同江市临江灌区渠首泵站细部尺寸及高程的确定
2010-06-08郝成东陈玉鑫郭建梅
郝成东，陈玉鑫，郭建梅
（1.佳木斯市水利勘测设计研究院，黑龙江佳木斯 154002;2.同江市水务局，黑龙江同江 156400;3.黑龙江农垦勘测设计研究院，哈尔滨 150090）
1 工程概况
临江灌区是黑龙江省三江平原“两江一湖”沿岸14处大中型提水灌区之一，是我省千亿斤粮产能工程同江市水利工程的重要组成部分，灌区设计灌溉面积2.05万hm2。
临江泵站是临江灌区的渠首提水泵站，位于同江市临江镇境内，是临江灌区整个工程中单项投资最大、实施难度最大的工程。该泵站取水水源为黑龙江。
临江泵站设计装机总流量为32.13 m3/s，工程等别为Ⅲ等，主要建筑物工程级别为3级，设计防洪标准为30 a一遇，校核防洪标准为100 a一遇。经多方案比选，选择6台水泵，其中工作泵5台，备用泵1台，泵型为1700HDC-11立式混流泵，单泵流量为6.43 m3/s，配套电机功率1 000 kW，5台工作泵总功率5 000 kW。
2 泵站各部件细部尺寸及高程确定
2.1 前池尺寸确定
2.1.1 扩散角确定
水流临界扩散角按下式计算：
式中：θ为边墙扩散角;h为渠末水深，m;v为渠末流速，m/s。
经计算，前池扩散角α=38°，小于规范正向进水前池扩散角≤40°的规定。
2.1.2 前池长度确定
前池长度按下式计算：
式中：L为前池计算长度，m;b为引渠末端底宽，m;B为进水池宽度，m。
经计算，前池长度为25.0m。
2.2 进水池尺寸确定
2.2.1 进水池边壁形式和后墙距确定
根据工程总体布置进水池边壁形式为矩形。
本泵站选定泵型为1700HDC-11立式混流泵，厂家给定进水喇叭口直径2 000 mm。
根据《泵站设计规范》（以下简称规范）9.2.3.3条规定，喇叭口中心线距后墙距离取（0.8～1.0）D，同时应满足喇叭口安装的要求。根据水泵厂家样本给定安装图确定喇叭口中心线距后墙距离为3 900 mm，大于规范要求，厂家将另行配置导流板来改善水泵进水条件。
2.2.2 进水池宽度确定
根据经验喇叭口中心线距侧墙距离一般取1～2.5D即可，另规范9.2.3.4条规定喇叭口中心线距侧墙距离宜取1.5D，本次设计喇叭口中心线距侧墙距离2.75 m，基本满足要求。
每台泵的进水池净宽度为5.5 m，共6台泵，6个进水池，池与池之间用隔墩分隔，隔墩厚0.8 m，边墩及缝墩厚1.2 m，经计算进水池总宽度为39.80 m。
2.2.3 进水池长度确定
1）进水池最小长度可按下式计算：
式中：L为进水池最小长度，m;K为秒换水系数，规范规定取30～50;Q为流量，m3/s;h为有效水深，m3/s;B为进水池宽度，m。
经计算，进水池的有效最小长度取值范围为8.9～14.8 m。
2）规范规定
根据规范规定，喇叭管中心线至进水室进口距离＞4D。经计算，进水池长度根据规范应＞8.0 m。
综合以上两点确定进水池有效长度为10 m，但是考虑到进水池墙后填土高度较大，进水池过短难以满足泵房稳定要求，因此进水池总长度考虑稳定要求确定为15.0 m。
2.3 泵房尺寸的确定
2.3.1 进水池底板高程确定
进水池底板高程根据泵站特征水位、喇叭口悬空高度及淹水深度予以确定，经综合分析确定进水池底板高程为34.92 m。
2.3.2 主、副厂房地面高程的确定
本泵站主副厂房的地面高程主要考虑防洪要求予以确定，本泵站的工程等级为3级，设计防洪标准为30 a一遇，相应洪水位为48.20 m;校核防洪标准为100 a一遇，相应洪水位为48.60 m。根据规范：主、副厂房地面高程=设计洪水位（校核洪水位）+安全加高+波浪爬高+峰壅增水高度，经计算主、副厂房地面高程应为49.77 m，取49.80 m。
2.3.3 吊车轨面高程的确定
吊车轨面高程应保证载重汽车进入检修间装卸设备的要求，所以吊车轨面高程应根据起吊点由下式计算确定：
式中：▽轨为吊车轨面高程，m;▽地为检修间地面高程，m;h1为汽车车厢底板离地面高度，m;h2为垫块高度，m;h3为最高设备（或部件）的高度，m;h4为捆扎长度，m;h5为吊车吊钩到轨道面的距离，m;h6为起吊物吊离车厢底板的必要高度，m。
根据厂家给定安装图，最大部件起吊净高为8.50 m，经计算，▽轨=59.55 m，本次设计取该值为设计值。
2.3.4 屋面大梁下缘高程确定
屋面大梁下缘高程由吊车轨面高程加上轨道高度予以确定，经计算屋面大梁下缘高程为61.80 m。
2.3.5 平面尺寸确定
厂房的平面尺寸根据厂房内部设备布置、调运、消防、通行等要求进行综合确定。
2.4 出水管管径确定
本泵站共选择6台水泵，单泵流量为6.43 m3/s，泵站出水管管径可采用以下经验公式进行计算：
式中：Q为出水管设计流量，m3/h;D为出水管直径，mm。
经计算，D=1 750 mm，取D=1 800 mm。计算该管径出水管流速为2.53 m/s，在经济流速2.5～3.5 m/s范围内。
2.5 出水池的确定
2.5.1 出水池型式确定
出水池采用正向出水，淹没式出流型式。
2.5.2 出水池长度确定
采用以下两种方法进行综合确定：
1）水面旋滚法
水面旋滚法计算公式如下：
式中：L为出水池长度，m;K为系数;h淹最大为系数。
经计算，出水池最小长度为14.54 m。
2）淹没射流法
淹没射流法计算公式如下：
式中：L为出水池长度，m;V0为管道出口平均流速，m/s;V渠为渠道进口平均流速，m/s;D0为管道出口直径，m。
经计算，出水池最小长度为19.84 m。经综合分析，确定出水池的长度为20.0 m。
2.5.3 出水池宽度确定
出水池最小单管出流宽度可按B单≥（2～3）D出水管控制，经计算取值范围为3.6～5.4 m，本泵站取4.0 m。共6根出水管，管与管之间考虑水流条件，用隔墩进行分隔，隔墩厚0.4 m，经计算出水池总宽度为26.0 m。
2.5.4 管口下缘至池底距离确定
此距离主要用以防止池中泥沙或杂物等淤塞出水口，一般采用10～20 cm。本次设计考虑施工方便和运行安全取30 cm。
2.5.5 管口上缘最小淹水深度确定
一般采用下式计算：
式中：h淹最小为管口上缘最小淹水深度，m;V0为管道出口平均流速，m/s。
经计算最小取值范围为0.33～0.65 m，从安全计取0.94 m。
2.5.6 出水池底板高程确定
出水池底板高程可按下式计算确定：
经计算，出水池底板高程为45.40 m。
3 结论
通过以上分析计算，确定了临江灌区渠首泵站的各部件细部尺寸及高程，为渠首泵站总体设计提供依据。
[1]中华人民共和国水利部.GB/T50265-97泵站设计规范[S].北京：中国计划出版社，1997.
