勇铸泵站“中国心”，敢叫江水向北流

———我校围绕南水北调推动泵站工程设计走在世界前列

　　春日的江都水利枢纽横贯在长江与运河之间，伴随着泵站机组一声轰鸣，水面激荡起层层涟漪，清澈的江水由此浩荡北去。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”。由江都水利枢纽往北，13个抽水梯级，51座大型泵站（一期工程已完成21座），构成了世界水利史的一大奇迹。

　　南水北调东线工程区别于中、西两线，这里的地势北高南低，无法通过自流引水。为实现南水北调，需要强劲的外力“逆流引水”，所有的动力正源自水利心脏———大型泵站。在这项“当惊世界殊”的世纪工程里，一代代科研工作者花了整整60年时间，带动我国泵站工程设计水平挤进了世界领先水平。

　　难在哪？

　　逆流而上，将百亿吨水提到10层楼高

　　“南方水多，北方水少，如有可能，借一点来是可以的。”1952年，毛泽东视察黄河时提出了南水北调的伟大设想。也是从那时候起，南北调配、东西互济的水网格局逐步在中国的版图上勾勒成形。

　　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。但事实上，要将南方的水引入北方谈何容易。将长江水调到北方，有30多米的高，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，逆流而上到达有三十余米落差的北方？怎样建设这样一座世所罕见的大型泵站？会不会产生江水倒灌等负面效应……一个个问题摆在了现实面前。经过一系列的疑问、争论，经过无数水利专家多年的论证，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！”

　　即沿途设计九级大型泵站，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，也是当前南水北调的东线源头。

　　“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，我校刘超教授记忆犹新，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，从国外也没法找到资料，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。这是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，工程在山东境内又增添了四级泵站，总数达十三级之多，工程难度可想而知。

　　怎么办？

　　自主创新，为南水北调定制“中国心”

　　“上世纪60年代的工业制造条件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，已经81岁的严登丰教授回忆说，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，每一座泵站的水泵都需要单独选型，甚至重新设计，也就是说，每一座泵站的设计都需要“量体裁衣”。

　　我校作为全国最早开设机电排灌专业的高校之一，地理和专业上的优势，也让其走在南水北调工程设计与建造的最前沿。从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，团队从水泵内部流动机理开始摸索，设计新型水力模型，再到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系列突破。

　　2020年11月，习近平总书记考察的江苏江都水利枢纽一共有4座泵站，其中3座采用的就是我校研发的轴流泵水力模型。

　　江都水利枢纽就兼具“送水”和“排涝”两大功能。除了“引江北送”之外，它的另一项功能就是当苏北发生洪涝时能够反向引流“排涝入江”。为了实现双向抽水目标，源头工程的4座泵站都是采用“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会导致机组振动、效率下降。

　　为了给源头工程疏通“血栓”，刘超团队从上世纪80年代就开始投入到相关项目研发，之后三十余年里，先后开启三次大规模系统攻关。从数值模拟到模型实验，从工程建设到优化改进，每一次推进都是无数次尝试，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。

　　做出啥？

　　敢于质疑，泵站设计水平挤进世界前列

　　如果说泵站是调水工程的心脏，那么泵站的进、出水流道则是与“心房”紧密相连的“大动脉”。很长一段时间，国内外普遍重视水泵的研发，但对进、出水流道的水力设计不够重视。对南水北调这样的大型工程来说，效率每提高1个百分点，每年都能节省上亿元费用。

　　2003年，宝应站是南水北调东线工程兴建的第一座泵站。当时，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，包括进出水流道等也同样引进。

　　我校的陆林广教授是国内较早从事流道设计的专家之一。他汲取了计算流体动力学和运筹学中先进的理论及方法，实现了流道水力设计从一维到三维方法的跨跃。当时，陆林广凭借研究经验，对日方设计的流道提出了质疑。他用自己的研究成果为宝应站重新设计了流道，经过泵装置模型试验检测，新流道的使用使得泵站效率提高了2%。

　　陆林广将自己设计的方案与建议报给了上级相关部门。这场中外专家的方案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，最终拍板宝应抽水站采用陆林广的流道设计方案。

　　2006年，宝应抽水站建成后，有关部门进行的现场测试表明，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，东线一期工程新建泵站21座，除了采用全套进口设备和技术的6座泵站外，他们独立承担了其中15座泵站的流道水力设计任务，超过了总量的三分之二。

　　从叶轮设计到流道优化，再到泵站整体运行……60余年来，我校以南水北调工程（原江水北调）为工程原点，泵站建造相关技术累计应用到国内外近百泵站建设中。正如国内外水利工程领域著名专家、中国工程院院士吴中如评价说，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，该校的泵站设计水平达到了世界先进水平。”

　　江水汤汤，岁月流转。无数的“首次”“第一”凝铸成一代代扬州大学水利科研团队坚守南水北调科研一线的执着，也见证着现代版“大禹”敢于争先的责任与担当。

张运