1.4　问题的提出

梯级扬水灌区的输水系统是由多座泵站、级间输水渠道（管道），输水建筑物、灌区、受水单元等共同组成的复杂系统。其中各单级泵站是该系统的核心及主要控制单元。一般来说，进行梯级泵站工程规划设计时，通常根据水源、河道资料和级间的地形条件，确定各泵站设计扬程分配，优选泵站的机组设备，以节能降耗为目标进行规划，期望各级泵站建成后均能在高效状态下工作。但是，受灌溉区不同时段输配水的限制，并不能完全预测实际运行期间梯级泵站工作条件的实际时序状态。因此，梯级泵站输水系统规划设计可以看作是对这个庞大的系统进行特定运行工况的一种优化。

在各泵站投入运行后，由于施工、设备安装等因素的影响，对整个梯级泵站输水系统来说，其各泵站设计扬程、流量并不一定是整个系统的最优工况点。因此，为提高梯级泵站输水系统实时运行效率和时段经济效益，有必要对系统重新进行优化运行及控制研究，寻求实时优化运行及控制方案。

梯级泵站输水系统中各级泵站之间通过渠道（管道）相连，各级泵站之间存在着密切的水力（水位、流量）联系，各泵站的运行受制于级间的水力状态，是泵站内优化运行的前提，而各泵站的运行状态又是级间水力状态优化的依据。由于受泵站工况调节和灌溉区间用配水量变化的影响，系统常处于运动状态，即级间水位流量处于不断变化中，因此，其泵站内优化运行及调度决策也具有实时性。而作为决策依据的流量、水位状态又受到泵站内调度决策的影响。如果被动地根据实时流量、水位状态进行优化，系统将始终处于变化中，泵站将一直处于调节状态，优化目标将很难实现。

为科学地评价梯级泵站系统的输水效率，客观地评估系统的能耗水平，需要研究梯级泵站输水系统运行效率的表述形式和指标体系。通过对代表性的梯级扬水灌溉工程实际能耗的监测和评估，研究影响系统输水效率和能耗的主要因素，建立基于动态平衡的梯级泵站输水系统优化运行及控制理论和方法。另外，通过分析影响泵站能耗的主要因素和影响机理，从优选机组、提高机组的装置效率、改善泵站设备（设施）的流态，减少能耗损失等建造技术的角度，探讨梯级泵站节能降耗的关键技术，为梯级泵站的规划设计和更新改造提供技术支持。

从建造技术的角度来看，高扬程梯级泵站的节能降耗研究主要内容包括：①从影响水泵提水效率的高含沙水流、水泵进出水管路、配套电机和附属设施等多角度分析影响水泵提水效率的主要因素，探讨提高水泵的机械效率、容积效率、水力效率的技术方法；②模拟研究泵站管道合并时的角度、前池形式、吸水管形式、泵阀布置等对水泵内部流态的影响，计算分析最优管道夹角和弯管布设形式，探寻通过改善水泵及其装置内部流态的方法提高提水效率的技术；③研究水泵工况调节方式对能耗的影响，以及梯级泵站系统区间分水后多级泵站调频运行的节能技术；④探索梯级泵站提高运行效率、降低提水能耗的运行管理和更新改造新技术。