周晴
广西城乡规划设计院 广西南宁 530023
摘要：针对水库的水位存在较大的季节性变化特征，对现状以水库作为水源的城市供水工程的取水泵房设计及运行模式的优缺点进行分析。根据工程实例分析，水库取水口同时做为小型水电站及城市供水水源取水口的情况下，提出多工况组合运行节能降耗模式，优化取水泵房设计，充分利用水库在不同季节各级水位高度的水能,减少泵房取水对小型水电站运行期间的影响，对降低城市供水能耗具有积极的作用。
关键词：取水泵房 水库取水 节能 小型水电站
1.水库取水概述
随着社会经济的迅速发展,许多城市的需水量也快速增长,但城市社会及工业的发展，对自然环境的不当开发，导致的江河湖泊水质的污染也愈趋严重,已逐步影响到城市居民的生活。各级政府在寻找理想水源时,都把目标投向地理位置偏僻、较少工业和生活污染、供水量稳定的水库水[1]。我国的中小型水库数量众多,分布区域广,在为农业生产、人民生活用水和业用水方面提供可靠的水源的同时,也为地区的小型水电站的的建设提供了可靠的载体[2]。经过开发利用,一些中小型水库与小型水电站并存。
水库取水泵房主要分为固定式和移动式两大类。固定式取水泵房位置固定不变，安全可靠，应用较为广泛。由于水源的水位变化幅度、岸边的地形地质和冰冻、航运等
因素，可有多种布置方式。移动式取水泵房适用于水位变化大的水库。取水泵房可随水位升降，具有投资较省、施工简单等优点，但操作管理较固定式麻烦。取水安全性也较差，主要有两种，分别是浮船式取水泵站和缆车式取水泵站。
以水库作为水源的城市供水工程的固定式取水泵房设计，一般按照水库枯水期的死水位进行取水泵房内水泵参数的选择依据。而水库的水位均有较大的季节性变化特征，该变化特征在中、小型水库的水位变化上表现明显,常水位与枯水期死水位多存在约10～20米以上的高差，洪水位与常水位多存在5～10米高差。在水位变化如此大的情况下，按照常规设计采用水库枯水期作为固定式取水泵房水泵选择的设计依据，然而当泵房水泵正常运行时,水库水位往往较设计死水位高。多数存在的泵站均存在水能浪费的现象。
同时多数中小水库作为当地小型水电站的载体，依靠水库水位高差进行发电。水库取水口同时做为小型水电站及城市供水水源取水口的情况下，取水泵站取水将对小型水电站运行期间的水力产生一定的影响。在保证供水能力条件下,如何充分利用水库在不同季节不同水位高度存在的不同水能,减少取水泵房取水对小型水电站运行期间的影响，同时降低城市供水能耗是一个值得探讨研究的问题。
本次通过对平果市同仁水厂取水泵房工程的建设实例，探讨充分利用水库水能优化取水泵房设计，多工况组合运行节能降耗模式。
2.工程实例分析
平果市同仁水厂供水工程以距城市约13km的龙马水库做为供水水源，供水工程主要由取水、净水、输水、配水等部分组成。工程设计规模为8万m3/d，供水范围为平果市新城区。整个给水系统供水流程如下：
取水泵房取水口利用龙马水库现状小型水电站水库出水管，龙马水库水位高时自流到水厂，水位较低时通过取水泵房水泵组提升至同仁水厂进行处理。净水厂设置于城市东郊山头（水厂高程172~174m），距离取水点约13km，处理后的清水采用重力自流至平果市新城区，通过配水管网输送到各用水点，以满足城市居民生产、生活用水。
作为取水水源的龙马水库位于坡造镇贤强村，右江二级支流龙马河上，是以灌溉为主，防洪、发电、养殖等综合利用的一座中型水库。集雨面积190 km2。多年平均降雨量1494mm，年均来水量10622万m3。主坝高34m，副坝4座。总库容3880万m3，调洪库容1386万 m3，兴利库容2430万 m3，死库容68万m3。设计灌溉面积920公顷。设计防洪标准为100年一遇洪水设计，100年一遇洪水流量为939 m3/s，100年一遇水位为207.6m。1000年一遇洪水校核，1000年一遇洪水流量为1250m3/s，1000年一遇洪水位为208.37m，正常蓄水位203.00m，枯水期死水位184.00m。枯水期死水位与正常蓄水位高差为19m。
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图 1龙马水库现状地貌
龙马水库水质达到《地面水环境质量标准》（GB3838-2002）II类标准，满足作为作为城市供水水源条件。
利用已有的龙马水库现状小型水电站水库出水管作为取水头部，取水泵房采用固定式取水泵房，取水泵房设计规模按8万m3/d建设。取水泵房与变配电间合建，构筑物尺寸为LxBxH=31.5x9.9x7.2m，采用框架结构。同步配建钢筋混凝土吸水井一座，尺寸为LxBxH=13.8x8.8x5.6m。根据现状龙马水库资料，龙马水库正常水位为203.0m，目前龙马水库正在建设电站发电机组引水工程，已建成三根引水管，两根DN800及一根DN1000的引水管，三根管合并成一根DN1800管，发电站目前尚未投入运行，利用已建设的发电站引水管作为工程的取水头部，从DN1800mm的管道上开口取水。取水泵房采用自流和压力流两种工况来运行。
因水库水位高差大，常水位203m，最枯水位为184m，设计最高水位207.6m,拟通过水力计算，算取自流水位标高。利用不同季节水库水位与同仁水厂配水井最高水位的高差，水库丰水期且水位高于196m以上重力流到给水处理厂，水库枯水期且水位低于196m，开启取水泵站内加压泵组，提升后进入给水处理厂。在小水电站运行的工况下，尾水及发电泄水压力将会不同程度的降低，将无法满足重力流形式供水，采用加压形式供水。三种工况模式采用出水压力信号进行控制及切换。具体控制模式如下图。
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图2 三种工况的控制模式流程图
工况1：根据压力表压力变化信号反馈水库水位高低。当压力表压力反馈信号大于0.12MPa时,即水库水位高于196m，用重力流形式供水。此时控制重力出水管道上电动阀开启,真空泵、吸水泵、压力管路阀组保持关闭状态。工况2：当压力表压力低于0.12MPa时,即水库水位低于196m时,采用加压形式供水,根据压力传送信号，水泵组采用分段变频控制模式，充分利用水库水位余压，此时重力出水管上电动阀关闭,取水泵房水泵进水主管上电动阀开启,同时依次开启泵前后压力阀组、真空泵和吸水泵,进行加压供水。工况3：当在发电情况下,尾水及发电泄水压力将会不同程度的降低,将无法满足重力流形式供水,根据压力传送信号，采用分段变频加压形式供水。此时重力出水管上电动阀关闭,取水泵房水泵组进水主管上电动阀开启,同时依次开启泵前后压力阀组、真空泵和吸水泵,进行加压供水。
取水泵站按此方案进行设计建设，进行经济核算后，供水工程取水泵站年加压取水约7个月（枯水期水位低于196m），其余月份均可利用水库自然水压重力供水。年可减少用电量77万kW·h。多工况综合运行，既满足了水厂供水需求，又充分利用了水库季节性水能，达到了较好的节能降耗效果。
3.结论
与常规设计的水库固定式取水泵房的建设模式对比，采用多工况组合节能降耗模式运行，可明显的降低城市供水的供水成本，充分利用水库各季节的水能，节能效果良好。同时小型水电站及取水泵房共用取水口的情况下，分段调频运行的模式,可充分降低取水泵房取水对小型水电站运行期间的影响，使发电、供水及节能达到较好的平衡态。
参考文献：
[1]熊高利, 朱勇. 水库作为城市供水水源应注意的问题[J]. 城镇供水,2001，4：26-27.
[2]龚辛芳.关于中小型水库修建水电站的一些思考[J].科技与生活,2012(21):236-236.