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1、第八章 水泵站工程规划,水利规划 在一定的任务条件下，根据各地区的自然地理条件和社会经济条件，合理确定所需要的水利设施、工程规模以及各设施之间的配合运用。 1任务：防洪、除涝、灌溉、降渍、盐碱地改良、航运、发电、冲淤、水产等。 2自然地理条件：地貌特征、水文特点、降水量时空分布、土质、植被、地质（工程、水文）。 3社会经济条件：人口分布、区域的财政条件、经济发达程度、国家及地方的政策方针。,4水利设施：水库、渠道（河道）、电站、泵站、桥涵、水闸、船闸、渡槽、鱼道。 5工程规模：建筑物等级、标准以及影响范围。 6配合运用：各建筑物之间的协调关系，联合运行。,水利规划需处理好的几个关系： （1）近
2、期与远期 （2）投入与产出 （3）整体与局部 （4）地区间协调,泵站工程规划: 是地区水利规划的一部分，其任务是在分析地形地质、水文等条件的基础上确定： （1）划分灌溉区（排水区）； （2）确定泵站的规模、设计标准、设计参数(Q、H等)； （3）泵站工程的组成（泵站站址、枢纽布置、协调运行方案）。,泵站类型：（按作用分） 灌溉站、排水站、排灌结合站、抽水发电站、其它（调水、改善水质、降渍、盐碱地改良）。 泵站枢纽的组成：（泵站枢纽：泵站附近以泵站为中心的主要建筑物之间的关系） (配合泵站运行的各建筑物或设施的总和。) 泵站、进出水建筑物、渠系、变电所、控制闸、船闸、鱼道、桥梁、涵洞等。,第一节
3、 灌溉泵站规划,一、抽水灌区的划分 根据当地的地形、水源、能源和行政区划等条件进行分流、分级控制，从而达到投资省、效益大的目的。,构成：全灌区只建一座泵站，由一条干渠控制全部灌溉面积。泵站降水提升到灌区的制高点，让后由渠系向全灌区供水。 适用：灌区地形等高线基本平行于水源，灌区较小，地形高差不大。 特点：工程规模小，机电设备少，工程比较集中。,1一站一级提水，一区灌溉,2多站一级提水，分区灌溉 对灌区面积较大，如采用一站一区灌溉。 存在问题： （1）输水渠道太长，沿程水量、能量损失大； （2）用水矛盾突出； （3）管理不便。,注：每个灌水区由单独的泵站和灌溉干渠供水。,有天然河道分割，如采用一
4、站一区灌溉 存在问题： （1）过河（沟）交叉建筑物太多； （2）输水渠长； （3）用水矛盾突出。,3多站分级提水，分区灌溉 适用：灌区面积大，地形高差大。 特点：与一站一区相比，可有效地节省能源。 原理：可避免出现提升到高处的水再回流灌溉低田。把已经提升到一定高程的水作为另一泵站的水源，建梯级泵站。根据地面高差，将灌区分成几个高低不同的灌水区。,4一站分级提水，分区灌溉 特点：在一座泵站内安装扬程不同的几台泵，分别向相应的出水池供应。 （高地用高池灌溉，低地用低池灌溉。） 适用：灌区面积不大，但区内高差较大，高差比较明显。 优点：工程集中、便于管理，有利于节约能源。,补充内容: 泵站能量传递
5、设进水河道水位: 1 进水池水位: 2 出水池水位: 3 出水河道水位: 4 水泵的流量: Q 水泵扬程: H 轴功率: P轴 电机输入功率: P入 输出功率: P出,电机效率： 传动效率： 水泵效率： 管路效率：,水池效率： 泵站效率：,装置效率：,二、高扬程灌区的分级,对于扬程高、灌溉面积大的灌区，大多采用多站分级提水、分区灌溉，以避免高水低灌，节约能源。 分级越多，各级泵站动力总和越少，但总的土建工程投资和设备投资势必增加。 因此，针对具体的灌区，如何分级建站，要根据地形条件决定。,二、高扬程灌区的分级,高扬程灌区分级提水可节约能源,为什么? 例：某灌区灌溉面积为，灌水率为q，总提水高度
6、为H，泵站效率为站，渠系水利用系数渠。假设电机效率、传动效率均为100%。 如采用一级提水,则需总功率为：,如为二级提水,各站控制面积相等,各站提水高度相等,则两站总功率为:,比一级提水总功率省1/4,如为三级提水,各站控制面积相等,各站提水高度相等,则三站总功率为: 比一级提水总功率省1/3 *级数越多,节省功率也越多。,以四级为例探讨如何采用功率最小方法确定扬程分级: 某灌区面积与高程关系曲线=f(H)，设水源水面高程为0，该区最高点高程为H，灌溉面积为，如灌水率为q。,四个站抽水总功率： N4=K（1+2+3+4）H1 +(2+3+4)(H2-H1) +(3+4)(H3-H2) +4(H
7、-H3) =K1H1+2H2+3H3+4H 1=1；2=2-1；3=3-2；4=-3 N4=K1H1+(2-1)H2+(3-2)H3+(-3)H,N4=K1H1+(2-1)H2+(3-2)H3+(-3)H 要使四级站抽水的总功率最小，可将N4对进行偏微分，并令其等于0，即：,图解法：(自学) 1假设第一次作图时一级站的扬程为H11=H/n（n为级数，以4级为例），H11中的第一个下标“1”表示第一次作图，第二个下标“1”表示一级站，其它类推。 2从纵坐标上相应的H11处向右作水平线，交曲线于A12点，该点的高程即一级站出水池水位高程（可近似地看作二级站的站址高程），过A12作=f(H)的切线。
8、 3过H11点作=f(H)曲线在A12点切线的平行线，与过A12点的垂线相当于H12，该点即为二级站出水池水位高程。,仿照上述方法，一直求出H14和A14的位置，若最后H14的纵坐标值不等于H，表示第一次作图时一级站的扬程H11假定得不正确，需根据比例关系，按下面的步骤，求第二次作图时第一级泵站的扬程H21。 4以O为园心，OH为半径画弧，交横坐标于M点。 5过H14作水平线交纵坐标于P1点，连MP1。 6过H11作H11N1/MP1。 7以O为园心，ON1为半径画弧，交纵坐标轴于H21点，H21点即为第二次作图时的一级站扬程。,再按上述方法求其它各级站的H22、H23、H24。 若H24仍不
9、等于H，则再按以下关系 仿照上述47步骤，重新作图，直至最后一级泵站扬程的纵坐标与H相等为止。 *此法可确定各级站所处的高程位置， 站址的最终确定仍需考虑更多的因素。,（1）地形条件：开阔、平坦、利于施工场地及 建筑物布置，开挖小， 利于今后的改、扩建。 （2）地质条件：地基土质好，承载力高， 地下水位低， 尽量避免淤泥、流沙。 （3）水 源：来流条件好，河床稳定， 对弯道，宜建在凹岸。 （4）其 他：能源充足，交通便利。,三、站址选择和建筑物的总体布置,1、站址选择需考虑的因素,（取决于地形、地质、水源水位） 从江河、湖泊或灌溉渠道上的取水泵站 （1）有引渠的布置形式 （2）无引渠的布置形式
10、 从水库中取水的泵站 （1）从水库上游取水（引渠、潜没式） （2）从水库下游取水（明渠引水、压力涵洞引水） 井泵站,2、建筑物的总体布置,反映灌溉水源或泵站提水能力对农田灌溉用水保证的一项指标，是确定泵站规模和设计参数的重要依据，一般可用灌溉设计保证率或抗旱天数表示。,四、灌溉设计流量确定,灌溉泵站设计流量应在满足一定的灌溉设计标准下，根据作物的灌溉制度、灌水模数、灌溉面积、渠系水利用系数及灌区内调蓄容积等综合分析计算确定。,1、灌溉设计标准,在长系列内，供水量满足灌溉要求的年数占总年数的百分比，与水源条件（丰水、缺水）及作物种类（旱作、水稻）有关。 综合反映了水源条件（河道的来水量、引水能力
11、）与灌区用水的需要。,四、灌溉设计流量确定,1、灌溉设计标准,灌溉设计保证率,灌溉保证率80%代表什么意思？,四、灌溉设计流量确定,1、灌溉设计标准,灌溉设计保证率,连续无雨时，泵站工程能满足灌区作物用水的天数。 反映泵站抗御干旱的能力，指泵站工程能满足抗旱需要的天数。,四、灌溉设计流量确定,1、灌溉设计标准,抗旱天数,四、灌溉设计流量确定,2、设计流量的确定,最大一次灌水定额，m3/hm2,灌溉面积，hm2,轮灌天数，d，全灌区灌一次水所需总延续的天数,水泵每天工作时间，大型泵站可采用24h，一般采用2022h,渠系水利用系数，与渠道控制的面积、渠床土质、渠道长度、防渗措施等有关,五、泵站特
12、征水位和灌溉扬程确定,泵站上下游水位有出水池水位（上游）和进水池水位（下游），出水池水位决定于灌区田面高程及灌溉流量等因素，进水池水位决定于水源水位。,1、出水池水位,灌溉泵站的出水池水位是灌溉渠系由渠尾到渠首逐级推算出的灌溉干渠的渠首水位。,渠尾处代表性高田块地面高程,田间灌溉深度，水稻一般采用0.10.15m,从出水池到田间经过各级渠道的沿程水头损失总和,从干渠渠首到田间通过各渠系建筑物的局部水头损失总和,1、出水池水位,最高水位,当出水池接输水河道时，取输水河道的校核洪水位；当出水池接输水渠时，取与泵站最大流量相应的水位,设计水位,取按灌溉设计流量和灌区控制高程的要求推算到出水池的水位,
13、最高运行水位,取与泵站加大流量相应的水位,最低运行水位,取与泵站单泵流量相应的水位；有通航要求的输水河道，取最低通航水位,平均水位,取灌溉期多年日平均水位,2、进水池水位,情况一：无引渠或引渠较短的泵站,进水池水位：同水源水位。,情况二：引渠较长,进水池水位：水源水位扣除从水源（取水口）至进水池的水力损失。,情况三：河床发生变化,进水池水位：水源水位扣除河床变化的影响。,2、进水池水位,最高水位,根据建筑物防洪标准确定,设计水位,从河流、湖泊或水库取水时，取历年灌溉期水源保证率为8595%的日平均水位或旬平均水位；从渠道取水时，取渠道通过设计流量时的水位,最高运行水位,从河流、湖泊取水时，取重
14、现期510年一遇洪水的日平均水位；从水库取水时，根据水库调蓄性能确定；从渠道取水时，取渠道通过加大流量时的水位,2、进水池水位,最低运行水位,受潮汐影响的泵站，取历年灌溉期水源保证率为9597%的日最低潮水位,平均水位,从河流、湖泊或水库取水时，取灌溉期水源多年日平均水位；从渠道取水时，取渠道通过平均流量时的水位,3、灌溉扬程的确定,根据上述出水池水位和进水池水位的组合，可以算出泵站的各种扬程：,设计扬程=出口设计水位-进口设计水位。 最大扬程=出口最高水位-进口最低运行水位。 最小扬程=出口最低水位-进口最高运行水位。,3、灌溉扬程的确定,泵站进、出水池平均水位差计算。 计算加权平均扬程。
15、在平均扬程下，水泵应在高效区工作。,平均扬程,第二节 排涝泵站规划,排除控制区涝水、防止涝灾（排涝）； 降底地下水位，防止返盐、返碱（降渍）。,一、规划原则,1、排涝泵站的作用,因地制宜，统筹兼顾。 对排水区的划分，做到“高低分开，内外分开，控制地下水位”。 高低分开 等高截流，高水高排，低水低排； 内外分开 洪、涝分开，避免上游洪水入侵； 河（湖）、田分开； 控制地下水位：将地下水位控制在一定深度以下。,2、排涝泵站规划的原则,自排与提排； 内排与外排（排入排水区内的容泄区还是直接排至外河）； 排田（抢排）与排湖（内河）； 蓄水与排水； 灌溉与排水。,3、需处理好的几个问题,地形特征：地面比
16、较平坦，但仍有一定的高差； 水位特征：汛期外河水位一般高于内河水位，有时较低； 排水区划分：高排区（自排）、低排区（抽排）（外水位长期高于田面）、自排和抽排结合区。,二、排水区的划分,1、沿江滨湖圩内排水区的划分,地形特征：圩后是高地，圩前是江湖； 水位特征: 汛期外水位高于圩内田面； 排水区划分：高低分开，设置截流沟或撤洪沟。,2、半山半圩地区排水区的划分,地形特征：受洪水影响较小而潮汐影响较大； 排水区划分：按地区高程划分排水区 畅排区、半畅排区及非畅排区； 注意: 对半畅排区，应当考虑一些排水出口，当潮位较低时尽可能自排，如不行，则抽排。,3、滨海和感潮河段地区排水区划分,（1）集中建站（大站） 适用：排水面积较大，地形起伏小或地势呈单向倾斜；蓄涝区（内河）容积集中且较大；有骨干排水河道、排水出路较远；排水
