如何在调水工程中节省电力

在一些大规模调水工程中不得不采用电力提升水头，而提升水头不得不使用抽水机。但是普通的抽水机都是离心式水泵，利用电动机在高速转动过程中产生的强大的离心力把水甩出去，从而克服重力提升水头。使用抽水机的时候基本不适合使用明渠，而适合使用管道。因为明渠的高度一般不会超过10——20米，但是抽水机的扬程一般都超过20米，所以使用管道比较合适。但是在长距离调水过程中强大的离心力会被水管的阻力所消解，或者被重力的反作用所消解，因此只能部分实现提升水头的目的，引起电能的浪费。

一般情况下，管道内的水所受到的阻力使用汉兹-威廉公式确定，其中有阻力系数叫雷诺系数，该系数和管道的直径成正比，和水流速度成正比，和水的密度成正比，和水的动态粘性系数成反比，而且汉兹-威廉公式和水流是层流，还是乱流，还是紊流有关系。所以，用电力在管道中直接长距离输水，会消耗大量电力，这些电力将损耗在沿途阻力上。

而如果使用抽水机向明渠抽水，由于明渠的高度受到很大限制，所以抽水机的能力会受到很大限制。为了让抽水机符合能够抽取低扬程大水量的要求，中国发明了一种贯流泵，这种贯流泵的水流不是依靠离心力甩出去，而是把水推向前进，能够横向把水从低处抽取到较高处，水力损失少，提水效率高。但是，这个也需要克服谢才公式（曼宁公式）中的粗糙系数（糙率），从而引起电力的浪费。

能不能有一种办法绕过管道阻力和明渠的粗糙系数呢？当然有。利用重力，由重力势能自己转化为动力，驱动水自己前进，从而不管水的阻力有多大，都可以自己克服。只是要求引水点高程高于出水口高程就可以。

实际上，在过去的楼房建设和农村的自来水修建中大量地利用了重力自流，克服了管道阻力。在多层楼房上，一般都安装有水箱，或者工厂农村的高地上安装有水罐，这些水罐基本都架设在高处，有的还专门修建了高水塔，其实这些水塔的最大好处就是能够利用重力节省电力。由于，水塔垂直于地面，有较高的落差，很短的路程，所以使用离心式抽水机就可以实现节省电力的目的。

我们在调水过程中也可以大量使用水塔，到达水自流的目的，尤其是远距离，很小的坡降的地区。例如，在海水西调工程中，从渤海到科尔沁沙地，长度260公里，海拔提升了210米，平均每公里提升不足一米，所以每隔40公里修建一座水塔，使用抽水机抬升水头40米，就可以达到送水40公里的目的。在调水沿线修建5座这样的水塔，就可以把水调到科尔沁沙地的北面，甚至到达三百公里之外的通辽市。经过计算，如果按照每40米高程修建一座抬升水头的水塔，那么把水从渤海引到达里诺尔，只需要33个水塔就可以。而调水长度达到了750公里，基本是20多公里修建一座水塔，非常划算。

这种修建水塔抬升水头的方法和我原来主张的使用水库抬升水头的方法大不相同。水塔投资小，见效快，适合于小的水利工程，也适合于大型水利工程。水塔必须和水管相互结合，是“水塔+水管”模式，而水库必须和水渠或者隧道结合，是“水库+水渠+隧道”模式。两种方式的使用方法不同，“水塔+水管”模式适合于抬升水头的工程，“水库+水渠+隧道”模式适合于水的自流模式。

同样的，在治理乌兰布和沙漠、腾格里沙漠的时候也比较适合使用“水塔+水管”模式。因为，从宁夏的中卫的引水点到沙漠，地形有一定起伏，起伏比较频繁，但是落差又不大，只有100米左右，而且距离比较长，沿途经过干旱区耗水量比较大，所以使用“水塔+水管”模式非常合适。在中卫修建一座高度50米的水塔，从水塔引水就可以到达几百公里外的地区。同样的，在陇西高原也可以使用“水塔+水管”模式。也许，我国的南水北调东线工程不使用贯流泵，而是使用“水塔+水管”模式能够节省很多资金呢。

 但是，“水塔+水管”模式有一个致命的缺点，就是水塔和水管内容易积水，冬季容易受冻冻裂。这个问题比较难以解决，冬季不容易调水。