郑保林

（宁夏回族自治区红寺堡扬水管理处，宁夏 中卫 755100）

灌溉泵站是农业供水的重要设施，随着乡村振兴战略的实施，灌溉泵站要进一步提高提水效率，以此满足现代农业生产的要求。红寺堡扬水工程是宁夏扶贫扬黄工程的重要组成部分，于1998年开工建设，被誉为宁夏中部干旱带上的“生命工程”。扬水工程为灌区带来了巨大的经济、生态、社会效益。但随着生态人口的不断增加，灌区耕地面积也逐年增加，同时，灌区种植结构相对单一，主要为玉米和林草，导致灌区在灌溉用水高峰时期容易出现灌水调度紧张甚至泵站供水不足的问题，水资源供需矛盾日益突出，严重影响灌区农民的收入水平。因此，如何提高灌溉泵站提水效率成为节约用水、解决水资源供需矛盾的重要举措。

1 提高灌溉泵站提水效率的意义

随着灌区人口的增加及现代农业生产发展的要求，提高红寺堡泵站的提水效率具有重要意义：首先，提升泵站提水效率是满足红寺堡灌区农业生产的必然要求。红寺堡灌区作物种植结构单一，高温干旱时田间土壤水分蒸发快，农作物需水量大。提升灌溉泵站提水效率能够有效提升泵站的供水质量，根据农业生产、人畜饮水等不同要求合理调整泵站供水，以此满足农业生产用水，解决供水不足的问题[1]。其次，提升灌溉泵站提水效率是提升灌溉泵站经济效益的重要手段。“双碳目标”战略的实施要求灌溉泵站不仅要追求经济效益，还要突出生态效益。长期以来灌溉泵站一直致力于提升供水效率，但是往往忽视供水量与用户需求之间的精准对接，导致泵站供水的整体效益不高。通过提升泵站提水效率可以促使灌溉泵站构建以客户需求为准的供水服务模式，同时也在一定程度上增强了用户的节水意识。例如红寺堡地区多以旱作农业为主，大部分地区采取漫灌、串灌的用水模式，但是随着供水量的下降，用户不得不选择节能性能的管材或者灌溉技术，无疑促进了用户的节水意识[2]。

2 影响灌溉泵站提水效率的原因

提高灌溉泵站提水效率是解决供需用水矛盾，提升农业生产效率的重要保障措施。虽然红寺堡扬水工程的建设规模在不断扩大，但是其灌溉泵站供水效率依然难以满足农业灌溉用水的要求。笔者结合多年工作实践，分析得出影响红寺堡扬水泵站提水效率的因素主要表现为以下三个方面。

2.1 水质条件相对较差，影响泵站提水效率

供水水质条件是影响红寺堡泵站供水效率的关键，如果供水水质条件不高，则会直接影响泵站机电设备的运行效率，造成提水效率下降。由于红寺堡泵站水源为黄河水，含沙量比较多，尤其是灌区用水高峰时期属于黄河上游雨水多发季节，这样的情况下黄河水中的泥沙量会显著升高。而供水水质泥沙含量的增加对泵站的运行效率会产生较大的影响：一方面，供水水质含沙量的升高增加了提水机电设备的故障发生率，会影响泵站提水工作的持续开展。机电设备是泵站提水的主要动力设施，主要通过机械动能将供水水源输送到供水管道中。如果供水水质含沙量比较高，那么就会增加机电设备在提水的过程中水泵叶轮表面与水体间的摩擦，久而久之必然会导致水泵出现机械故障，从而迫使水泵停止工作，影响水资源的持续供给，给灌区农业灌溉造成巨大损失。例如由于水泵中的黄河水携带泥沙进入到主水泵中容易造成机封磨损，引起主水泵轴端漏水，甚至损坏机封迫使泵站停机停水，造成系统供水中断、灌区灌溉中断等不良后果。另一方面，泥沙水流会增加水力损失，降低泵站机电设备效率。水中泥沙含量的增加使得水容量增加，这样在泵站机电设备进行提水操作时，水流中容易产生漩涡，导致泵站机电设备提水的总容量降低，使得水力损失增加，影响提水效率[3]。

2.2 配套供水设施不完善，供水管道设计不合理

构建完善的供水配套设施是提高泵站提水效率的重要举措。红寺堡扬水工程灌区面积越来越大，对泵站供水质量要求越来越高，但是通过分析发现红寺堡的配套供水设施相对不完善，尤其是供水管道设计的不合理问题成为影响泵站提水效率的重要因素。主要体现在以下三个方面：一是红寺堡泵站供水配套设施不完善，影响供水效率。以进出水池为例，由于红寺堡泵站地处宁夏，该区域常年少雨。特殊的地理环境及气候特点使得泵站进水管向垂直水流方向吸水，当水头发生90°转弯时，就会导致水流中产生漩涡，造成水泵进气，使得水位较低时前池末端机组出现取水不足的问题。同时伴随动力下降产生振动，影响水泵的出水效率。二是供水管道设计不合理，增加水阻，影响提水效率。实践证明供水管道设计不合理就会增加提水阻力，进而影响供水的工作效率。例如红寺堡泵站供水管道多为钢筋混凝土预制管道，由于管壁受出水冲刷，管壁内表面出现粗糙麻面，这样会增大流阻系数，导致水头损失较为严重[4]。三是管道日常维护不到位，导致泵站提水受阻严重。由于红寺堡泵站供水管线比较长，夏、秋季渠内杂物比较多，如果不及时捞出，会堵住水流，抬高渠道水位，降低前池水位，进而影响水泵的正常运行。但是根据实践调查，红寺堡泵站在日常管道维护上缺乏对渠内垃圾的清理工作，这也在一定程度上影响了泵站提水效率。

2.3 机电设备运行效率相对较差，信息化控制程度不高

机电设备是泵站提水灌溉的重要工具，机电设备运行效率直接影响泵站的提水效率。红寺堡泵站机电设备种类繁多，虽然近些年红寺堡泵站加大了对机电设备的检修力度，并且对泵站设备进行了升级改造。但是根据调查结果，灌溉泵站机电设备运行效率不高的问题仍然是制约提水效率的重要因素：一是灌溉泵站机电设备老化现象突出，运行效率不高。而泵站机电设备的运行效率与提水效率有着直接关系，由于灌溉泵站机电设备运行环境相对恶劣，在机电设备

运行的过程中如果出现故障，则会直接影响泵站的供水质量。以水泵为例，水泵是灌溉泵站提水的重要设备，由于灌区用水量的增加，而灌溉泵站并未提升水泵功率，导致提水效率不高。其原因主要是灌溉泵站机电设备老化，导致运行功率难以满足提水效率的要求。二是灌溉泵站机电设备故障发生率比较高，影响泵站供水工作质量。机电设备安全运行是泵站运行的基本保障，但是灌溉泵站机电设备在运行的过程中因管理不到位、零部件老化等问题容易出现各种机械故障。一旦发生机械故障则会直接影响灌溉泵站机电设备的正常运行，从而影响泵站持续供水。三是灌溉泵站机电设备信息化控制水平不高。以渠道直开口为例，红寺堡扬水工程共有127座直开口，闸门开关是控制直开口的重要设施。虽然红寺堡扬水工程构建了测控一体化闸门，但是却存在测控一体化闸门数据与无喉道量水槽配水数据出现偏差的问题，导致部分直开口因配水流量较小，闸门开度小，容易被渠道杂物堵塞，造成流量不足[5]。

3 提高灌溉泵站提水效率的具体措施

针对影响灌溉泵站提水效率的因素，笔者认为红寺堡泵站应该采取以下措施提高提水效率。

3.1 改善灌溉泵站供水水质和泵站基础设施

基于泵站水质对泵站机电设备运行的影响，灌溉泵站要加强对供水水质的监测，降低泥沙含量过高水质对机电设备的影响：一是要加强水泵机组改造工作，改善取水条件。针对供水水质泥沙含量过高会对机电设备运行带来诸多影响的问题，泵站要加强对水泵机制的改造升级。例如针对供水水质泥沙含量高的特点，对前池进行扩容，选择正向取水，这样可以有效改善水泵取水的条件和进水流状，减少水流阻力，以此降低水头损失。二是要改善泵站基础设施，优化泵站机电设备运行效率。机电设备是提升泵站提水效率的关键工具。针对水质泥沙含量较高影响机电设备运行效率的问题，灌溉泵站要结合水质特点选择相应的机电设备，以此提升泵站机电设备的运行效率，增加提水功率。例如针对红寺堡水质泥沙含量较高导致水泵叶轮与水体摩擦较大造成的故障问题，灌溉泵站要选择功率更大的机械设备，以此降低机电设备的故障发生率，提升机电设备的工作效率[6]。

3.2 完善泵站提水基础配套设施，合理设计供水管道

供水配套设施的完善与否与泵站提水效率有着直接的关系，针对泵站提水管道设施老旧、不完善的

问题，需要做好以下工作：一是要进一步完善供水基础配套设施建设。影响泵站提水效率的因素比较多，任何环节出现问题都会直接影响到提水效率。针对进出水池布局不合理导致提水效率不高的问题，泵站要提高进出水池效率。具体措施就是要改进不合理的进出水池的形状及尺寸，将进出水池的扩散角、延长前池长度改为折线形、曲线形等，以此减少进气涡流的产生。为了避免水池水力损失的发生，泵站可以在进出水池内增加消旋装置，通过增加消旋装置解决进水池流态紊乱的问题，降低水泵故障概率。例如可以在进水池内设置可随水位变化的消涡装置，以达到提升提水效率的目的。二是要提高管道系统效率。管道系统效率是泵站装置扬程与水泵扬程之比，管长、管径、数量以及安装质量等因素都与管道效率有着内在关系。因此灌溉泵站要采取有效措施提升管道系统效率，针对红寺堡灌区面积大、用水量大的特点，泵站要结合具体灌区地形实施相应的管道布局方案。例如在管道铺设上要尽量减少附件，这样可以有效减少水流阻力系数，提升水流的运动速度。三是要加强对提水管线的日常维护，及时消除渗水漏水等故障。由于红寺堡地区地处宁夏，常年少雨。供水管线相对比较长，如果供水渠内存在垃圾则会影响到水流速度，无形中造成水资源浪费。因此灌溉泵站管理人员要加强对提水管线的日常维护工作，尤其是在用水高峰时期要定期清理渠内垃圾，以此减少水流阻力，提升供水效率[7]。

3.3 提高机电设备运行效率和提水系统自动化控制水平

机电设备是提升泵站提水效率的关键设施，为了降低机电设备的故障发生率，泵站要采取有效措施提高机电设备运行效率，提升泵站提水系统的自动化水平。可以从以下三个方面入手：一是灌溉泵站要及时更新机电设备，提高动力机的效率。动力机效率是动力机输出功率与输入功率之比。泵站动力机的种类比较多，因此泵站需要结合用水量合理配置动力机功率。根据相关统计，电动机负荷率大于或者等于0.7较为经济，因此泵站需要及时更换不符合提水效率的机电设备。泵站要更换合适的电动机型号，调整电动机的转速，在不降低传动功率的前提下使泵站处于高效运行的状态。二是要加强对机电设备的维修保养，确保泵站安全运行。实践证明机电设备出现故障后会直接影响提水效率，因此泵站要加强对机电设备的日常检修维护，尤其是要做好高低压室、中控室、进出水管道、液控蝶阀、变电所等隐蔽部位的安全监控和隐患排查，确保其安全运行万无一失[8]。以水泵维护为例，水泵在工作一段时间后，会产生摩擦，增加水泵的内部损失，同时叶轮的光泽度也会降低。因此泵站机电设备管理人员要加强对水泵的维修保养，当水泵填料函中的填料发生损坏后要及时更换，以此提高提水效率。三是要构建自动化控制系统，以提升灌溉泵站的提水工作效率[9]。例如泵站要进一步优化测控一体化的闸门控制系统，提升测量精度，减少管护工作量。

当然除了上述举措之外，灌溉泵站还要做好提水调度工作，针对不同土质、作物、天气，科学灵活精准地调配水量。加强水库、蓄水池的科学调度，利用渠库联调和调峰错峰新机制，优先保证农灌用水。并且大力发展节水技术，转变用户灌溉理念，提升灌溉泵站用水效率[10]，助推乡村振兴战略。

4 结语

综上所述，提高灌溉泵站提水效率是满足灌区农业生产、推动农业高质量发展的必然举措。因此，灌溉泵站要采取有效措施提高提水效率，以此发挥泵站在现代农业生产中的价值。