浅析水源井运行方式的优化调整（曹嘉辉）

发布时间：2022-02-21 15:10:13 浏览数：次

摘要：探讨一种合理的优化运行方案使水源井运行的各环节基本保持在一个高效稳定的工况内，从而最大限度地降低运行成本，提高供水系统的安全可靠度。

关键词：水源井优化运行

随着北京地区持续几年的干旱少雨, 水资源形势日益紧张。为缓解城区用水压力, 北京市先后开辟了几个应急水源, 其中有引外埠地表水的, 也有引本市远近郊区县地下水的。在引地下水供水的应急水源中, 随着地下水位的持续下降, 个别运行的水源井出现了抽空现象。一方面电能损耗严重另一方面, 造成了水源井运行工况的不稳定,直接影响了水泵、电机及配电设施的正常使用寿命, 增加了供水的成本又为安全运行带来了一定的隐患。

1 水源井运行方式优化调整简述

水源井运行方式的优化调整就是在当前的地下水补给状态下通过对水泵型号的选择、下泵深度的调整, 使水泵在工作中保持一个高效、稳定、采水量相对较大的运行状态, 从而达到节能、降耗、平稳运行的目的。对单个水源井而言, 上述过程就是对水源井合理降深的实现过程。

(1)降深。水泵从水源井中抽水时, 井内水面上会形成一个下降漏斗, 漏斗的深度就是降深。实际中, 可测量水泵开启前后的静、动水位, 动静水位差就是降深。

(2)合理降深。水源井的降深与井内地下水的补给状态及水泵选型有关。降深过大说明水泵偏大, 水源井的补给不足, 水泵会出现抽空现象；降深过小则说明水泵偏小,水源井补给充足, 但采水量偏小。根据经验值, 合理的降深应为3-15m。在这一范围内, 水泵运行是高效的, 工况是稳定的, 水的开采量是相对较大的(在此水的开采量是指在当前补给条件下的合理或基本合理的采水量)。

(3)下泵深度。水泵的下泵深度一般按供水所需的扬程、水源井的静水位及合理降深综合确定。下泵深度过大则扬程损耗加大, 同时, 水泵抽水时叶轮所承受的急速水压力加大, 水泵磨损加剧；下泵深度过小则不能满足合理降深的要求。根据经验值, 下泵深度应在动水位以下3-5m。

2 水源井运行方式优化调整的方法

对水泵运行工况的阐述为水源井的优化运行提供了理论和经验依据, 当水源井泵出现不同程度的抽空现象时,运行方式可据此进行优化调整。

2.1 运行方式优化调整步骤

(1)确定下泵深度。水泵的下泵深度按经验值应在动水位以下3-5m。考虑所处区域内地下水下降速度, 如果大于4-5m/a, 合理降深(3-15m)宜选择上限范围(10-15m)；反之, 在地下水下降缓慢的富水区, 合理降深宜选择下限范围(3-10m)。则该井的下泵深度应为：静水位+合理降深(3-15m)+下泵深度区间值(3-5m)。下泵深度确定后, 应将此数值与该井的成井图比对,如果水泵位置处在井的滤水管段, 则必须适当加大该值, 使水泵处在井内的直管段,通过牺牲部分扬程来回避此种情况对水源井的不利影响。

(2)确定新泵型。按管井泵型选择原则, 应按需水量来确定泵型, 即“按需定产” 。但在水资源短缺, 地下水补给不足的情况下“按需定产” 往往难以实现。同时, 水源井出现抽空现象时, 首要的原因还是水泵选型偏大(即水不够抽), 因此, 一般采用比原泵降1级的原则选定新泵型。泵型选择还要充分考虑管网的压力, 即选择合适的扬程。扬程过大, 超过管网压力的部分在水泵实际运行中仍然会转化为水量；扬程过小则会造成水泵憋水, 严重的可致使电机烧毁。

(3)新泵型的试运。按第2步确定新泵型试运行稳定后, 应立即测量其动水位, 计算降深, 如果降深超过15m或接近15m, 应将水泵型号再降1级。

2.2 优化调整效果实例

潮白河水源地21#井、30#井按上述方法并结合实际工程情况进行了优化调整。

2.2.1 21#井的优化调整

21#井深200m, 于2004年9月起出现间歇抽空现象,该井静水位由2004年初的24m左右(相对于井口)下降到了2004年9月的30.95m, 下泵深度33m, 泵上液面深度只有2.05m(33-30.95=2.05m),不能满足降深要求, 水泵裸露抽空。优化调整后的数据对比见表1。

由表1可以看出, 若按种水泵型号计算出水量, 换泵前后小时水量应相差60m3。实际出水量都未达到额定出水量(这与整体供水管网的压力有关), 但2种泵型小时水量相差极小(3.4m3/h), 说明水泵虽然变小了, 但水泵的工况满足了合理降深的要求, 水泵效率大幅度提高, 总采水量并未明显减小, 同时, 单方水的耗电量换泵后明显减小,下降了18.2%。

2.2.2 30#井的优化调整

按同样方法对30#井进行了优化调整, 但节能降耗效果与21#井相差甚远, 主要原因在于该井井深只有110m, 周围的井, 尤其是的200m深井对它的影响非常大, 其补给条件已经极差, 无法通过外部手段解决。因此, 对于该井目前采取的运行原则是降产、保井、备用。

3 结语

可见, 对水源井运行方式进行优化调整除了节省一部分电能外, 更主要的还是保证了水源井运行工况的稳定,即平稳运行、安全运行, 这一点在目前北京水资源紧缺的情况下更为重要。需要说明的是, 在水源井群中, 单井的最优运行不代表整个井群的最优运行, 尤其是在水源井密度较大、井距较小的情况下, 井与井之间相互影响、相互干扰, 这种影响和干扰综合叠加的结果用数学方法计算几乎是不可能的, 只能通过模型实验来大致测定。因此, 本文所阐述的水源井运行方式的优化调整, 是针对水源井群中存在问题的有限的几个井运行方式的优化调整, 而不是对井群中所有的井进行优化调整。

作者简介：曹嘉辉（1971-）, 女, 工程师。

来源：《北京水利》2005年第3期

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