕地、林地提供灌溉水源外，还为附近学校提供生活用水，调查泵站目前运行情况，一、二级泵站连续停水时间不能超过2 d。根据泵站存在的主要问题，同时考虑现有泵站不能长时间停止供水的实际情况，本次一、二级泵站改造方案如下。

(1)一级泵站更新改造方案

在原一级泵站2#泵房下游临河新建一级泵站主、副厂房，新增进水池；一级泵站出水池后移至开阔地段新建；出水压力管道及镇、支墩在原管道左侧重新布置；在现有管理房左侧新建管理房3间；维修场内道路等管理设施。

原有一级泵站1#、2#泵房及进出水管道、镇、支墩、出水池及在工程更新改造期间继续使用，待泵站更新完成后不再使用。

(2)二级泵站更新改造方案

拆除现有二级泵站主厂房西侧管理房，在其位置新建二级泵站主、副厂房；二泵站管理房拆除后在沉沙池北侧位置新建。二级泵站主、副厂房在改建期间继续使用，待泵站主体更新改造完成，满足运行条件后拆除。

(3)一级与二级间钢筋混凝土输水管改建方案

一级至二级间钢筋混凝土输水管道，运行已超过50多年，已超过其设计使用年限，存在运行安全隐患，本次设计初步确定在原管线一侧重新布设一条管道输水。

3.2 工程总体布置

(1)一级泵站总体布置

改建一级泵房位于现一级泵站2#泵房下游20 m处，地形稍开阔，相对平坦，地质、水深等条件满足泵房建设要求。泵房采用干室型泵房，平面成矩形布置，临河侧新增进水池，为便于进水池清淤及对水泵进水管道进行维护检修，进水池进口设检修闸门挡水，顶部设置清淤用起吊设备。主厂房下层为水泵室，单列式布置两台卧式机组，靠下游端上层设检修间，主厂房设电动单梁悬挂式起重机1台。副厂房与主厂房分基布置，位于主厂房出水侧，为二层结构，其下层布设出水管，流量计及泄水(压)阀等。改建泵站出水压力总管为1根DN300 mm的钢管，总长度418 m。管道及镇、支墩沿原管道并排布设，管道爬坡段跨东金公路以下段采用明管布设，跨东金公路及至新建出水池段管道埋地敷设。一级泵站出水池选在果园西北角开阔地方新建，采用矩形结构，正向出水。新建3间管理房位于现管理房南侧，背靠铁路专线，建筑面积约48 m2。

(2)一级泵站出水池至二级泵站输水管道布置

现有一级泵站至二级泵站输水管道穿过果园后，沿原五泉奶牛场所处沟道右侧山脚等高线布置，由于管线经过地段，新老坟地较多，为了减少土地征用，避免迁坟，新建管线靠山体一侧沿原管线并排埋设，总长度997 m。

(3)二级泵站总体布置

改建二级泵站主厂房位于现有管理房位置。采用干室型泵房，主厂房下层为水泵室，单列式布置两台机组，机组负吸程安装，主厂房东端上水层设检修间，主厂房设电动单梁悬挂式起重机1台；副厂房与主厂房分基布置，位于主厂房西侧；改建二级管理房布置在已改建沉沙池北侧，共计3间，建筑面积约50 m2。

3.3 主要建筑物更新改造设计

(1)泵房

改建一、二级泵站选择干室性矩形结构泵房，主厂房的水下结构分别采用C30钢筋砼板式结构，地面以上均采用框架结构，屋顶钢筋砼平顶屋盖，建筑立面采用砂浆抹面和内、外墙涂料砖结构。一、二级泵房各安装2台卧式单级双吸离心泵，机组台数少，采用单列式布置，机组沿主厂房纵向布置成一排。一级泵站选用2台KQSN250-N4/595型单级双吸离心泵，二级泵站选用2台KQSN250-M4/540型单级双吸离心泵方案。

(2)泵站进出水建筑物

改建一级泵站增设进水池与泵房合建，进水池侧向进水，净长5.75 m，净宽3.0 m，池深约9.3 m，侧墙厚、底板厚0.8 m，采用C30钢筋砼结构。进水池进口设检修闸门，池顶钢筋混凝土排架。出水池正向进水，出水池净长3.0 m，净宽2.0 m，池深约2.5 m。

(3)压力管道

泵站出水压力管道全部采用钢管，泵房至东金公路段压力钢管采用明管铺设，其余段全部采用填埋式方式铺设，压力管道竖直方向坡度≥1∶3，水平方向转角≥30°时设置钢筋混凝土镇墩。一级泵站出水池至二级泵站改建输水管道采用DN450球墨铸铁管埋地敷设。

4 效益分析

4.1 灌溉效益

本次更新改造的泵站更新改造后可改善灌溉面积3000亩，参照类似工程灌溉效益，改善灌溉面积亩均新增效益按110元计，则改善灌溉面积3000亩的灌溉效益为33万元。

4.2 人畜饮水效益

本工程供水范围为甘肃省水保所、兰州资源环境职业技术学院、兰州军区68141部队、中国人民解放军32194部队、兰州成功学校，供水对象为供水范围内城镇居民、单位职工和学生，2030年供水人口为33477人，本次规划的中型泵站更新改造后，供水范围内年饮水量保证率得到提高，生活质量得以改善，其效益按年可节省运水费用，改善水质减少疾病，节约医疗、保健费用等估算。经分析计算，可节省拉水费和医疗费用约190万元。

4.3 节能效益

本次泵站更新改造后装置效率将明显提高，能源单耗将明显下降，从现状的6 kW·h/(kt·m)～7.5 kW·h/(kt·m)下降到5 kW·h/(kt·m)以下，节电20%以上，按泵站年均耗电量54 kW·h计算，平均每年可节电20%，按0.26元/(kW·h)的影子电价计，可节省动力费8万元。

4.4 减少维修费效益

本泵站工程泵房年久失修、机电设备老化严重、配套设施靠修旧利废维持运行，更新改造前每年维修费用按影子工程投资的1%计[2]，为15.01万元。工程更新改造后，每年将减少大量的维修工作量和节省维修费用，泵站采用的设备使用年限将有所延长，水泵抗汽蚀性能大幅度提高，节省维修费用按30%计算[3]，则每年可节省维修费用5万元。

4.5 管理效益

本次泵站工程更新改造后，设备状况大为改善，运行效率大幅度提高，改造后将采用计算机自动化监控管理，泵站将进入少人值守的管理模式，每年将可节省管理人员和运行人员约2人的费用，平均每年可节约人员工资和管理费用10万元。

综上所述，本次泵站更新改造后，直接增加的效益为245万元，本工程的实施，具有极其显著的社会效益、经济效益、生态环境效益。

5 结论

本工程的建设，可解决甘肃省水利厅窦家山绿化基地灌溉泵站一、二级泵站存在的问题，提高泵站运行的安全性、可靠性，对当地的农林经济发展、水土保持及居民生活用水有不可替代的作用，对维护社会稳定、促进本地区经济的稳步发展具有重大意义。泵站在改造建设中应正确处理安全、质量、经济、环保、节能等的相互关系，确保工程设计建设安全可靠、质量合格、技术可行、经济合理和适合国情，力求经济效益、社会效益和环境效益的协调统一。