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江都水利枢纽装置。金燕供图 伴随着泵站机组一声轰鸣，清澈的江水由江都水利枢纽浩荡北去。这里是南水北调东线工程的原点，也是世界上最大规模泵站群的“龙头”。 3月19日，南水北调东线北延应急供水工程完成了主体工程建设。 南水北调东线工程地势北高南低，无法通过自流引水，需要强劲的外力“逆流引水”，而所有的动力正源自水利工程的心脏——大型泵站。 由江都水利枢纽往北，13个抽水梯级泵站、51座大型泵站（一期工程已完成21座），创造了世界水利史的一大奇迹。水利工程领域专家、中国工程院院士吴中如评价道，从最初泵装置效率只有65%，到如今南水北调泵站整体效率达到80%以上，泵站设计达到了世界先进水平。 将百亿吨水提到10层楼高 早在1954年，为解决苏北缺水难题，江苏省开始酝酿“扎根长江、引江济淮”的江水北调工程。这便是南水北调工程的前身。 事实上，要将南方的水引入北方谈何容易。将长江水调到北方，有30多米落差，仅江都站上下水位差就达6~8米。 如何让江水克服自然规律，逆流“爬”上30米？怎样建设大型泵站？会不会产生江水倒灌等负面效应？一个个现实问题摆在面前。 经过无数水利专家多年论证，最终探索出一条极富想象力的工程方案——“让长江水爬楼梯去苏北”，即沿途设计9级大型泵站，像楼梯一样，逐级向上提水。1961年12月，江都水利枢纽江都一站开工建设。这是当时国内首屈一指的大型泵站，也是当前南水北调东线的源头。 “很多创造和尝试都是第一次。”中国水利学会泵及泵站专业委员会副主任委员、江苏省水利动力工程重点实验室教授刘超对此记忆犹新。大型泵站设计是一项系统工程。建设江都一站这样一座泵站，国内没有现成图纸，也没法从国外找到资料，研发和设计几乎从零开始。 2002年，在江苏省江水北调的基础上，南水北调东线工程正式启动，计划建成后年均调水148亿立方米。这需要每年将百亿立方米水提到10多层楼高。为了实现这一目标，工程在山东省境内又增添了4级泵站，总数达13级之多，工程难度可想而知。 为南水北调定制“中国芯” “在上世纪60年代的工业制造条件下，很难建造出复杂的流线型叶轮结构，有的水泵叶轮甚至是木头制作的。”南水北调东线一期工程建设验收组专家、81岁的严登丰回忆说，不少泵站工程处于一种“有站无心”的状态。 此外，不同流量和扬程的泵站要想达到最佳效率，每座泵站的水泵都需要单独选型，甚至重新设计。也就是说，每座泵站设计都需要“量体裁衣”。 从上世纪60年代泵站规划到21世纪初南水北调东线一期工程设计，再到即将启动的二期工程，科研团队从水泵内部流动机理开始摸索，设计新型水力模型，钻研大型泵站运行的经济性和可靠性，先后开发各类水泵水力模型20余副，从无到有，逐渐实现我国大型低扬程泵理论和关键技术等的突破。 江都水利工程管理处党委书记夏方坤介绍说，如今江都水利枢纽一共有4座泵站，采用的都是我国科研团队自主研发的轴流泵水力模型。 江都水利枢纽兼具“送水”和“排涝”两大功能。除了“引江北送”之外，当苏北发生洪涝时该枢纽能够反向引流“排涝入江”。为了实现双向抽水目标，4座泵站均采用“侧向进水’，即来流方向与泵站引水方向相互垂直。 这样的结构给泵站设计带来了新挑战。当水流垂直拐弯时，流向改变，一方面会导致泵站进水口大量泥沙淤积；另一方面，产生的回流和漩涡进入泵站，也会导致机组振动、效率下降。 为了疏通“血栓”，扬州大学水利科学与工程学院从本世纪初就开始投入到相关项目研发中，团队先后开启3次大规模系统攻关。从数值模拟到模型试验，从工程建设到优化改进，最终制定出大型泵站引河消除回流和流速再分布优化方案，研发了底坎、立柱、“Y”形导流墩等水流调控技术，累计获批各类发明专利10余项。 打通调水工程“大动脉” 如果说泵站是调水工程的“心脏”，那么泵站的进出水流道则是“大动脉”。很长一段时间，国内外普遍重视水泵研发，对进出水流道的水力设计则不够重视。 但是，对南水北调这样的大型工程来说，效率每提高一个百分点，每年就能节省上亿元费用。 宝应站是南水北调东线工程兴建的第一座泵站。2003年，该站引进了日本的水泵设备和技术。一些专家主张整个泵装置成套引进，包括进出水流道等。 扬州大学教授陆林广是国内较早从事流道设计的专家之一。当时，陆林广凭借研究经验，对日方设计的流道提出了质疑，并为宝应站重新设计了流道，经过泵装置模型试验检测，新流道能使泵站效率提高2%。 这场中外专家的争执在当时引起了不小轰动，负责部门为此重启论证程序，有关领导顶住压力，最终决定宝应站采用陆林广的流道设计方案。 2006年，宝应站建成后，有关部门进行现场测试，结果表明水泵机组运行稳定，泵装置效率达到82%以上，创造了国内外低扬程泵站泵装置效率最高纪录。 在事实面前，日本专家对中方的流道设计不得不表示认同。 如今，南水北调东线一期工程新建泵站21座，我国专家独立承担了其中15座泵站的流道水力设计任务，超过了总量的2/3。 从叶轮设计到流道优化，再到泵站整体运行……60余年来，我国科研团队以南水北调工程为原点，泵站建造相关技术已累计应用到国内外近百座泵站建设中。 （编辑：逍遥客） |
