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江都水利樞紐裝置。金燕供圖

■本報(bào)記者 崔雪芹 通訊員 張運(yùn)

伴隨著泵站機(jī)組一聲轟鳴，清澈的江水由江都水利樞紐浩蕩北去。這里是南水北調(diào)東線工程的原點(diǎn)，也是世界上最大規(guī)模泵站群的“龍頭”。

3月19日，南水北調(diào)東線北延應(yīng)急供水工程完成了主體工程建設(shè)。

南水北調(diào)東線工程地勢(shì)北高南低，無法通過自流引水，需要強(qiáng)勁的外力“逆流引水”，而所有的動(dòng)力正源自水利工程的心臟——大型泵站。

由江都水利樞紐往北，13個(gè)抽水梯級(jí)泵站、51座大型泵站（一期工程已完成21座），創(chuàng)造了世界水利史的一大奇跡。水利工程領(lǐng)域?qū)＜?、中?guó)工程院院士吳中如評(píng)價(jià)道，從最初泵裝置效率只有65%，到如今南水北調(diào)泵站整體效率達(dá)到80%以上，泵站設(shè)計(jì)達(dá)到了世界先進(jìn)水平。

將百億噸水提到10層樓高

早在1954年，為解決蘇北缺水難題，江蘇省開始醞釀“扎根長(zhǎng)江、引江濟(jì)淮”的江水北調(diào)工程。這便是南水北調(diào)工程的前身。

事實(shí)上，要將南方的水引入北方談何容易。將長(zhǎng)江水調(diào)到北方，有30多米落差，僅江都站上下水位差就達(dá)6~8米。

如何讓江水克服自然規(guī)律，逆流“爬”上30米？怎樣建設(shè)大型泵站？會(huì)不會(huì)產(chǎn)生江水倒灌等負(fù)面效應(yīng)？一個(gè)個(gè)現(xiàn)實(shí)問題擺在面前。

經(jīng)過無數(shù)水利專家多年論證，最終探索出一條極富想象力的工程方案——“讓長(zhǎng)江水爬樓梯去蘇北”，即沿途設(shè)計(jì)9級(jí)大型泵站，像樓梯一樣，逐級(jí)向上提水。1961年12月，江都水利樞紐江都一站開工建設(shè)。這是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)首屈一指的大型泵站，也是當(dāng)前南水北調(diào)東線的源頭。

“很多創(chuàng)造和嘗試都是第一次。”中國(guó)水利學(xué)會(huì)泵及泵站專業(yè)委員會(huì)副主任委員、江蘇省水利動(dòng)力工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授劉超對(duì)此記憶猶新。大型泵站設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。建設(shè)江都一站這樣一座泵站，國(guó)內(nèi)沒有現(xiàn)成圖紙，也沒法從國(guó)外找到資料，研發(fā)和設(shè)計(jì)幾乎從零開始。

2002年，在江蘇省江水北調(diào)的基礎(chǔ)上，南水北調(diào)東線工程正式啟動(dòng)，計(jì)劃建成后年均調(diào)水148億立方米。這需要每年將百億立方米水提到10多層樓高。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，工程在山東省境內(nèi)又增添了4級(jí)泵站，總數(shù)達(dá)13級(jí)之多，工程難度可想而知。

為南水北調(diào)定制“中國(guó)芯”

“在上世紀(jì)60年代的工業(yè)制造條件下，很難建造出復(fù)雜的流線型葉輪結(jié)構(gòu)，有的水泵葉輪甚至是木頭制作的?！蹦纤闭{(diào)東線一期工程建設(shè)驗(yàn)收組專家、81歲的嚴(yán)登豐回憶說，不少泵站工程處于一種“有站無心”的狀態(tài)。

此外，不同流量和揚(yáng)程的泵站要想達(dá)到最佳效率，每座泵站的水泵都需要單獨(dú)選型，甚至重新設(shè)計(jì)。也就是說，每座泵站設(shè)計(jì)都需要“量體裁衣”。

從上世紀(jì)60年代泵站規(guī)劃到21世紀(jì)初南水北調(diào)東線一期工程設(shè)計(jì)，再到即將啟動(dòng)的二期工程，科研團(tuán)隊(duì)從水泵內(nèi)部流動(dòng)機(jī)理開始摸索，設(shè)計(jì)新型水力模型，鉆研大型泵站運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，先后開發(fā)各類水泵水力模型20余副，從無到有，逐漸實(shí)現(xiàn)我國(guó)大型低揚(yáng)程泵理論和關(guān)鍵技術(shù)等的突破。

江都水利工程管理處黨委書記夏方坤介紹說，如今江都水利樞紐一共有4座泵站，采用的都是我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的軸流泵水力模型。

江都水利樞紐兼具“送水”和“排澇”兩大功能。除了“引江北送”之外，當(dāng)蘇北發(fā)生洪澇時(shí)該樞紐能夠反向引流“排澇入江”。為了實(shí)現(xiàn)雙向抽水目標(biāo)，4座泵站均采用“側(cè)向進(jìn)水’，即來流方向與泵站引水方向相互垂直。

這樣的結(jié)構(gòu)給泵站設(shè)計(jì)帶來了新挑戰(zhàn)。當(dāng)水流垂直拐彎時(shí)，流向改變，一方面會(huì)導(dǎo)致泵站進(jìn)水口大量泥沙淤積；另一方面，產(chǎn)生的回流和漩渦進(jìn)入泵站，也會(huì)導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)、效率下降。

為了疏通“血栓”，揚(yáng)州大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院從本世紀(jì)初就開始投入到相關(guān)項(xiàng)目研發(fā)中，團(tuán)隊(duì)先后開啟3次大規(guī)模系統(tǒng)攻關(guān)。從數(shù)值模擬到模型試驗(yàn)，從工程建設(shè)到優(yōu)化改進(jìn)，最終制定出大型泵站引河消除回流和流速再分布優(yōu)化方案，研發(fā)了底坎、立柱、“Y”形導(dǎo)流墩等水流調(diào)控技術(shù)，累計(jì)獲批各類發(fā)明專利10余項(xiàng)。

打通調(diào)水工程“大動(dòng)脈”

如果說泵站是調(diào)水工程的“心臟”，那么泵站的進(jìn)出水流道則是“大動(dòng)脈”。很長(zhǎng)一段時(shí)間，國(guó)內(nèi)外普遍重視水泵研發(fā)，對(duì)進(jìn)出水流道的水力設(shè)計(jì)則不夠重視。

但是，對(duì)南水北調(diào)這樣的大型工程來說，效率每提高一個(gè)百分點(diǎn)，每年就能節(jié)省上億元費(fèi)用。

寶應(yīng)站是南水北調(diào)東線工程興建的第一座泵站。2003年，該站引進(jìn)了日本的水泵設(shè)備和技術(shù)。一些專家主張整個(gè)泵裝置成套引進(jìn)，包括進(jìn)出水流道等。

揚(yáng)州大學(xué)教授陸林廣是國(guó)內(nèi)較早從事流道設(shè)計(jì)的專家之一。當(dāng)時(shí)，陸林廣憑借研究經(jīng)驗(yàn)，對(duì)日方設(shè)計(jì)的流道提出了質(zhì)疑，并為寶應(yīng)站重新設(shè)計(jì)了流道，經(jīng)過泵裝置模型試驗(yàn)檢測(cè)，新流道能使泵站效率提高2%。

這場(chǎng)中外專家的爭(zhēng)執(zhí)在當(dāng)時(shí)引起了不小轟動(dòng)，負(fù)責(zé)部門為此重啟論證程序，有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)頂住壓力，最終決定寶應(yīng)站采用陸林廣的流道設(shè)計(jì)方案。

2006年，寶應(yīng)站建成后，有關(guān)部門進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，結(jié)果表明水泵機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，泵裝置效率達(dá)到82%以上，創(chuàng)造了國(guó)內(nèi)外低揚(yáng)程泵站泵裝置效率最高紀(jì)錄。

在事實(shí)面前，日本專家對(duì)中方的流道設(shè)計(jì)不得不表示認(rèn)同。

如今，南水北調(diào)東線一期工程新建泵站21座，我國(guó)專家獨(dú)立承擔(dān)了其中15座泵站的流道水力設(shè)計(jì)任務(wù)，超過了總量的2/3。

從葉輪設(shè)計(jì)到流道優(yōu)化，再到泵站整體運(yùn)行……60余年來，我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)以南水北調(diào)工程為原點(diǎn)，泵站建造相關(guān)技術(shù)已累計(jì)應(yīng)用到國(guó)內(nèi)外近百座泵站建設(shè)中。