《泵站规划》PPT课件.ppt

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1、第八章 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

2、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

3、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。,1一站一级提水，一区灌溉适用：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。,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。,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。,4一站分级提水，分

4、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

5、、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-H3)=K1H1+2H2+3H3+4H1=1；2=2-1；3=3-2

6、；4=-3N4=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对上进行偏微分，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H

7、12，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

8、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。,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（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。,2建筑物的总体布置（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

9、泵站,四、流量确定1灌溉设计标准灌溉设计标准：是反映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。灌溉设计保证率：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）与灌区用水的需要,抗旱天数：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。,2设计流量的确定设计流量在一定设计保证率下的流量。灌溉设计流量按照灌区内某一时期的最大用水流量确定，与灌区面积、作物组成、土壤

10、条件、灌水技术、灌溉制度等因素有关。（1）灌溉用水量的确定a灌水定额（与典型年的降雨、蒸发、土质、作物类型及分布、灌溉方式、灌水历时等有关）m3/亩，或mm。b经验法（灌水模数）m3/s万亩。,（2）设计流量aQ=(mA/Tt水)式中：针对有多种作物需在同一时间灌溉 m最大一次灌水定额，m3/亩 A灌溉面积（亩）T灌水时间（d）t泵站每天运行时间（h/d），一般取1822h，大站24h 水渠系水利用率对于灌水区内有塘坝蓄水的情况 V蓄有效调蓄库容。b经验法 Q=MA,五、泵站特征水位和灌溉扬程1特征水位（1）进口（下游）a设计水位：取水口：取灌溉季节相应于设计保证率的日或旬平均水位。进水池：设

11、=取设hwb最高运行水位：取水口：取历年灌溉其间相应于设计保证率的最高日或旬平均水位。进水池：高=取高hw,c最低运行水位：取水口：取历年灌溉其间相应于P=9095%的最低日平均水位。进水池：=取低hwd最高水位：相应于某一防洪标准的水位。e最低水位 根据水源的枯水位资料确定。,（2）出口（上游）出=田+d+iL+hj=田+d+hwa设计水位，相应于设计流量 作用：确定设计扬程b最高运行水位，相应于加大流量 作用：确定堤顶高程c最低运行水位，相应于最小流量 作用：确定出水管管口高程d最低水位（枯）,2灌溉扬程的确定（1）H设=出设进设（2）Hmax=出max进min 或Hmax=出设进min（

12、3）Hmin=出min进max 或Hmin=出min进设（4）Ha：出现最多，运行时间最长的扬程，根据典型年的水文资料，作灌溉期间的Q、H过程线方法求得。,第二节 排水泵站规划一、规划原则排涝泵站的作用：*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）,原则：1因地制宜，统筹兼顾。2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。,需处理好的几个问题：a自排与提排 b内排与外排（排入排水区内的容泄区还是直接排至外河）c排田（

13、抢排）与排湖（内河）d蓄水与排水 e灌溉与排水,二、排水区的划分1平源圩区地形特征：地面比较平坦，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、抽排结合区,2半山、半圩地区地形特征：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3滨海和感潮河段 畅排区 半畅排区 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。,三、站点布置与排水方式1集中建站与分散建站（1）集中建站（大站）适用：排水面积较大，地形起伏小，呈单向倾斜，蓄涝容积大，出口

14、单一。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。,（2）分散建站（小站）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。优点：工期短，收效快，排水及时。缺点：管理分散，总造价高，泵站效率低。,2排水方式（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。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,（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

15、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,四、排涝设计流量的确定 取决于：排区面积 排涝标准 是确定工程规模的重要指标。1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。,2排涝标准的表示（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）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。,3排涝设计流量的确定（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

16、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（反映洪峰与洪量关系）n递减指数（反映排水模数与面积的关系）,（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

17、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,五、排水泵站的特位水位与排涝扬程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。,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H

18、max,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

19、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）取按降低地下水埋深或调蓄区允许最低水位的要求推算到站前的水位。综合考虑农田的降渍水位、内河的预降水位确定。作用：确定水泵的安装高程及进水管管口高程。,2排涝扬程：（1）Hd=d外d内（2）Hmax=max外min内 或d外min内 或max外d内（3）Hmin=min外max内 或d外max内（4）Ha：通过加权平均方法确定,第三节 泵站建筑物及泵站枢纽一、泵站建筑

20、物的组成 主要有进水建筑物、泵房、出水建筑物1、灌溉泵站(有引渠、无引渠),2、排涝泵站二、排水泵站建筑物布置 注意:自排与提排相结合 按排水闸与泵房的关系可分为:分建式 合建式,1排水泵站建筑物的总体布置（1）分建式：自排、提排分二条线路 正向进水:优点:增加引渠长度，进水流态好 缺点:工程量大 侧向进水:优点:缩短引渠长度，工程量小 缺点:进水流态差,（2）合建式优 点：布置紧凑，有利于节省工程投资。缺 点：站身直接承受上游水压力的作用 不利于泵房的整体稳定。适 用：扬程较低的泵站。注 意：最好对称布置，利于改善进、出水流态。,2排灌结合泵站的建筑物布置形式（1）基本布置（一站四闸）自引：1、2关，3、4开 抽引：2、4关，1、3开，泵站运行 自排：3、4关，1、2开 抽排：1、3关，2、4开，泵站运行,（2）双向流道泵站 优点:布置紧凑,占用土地少 工程投资省 缺点:泵站效率低 流道内易产生吸气旋涡 适用:多功能低扬程泵站,（3）其他形式 站房与河堤平行、引泄分开,站房与河堤垂直、引泄分开,站房与河堤垂直、引泄结合,站房与河堤平行、引泄结合、带底洞,带底洞闸站结合,