0.2 国内外水泵站工程发展概况

0.2.1 国外水泵站工程发展概况

美国西北部的哥伦比亚河大古力泵站是世界有名的提灌工程，其设计流量为460 m3/s，扬程94m，计划安装12台水泵，灌溉干旱高原农田625万亩。1949—1951年首期安装了6台立式混流泵，单泵流量为45m3/s，配套电动机功率47807kW；1973年加装了2台抽水蓄能机组，单机抽水能力为48m3/s。全站现有抽水能力366m3/s，配套电动机总功率3.8亿kW。该站是从大古力水库内抽水，扬至高原上的一座调节水库，有效库容9.4亿m3。在灌水季节抽水蓄入高原水库，待供电峰荷期再放回大古力水库发电。所以，后期的6台水泵为抽水蓄能机组。

美国已建大型调水工程十多处，但就工程规模、调水量、调水距离、工程技术和综合效益等权衡，最具代表性的调水工程应首选加利福尼亚州的北水南调工程，它也是全美最大的多目标开发工程。加利福尼亚州位于美国西南部，西临太平洋，面积41万km2，人口2300万。北部湿润，萨克拉门托河等水量丰沛。南部地势平坦，光热条件好，是美国著名的阳光地带，但干旱少雨，圣华金河流域及以南地区水资源短缺。全州年径流量870亿m3，其中3/4在北部，而需水量的4/5在南部。为了开发南部，联邦政府建设了中央河谷工程，加州政府建设了北水南调工程，两项工程相辅相成，共同把加州北部丰富的水资源调到南部缺水地区。北水南调工程共建有12座大型泵站，利用99台水泵将加利福尼亚北部的水抽送到洛杉矶灌溉沿海的133万hm2农田。计划最终年调水量52.2亿m3，干线抽水总扬程1154m，电动机总功率178万kW，提水流量290m3/s （其中扬程在920m以上的流量为170m3/s）。其中埃德蒙斯顿泵站设计流量为125m3/s，净扬程为587m，设计总功率82.4万kW，年耗电量约60亿kW·h。装有14台功率为58840kW四级立式离心泵，叶轮直径4.88m，单泵流量9m3/s，效率92.2%，转速600r/min （与电动机同），泵高9.45m，重220t。水泵与电动机直联，机组总高近20m，重420t。该工程于1951年5月提出方案论证，1965年5月最终确定方案，1971年9月正式提出实施，1984年完成最后3台机组的安装。泵站有两条出水管路，每条长2500m，前段管路直径为3860mm，后段管路直径为4280mm。加州调水工程是一项宏大的跨流域调水工程，输水渠道南北绵延千余公里，纵贯加州，其输水能力各渠段不同，设计最大渠段输水流量达509m3/s，为加州南部经济和社会发展、生态环境的改善提供了充足的水源，使加州南部成为果树、蔬菜等经济作物生产出口基地，并保证了以洛杉矶为中心的1700多万人口的生活和工业等用水。现在加利福尼亚州是美国人口最多的州，洛杉矶成为美国第三大城市。

另外，还有在1970年开始运转的圣路易斯提水工程，它有两座泵站，其中一座泵站装有离心泵3台，扬程38m，单泵流量62m3/s，单机功率3万kW；另一座泵站装有全调式混流泵3台，单泵流量为34～62m3/s，灌溉面积为364万亩。值得提出的是，该工程中另有一座抽水 发电站，站内装有8台双速可逆式水泵 水轮机组，在转速为150r/min下作为水泵 电动机抽水时，单机功率为4.7万kW，作为水轮机 发电机发电时，单机容量为5.3万kVA；在转速为120r/min下作为水泵 电动机抽水时，其单机功率为1万～2.5万kW，作为水轮机 发电机发电时，其单机容量为3.4万kVA。每台机组从抽水工况转变为发电工况，或者从发电工况转变为抽水工况，其转换时间仅需27s。该机组在电力系统峰荷期发电，在非峰荷期间则向水库抽水。这样，不仅能平衡电力系统负荷，而且可以回收大量电能。

日本全国排灌设备的总提排水能力为11m3/s，其中排水流量为9400m3/s，提灌流量为1600m3/s，全国共有排灌泵站7200多座，其中，中、小型泵站占93%。如1973年建成的新川水系的25座泵站群中，只有新川河口是大型泵站。该站共装有6台口径为4200mm的贯流式水泵，扬程2.6m，单泵流量40m3/s，电动机功率7800kW，总排水量240m3/s，控制集水面积42万亩，排水受益面积30万亩。该站的水泵与其他设备均由中央控制室远距离操纵。为保证新川河内的水位稳定在设计范围内，泵站采用了自动调节水泵叶片角度和自动选择运转台数的控制机构，并根据内外水位差发出开启自流排水闸的信号。该站其他辅助设备和自动清污装置也均由中央控制室操纵。另外，1975年建成的三乡排水站，装有口径为4600mm的混流泵，单泵流量为50m3/s，设计扬程6.3m，配套动力为4560kW的柴油机。

荷兰地势低平，全国约有1/3～1/2的土地在海平面以下，加之大规模围海造田和部分地区开垦沼泽地等，排水问题十分突出。排水泵站的特点是扬程低、流量大。如1973年在北海运河入海处修建的爱茅顿排水站，装有大型贯流式水泵4台，采用低频、低速异步电动机驱动，将50Hz的电源经过变频器变为16.5Hz，以适应水泵低速运转，最大扬程2.3m，单泵流量37.5m3/s。该站排水能力为150m3/s，将来可能扩大至350～400m3/s。

荷兰目前已建成的大型泵站有600多座，安装口径1.2m以上的大型水泵机组2400多台。在水泵设计及装置配套方面，荷兰有世界著名的水力机械实验室，可对水泵装置进行性能测试、水锤计算、模型试验等；在机械方面，广泛利用计算机，从计算机辅助选型（CAS）、计算机辅助设计 （CAD）到计算机辅助制造 （CAM）；从水力、结构优化设计到叶片、导叶加工的严格控制，全程使用计算机，使产品在高度先进的设计和工艺基础上制造出来。荷兰的研究机构齐全，科研力量很强，设施完善，对水泵及其进、出水流道均有比较系统的研究。

从泵站设备、泵站运行管理等方面来看，国外泵站工程具有以下特点：

（1）水泵机组综合性能好。国外大型水泵一般具有转速高、体积小、重量轻等优点，其流量是我国同口径水泵流量的1.5～2倍。如荷兰1.8m的水泵与我国2.8m水泵的性能基本相同，但前者的重量为23.1t，后者的重量却是48t，两者相差一倍多。另外，采用齿轮传动，大大减小了电动机的体积和重量。如荷兰口径3.6m的贯流泵，采用齿轮变速传动的结构设计后，与其配套的高速电机直径仅1.2m，电机和齿轮箱的总重量是15t。如果将这台泵改用我国常见的直接传动，其电机直径将由原来的1.2m增加到6.1m，重量由15t增加到49t。由此可见，国外水泵机组采用高速化的设计理念后，不仅使机组的体积减小、重量变轻，而且还可大幅降低泵房和土建投资。另外，水泵材质好加工精密。水泵的内外表面平整光滑，叶片表面加工光洁度高，这样就确保了水泵符合泵站的使用要求，不仅效率高，汽蚀性能好，而且大大地延长了水泵的使用寿命，减少了事故的发生。

（2）泵站自动化程度高。美国加州调水工程于1964—1974年安装了计算机自动控制系统，该系统可对17座泵站和电厂，71座节制闸的198个闸门和其他各种设备、设施实行计算机通信、监控、检测和调度。

日本现已完成20世纪60—70年代兴建的水利工程的设备改造和扩建，并安装了新的计算机监控系统。监控系统大都采用集中管理的分层分布式结构，即在一个水系上设有中央管理站，采用计算机和遥测、遥控装置对各种泵站、水工建筑物、渠道等进行集中监控，以达到水资源综合利用的目的。例如，新川河口排水站的6台贯流式轴流泵及其他设备均由中央控制室远距离操作。为保证新川河口的水位稳定在设计范围内，采用了自动调节水泵叶片安放角和自动选择运转台数的控制机构，并根据内外水位差的变化，可发出开启自动排水闸的信号。该站的其他辅助设备和自动清污装置，也均由中央控制室操作。

（3）运行管理人员少、素质好、分工严密。国外泵站一般雇用懂专业、有经验的管理人员，运行、管理人员普遍具有较高的专业技能，在泵站运行中，可以及时发现问题，并能正确地处理突发事件。运行管理人员总数只相当于我国的1/10左右，但运行管理有条不紊，长期保持正常运转。以荷兰为例，水泵制造厂不仅负责核心部件的生产和总装，还负责机组的大修，泵站的管理人员只负责值班运行、小规模的检修和大规模的检查。

0.2.2 我国水泵站工程发展概况

新中国成立以来，随着我国工农业的迅速发展，各类农田旱涝保收标准的提高，高塬灌区的大力发展，沿江滨湖渍涝地区的不断改造，地下水源的开发和利用，以及多目标的大型跨流域调水工程、长距离调水工程的规划与实施等等，促使我国水泵站工程得到了很大的发展。

我国大型排灌泵站的建设始于20世纪60年代初期。如江苏的江都排灌站，湖北的黄山头、沉湖、南套沟等泵站，安徽的驷马山泵站，山西省夹马口电灌站等相继先后建成。其中江都排灌站是我国建设最早、规模最大的综合利用泵站工程，是由4座大型泵站和10余座节制闸、船闸组成联合运行的水利枢纽。江都排灌站共安装大型轴流泵33台，总装机功率49800kW，设计流量473m3/s，现已成为南水北调东线工程的起点泵站。这些早期建成的泵站，在抗击旱涝灾害保丰收中取得了十分显著的成效。

20世纪70年代及80年代，是我国大型泵站大发展时期，大型水泵制造技术和规划水平也有了很大提高。如陕西的东雷抽黄工程 （设计流量60m3/s，8级提水，累计净扬程311m，总装机功率12万kW）；湖北的樊口泵站 （装有4000mm口径的大型轴流泵4台，站设计流量214m3/s，总装机功率24000kW，排涝受益面积47万亩，灌溉受益面积20万亩）；天津的引滦入津调水工程 （采用3级提水将滦河水送入天津，全线兴建大型泵站4座，共安装大型轴流泵27台，总装机20000kW）；甘肃的景泰二期工程 （18级泵站，累计净扬程602m，计划灌溉面积50万亩）。另外，还有江苏的皂河泵站、山西的尊村抽黄工程、湖北的新滩口泵站、宁夏的固海扬水工程、山东的引黄济青等，从工程设计、施工、安装到设备的设计制造、通信调度等方面采用了一些先进技术，安装了国内最大叶轮直径的轴流泵 （江苏淮安二站，叶轮直径4.5m，单泵流量60m3/s，配套功率5000kW）、混流泵 （江苏皂河一站，叶轮直径6.0m，平均流量97.5m3/s，配套功率7000kW）；单机功率最大的离心泵 （陕西东雷抽黄灌溉工程二级站，最大单机功率8000kW，单泵扬程225m）。同时在泵站工程和系统的优化调度、泵站水锤及防护的试验、泵站进水池的试验、进水流道的试验、大型拍门的试验研究等方面取得了很大发展。

20世纪80年代以来，江苏省为解决苏北里下河地区、苏北灌溉总渠、大运河的灌溉、航运水源和排涝，并结合南水北调东线工程兴建了一批大型泵站，如泰州高港站 （安装立式轴流泵9台，设计流量300m3/s，1999年建成）、淮安三站 （位于淮安市南郊苏北灌溉总渠与京杭大运河交汇处，与淮安一站、二站一起共同构成江水北调第二级泵站，建成于1997年6月，安装可逆式灯泡型贯流泵2台套，设计总流量66m3/s）、淮阴站 （位于淮阴市清浦区和平乡苏北灌溉总渠与二河之间，为江水北调的第三级泵站，建成于1987年9月，安装立式全调节轴流泵4台套，设计总流量120m3/s）、泗阳一站、二站（位于泗阳县城南中运河原古运河河床内，共同构成淮水北调第一级站和江水北调第四级站，分别建成于1983年和1996年，安装立式全调节可逆式轴流泵共22台套，设计总流量160m3/s）、刘老涧站 （位于宿豫县仰化乡中运河上，建成于1996年6月，安装立式全调节可逆式轴流泵4台套，设计总流量150m3/s，是江水北调的第五级站，淮水北调的第二级站）、皂河站 （位于宿豫县皂河镇北5km处，建成于1987年3月，安装叶轮直径为6.0m的立式全调节混流泵2台套，设计总流量195m3/s，是江水北调的第六级站）、刘山北站 （位于邳州市宿羊乡不牢河北岸，建成于1984年4月，安装立式轴流泵22台套，设计总流量50m3/s，为江水北调的第七级站）、解台站 （位于铜山县大吴乡不牢河南岸，建成于1984年1月，安装立式轴流泵22台套，设计总流量50m3/s，江水北调的第八级站）、宝应泵站枢纽工程 （南水北调东线工程第一梯级泵站的组成部分，2005年8月建成，泵站设计流量200m3/s，安装叶轮直径为3.2m的立轴导叶式混流泵4台，总装机功率13600kW）。另外，为抽引长江水灌溉和抽排太湖地区涝水，于1998年12月建成了常熟抽水站，该站与节制闸组成常熟枢纽，共安装9台轴流泵，设计总流量180m3/s。该站为闸站结合式工程，两侧为节制闸，中间为抽水站，采用双层矩形开敞式流道，可实现双向运用，抽引长江水灌溉和抽排太湖地区涝水，并可利用下层流道自流引排水，具有泄洪、排涝、引水等综合功能。

20世纪90年代以来，广东珠江三角洲各地区建设了一批适应当地特点的低扬程大、中型立式、斜轴式和卧式排水泵站。

立式泵站如中山市于2001年建成并投入运行的东河泵站和2004年建成的洋关泵站。东河泵站装有叶轮直径3.25m的立式轴流泵 （3200ZLQ42 2.4型）6台，总装机功率10800kW，泵站设计扬程2.4m，最大扬程2.93m，设计总排涝流量273m3/s；洋关泵站装有叶轮直径2.92m的立式全调式轴流泵 （3000ZLQ32.5 2.2型）4台；总装机功率5000kW，泵站设计扬程2.24m，最大扬程2.84m，最小扬程1.39m，设计总排涝流量130m3/s。

斜轴式泵站如1997年建成的顺德桂畔海泵站，站内装设叶轮直径为2.1m的45°斜轴式轴流泵 （2500ISKM型）4台，单机设计流量17m3/s，单机配套电机功率630kW，泵站设计扬程2.69m，平均扬程2.23m，最大扬程2.88m。

卧式泵站如2001年建成的顺德陈村联安泵站，泵站进、出水管平面为 “S”型，属堤后式，泵站内安装5台1600ZWQ 3.6型卧式轴流泵，单机设计流量8.5m3/s，配套5台T400 24/1730型卧式10kV、400kW同步电动机，总装机功率2000kW，泵站综合利用自动化控制、微机保护、图像监视和计算机网络、通信技术等先进的自动化监视和控制手段，大大提高了泵站运行管理水平。

近年来，由于潜水电泵在密封、绝缘、冷却和监控等技术有了长足进展，同时还成功地实现了水泵和出水管道的自动耦合，从而使大口径潜水电泵推广应用速度明显加快。目前我国不仅生产和安装了大口径900mm以下的轴流泵和混流泵，也有了口径1.4m和1.6m大型潜水电泵的系列产品。由于潜水电泵不怕水淹，又具有快速拆除和安装等机动性好和节省工程投资、改善运行条件、显著提高设备的可靠性和使用寿命的优点，特别是大型潜水电泵的问世，为潜水电泵站的技术推广打下了良好基础。

经过多年的努力，我国在贯流泵结构和装置性能等方面的研究取得了较大进展，建立了低扬程贯流泵产品系列，为贯流泵的应用奠定了良好基础。目前已建成了一批具有我国特点的贯流泵站，如淮安三站 （安装单机流量33m3/s，电机功率2500kW的可逆式灯泡型贯流泵2台套）、上海青浦区东大盈港枢纽工程排水泵站 （设56GZ2.4 GP型贯流泵6台）、无锡市城市防洪运东大包围江尖水利枢纽工程泵站 （安装20m3/s的竖井式贯流泵机组3台，装机总容量2400kW）、淮河入海水道芦杨泵站和妇女河泵站 （分别安装3台630kW和4台560kW的1600GLC 100型圆锥齿轮传动贯流泵）等。

目前已建成的南水北调东线一期工程集中体现了我国低扬程泵站工程技术的发展水平。南水北调东线一期工程从江苏省扬州附近的长江干流引水，利用京杭大运河以及与其平行的河道输水，连通洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖，并作为调蓄水库，经泵站逐级提水进入东平湖后，分水两路，一路向北穿黄河后自流到鲁北；另一路向东经新辟的胶东地区输水干线接引黄济青渠道，向胶东地区供水。黄河以南设13个梯级泵站，总扬程65m。江苏境内双线输水，一条是运河线，为江苏江水北调工程；另一条是运西线；山东境内为单线输水。一期工程建成后有泵站34座，其中新建泵站21座，改造泵站4座。新增装机功率23.52万kW，总装机功率36.62万kW。这些泵站构成了规模巨大的大型低扬程泵站群，有大型竖井贯流泵 （邳州泵站）、大型立式导叶式混流泵 （宝应站、泗阳站、睢宁泵站、洪泽泵站）、大型直联灯泡贯流泵 （淮阴三站、金湖泵站、泗洪泵站、韩庄泵站、二级坝泵站）、大型齿轮连接灯泡贯流泵 （蔺家坝泵站）和大型立式轴流泵等大型低扬程水泵装置形式。

除上述泵站外，我国从20世纪50年代开始还建设了一大批利用天然水能提水的水轮泵站，如湖南省临澧1966年兴建的青山水轮泵站，装有AT100 8型水轮泵35台，设计流量15.26m3/s，扬水高度50m，灌溉农田35万亩，是我国规模最大的水轮泵站。

至今，我国已拥有大型泵站400余座，在我国大型泵站比较集中的湖北、江苏、安徽、湖南、广东等省份，已初步形成了以大型泵站为骨干的防洪排涝以及跨流域调水工程体系、以重点中型泵站为主体的流域性调水、排灌工程体系和以中小型泵站为主导地位的地区性排涝、灌溉工程网络。水泵站工程的发展，特别是大型泵站的发展，有力地提高了各地抗御自然灾害的能力，促进了国民经济的快速、稳定、健康发展。

综上所述，我国的水泵站工程在数量上已居于世界首位，在工程规模上也已达到国外先进水平，但是，在技术水平、工程质量、工程管理以及经济效益指标等方面与国外先进水平相比，还有一定的差距。另外，我国幅员辽阔，有着丰富的水能、潮汐能、风能和太阳能等自然能源，如何因地制宜地开发利用这些自然能源的抽水装置和设施，以适应节约型社会建设的需要也是值得今后努力的一个方面。