《泵站规划》PPT课件.ppt

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 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。 l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。 l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。 l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 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 u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。 u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。 u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。 一级级站二级级站三级级站四级级站 流 量(1+2+3+4)q/渠(2+3+4)q/渠(3+4)q/渠4q/渠 扬扬 程H1H2H1H3H2HH3 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-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。 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 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 p 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 u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。 u 综合反映了水源条件（河道的来水量、引水能力）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 n 连续无雨时，泵站工程能满足灌区作物用水的天数。 n 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 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： l 设计扬程=出口设计水位进口设计水位。 l 最大扬程=出口最高水位进口最低运行水位。 l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。 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 l 排除控制区涝水、防止涝灾（排涝）； l 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 n 因地制宜，统筹兼顾。 n 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 u自排与提排； u内排与外排（排入排水区内的容泄区还是直接排至外河）； u排田（抢排）与排湖（内河）； u蓄水与排水； u灌溉与排水。 3、需处理好的几个问题 p地形特征：地面比较平坦，但仍有一定的高差； p水位特征：汛期外河水位一般高于内河水位，有时较 低； p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；排水面积不大，但地势比较 平坦，蓄涝容积较大，排水出口或行政区划单一时 。 优点：单位装机容易造价低，总投资省，管理方便 ，泵站效率高。 缺点：排水不如分散建站及时。 三、站点布置与排水方式 1、集中建站与分散建站 （2）分散建站（小站） l 适合：排水面积较小；排水面积虽大，但地形起伏 也大； 水网密集地区；排水出口分散。 l 优点：工期短，收效快，排水及时。 l 缺点：管理分散，总造价高，泵站效率低。 （1）一级排水 由排水站将涝水直接排入承泄区，或由 排水站将涝水先排入蓄涝容积，当外河水位较低时再自流入承 泄区。 2、排水方式 适用：排水区面积较小，排水扬程较低 ； 优点：排水及时； 注意：排水区内要有一定的蓄涝容积。 一级排水 （2）二级排水 在低洼处建小站（内排站），将涝水 先排入蓄涝区，蓄涝区内的涝水再通过另建的泵站（外排站 ）排入外河。 优点：泵站排水扬程较低；通过闸、 站配合利于节省装机容量。 适合：排水面积较大；地形复杂； 排水总扬程较高。 二级排水 （3）一、二级结合排水 有时外排站即可排蓄涝区的 涝水，又可直接排出，在运用上采取先排田后排蓄涝区。当 泵站排田时为一级排水，而排蓄涝区时则为二级排水。 四、排涝标准和排涝设计流量确定 排涝设计流量 排区面积 排涝标准 影响因素：暴雨情况、产汇流过程、植被、土质、蒸发、调 蓄情况、作物耐淹深度、外河水情、经济发达程度与经济条 件。 四、排涝标准和排涝设计流量确定 1、排涝标准 （1）设计暴雨法 以排水区发生一定频率的暴雨而不 受涝为标准。 2、排涝标准的表示 n 首先确定设计暴雨，然后根据相应的设计水位和排水时 间确定泵站规模和装机容量。 n 我国各地采用设计暴雨重现期多为510年。排水时间应 当与排区作物耐淹程度和排水方式有关。 n 设计暴雨表达法含义明确，且能综合反映各地自然地理 、水文特征和作物种植等特点，是目前广泛采用的表达 方式。 （2）典型年暴雨表示法 以工程未建前一涝情较为严 重的年例暴雨作为典型年暴雨，并以此条件下不受涝为标 准。 2、排涝标准的表示 u采用典型年暴雨作为设计标准，能较好地反映涝区实际 情况，概念上明确具体。 （1）排水模数法（经验法） 排水模数（q） 排水区内每km2的最大排水流量（m3/skm2） Q=qA 排水模数(q)与排涝设计标准、流域形状、所在地区、暴雨情况等因 素有关，用经验公式计算为： q=kRmAn 式中：A 排水区面积km2 R 暴雨产生的径流深（mm），由暴雨、径流关系推求 K 综合指数（反映河网配套程度、排水沟坡度、降雨历时、 流域形状等因素） m 峰量指数（反映排水模数与洪峰流量关系） n 递减指数（反映排水模数与面积的关系） 3、排涝设计流量的确定 （2）平均排除法 当排水区面积较小，且区内只有分散的湖泊，河网等调 蓄容积时，一旦遇到暴雨，全部面积上的总产水量除了一 部分滞蓄（田间、河网、湖泊）外，均需抽排，设计流量 可按下式计算： 式中：P设计设计暴雨量（mm） T排水天数（根据排涝标准确定） t每天的开机时数 C荒旱地的径流系数 h田蓄田间允许滞蓄水深（mm），与作物类型及生长期有关，水 稻田一般为5070mm h河湖蓄河网、湖泊蓄涝水深（mm），一般为6001000mm （3）调蓄演算法（自学） 考虑排水区内河、湖泊的调蓄作用 a先排田后排湖 b全部排湖 1特征水位 （1）出水池 a防洪水位：由泵站防洪标准确定，一 般是外河汛期较高标准的洪水位。 作用：确定整个泵站工程的防洪措施，校 核工程安全。 五、排水泵站的水位和排涝扬程确定 b最高运行水位： 当承泄区水位变化幅度较小，水泵在设 计洪水位能正常运行时，取设计洪水位。 当承泄区水位变化幅度较大，取重现期 为10 20年一遇洪水的3 5日平均水位。 当承泄区为感潮河段时，取重现期为10 20年一遇洪水的3 5日平均潮水位。 作用：确定泵站Hmax c设计运行水位：取承泄区重现期为5 10年 一遇洪水的3 5日平均水位。 当承泄区为感潮河段时，重现期为5 10 年一遇洪水的3 5日平均潮水位。 *对特别重要的排水泵站，可适当提高排涝标准。 作用：确定设计扬程。 d最低运行水位：取承泄区历年排涝期间外 河最低水位或最低潮水位的平均值。 作用：确定最低扬程，出水管管口高程。 （2）进水池 a最高水位：取排水区建站后重现期1020年一遇的 内涝水位。 作用：决定泵房电机层高程 b最高运行水位（起排水位） 取按排水区允许最高涝水位的要求推算到站前 的水位；对有集中调蓄区或内排站联合运行的泵站 ，取由调蓄区最高调蓄水位或内排站出水池最高运 行水位推算到站前的水位。 一般取能保证排区内90%的农田能自排的水位 。 作用：决定最低扬程。 c设计水位： 取由排水区设计排涝水位推算到站前的水位 ；对有集中调蓄区或内排站联合运行的泵站，取 由调蓄区设计水位或内排站出水池设计水位推算 到站前的水位。 d最低运行水位（停排水位） 取按降低地下