全地下式多功能雨水泵站的工艺设计

冀伟江,纪 硕,邢芳芳

(中冶京诚工程技术有限公司,北京100176)

全地下式多功能雨水泵站的工艺设计

冀伟江,纪 硕,邢芳芳

(中冶京诚工程技术有限公司,北京100176)

结合南京河西新城南部地区新梗雨水泵站工程实例，介绍了全地下式泵站的布置形式、泵站规模的计算方法、引水工程设计。新梗雨水泵站兼有排水及引水功能，使城市景观河道起到“活水”效果。同时，利用泵站前池上部空间，设维修、物资仓库。

全地下式雨水泵站；规模；引水工程；工艺设计

1 工程概况

南京河西新梗泵站现状：该泵站原为农用泵站，主要存在如下问题：

（1）泵站建设标准低、规模小。其排涝模数仅为0.748 m3/(s·km2)，无法满足该地区排涝要求。

（2）泵站建设历史久远，设备陈旧老化严重。原泵站机械设备陈旧老化、建筑物陈旧，给运行带来了潜在的危险。

（3）设施配套不全。在泵站入口处未设置人工格栅，一旦捞污不及时，就会造成阻水，影响泵房正常运行。

河西新城正在发展成为现代化新南京的中心区和标志区，为使泵站的排涝能力与该地区汇水面积相适应，使泵站建设标准与现代城市发展相协调，新建新梗泵站已显得非常必要。

新建新梗雨水泵站北侧为规划新河路、西侧为规划双闸街，南侧为秦淮新河大堤，服务面积535 hm2，规模为24 m3/s。

2 地下式雨水泵站设计

2.1 工艺设计

2.1.1 工艺流程

新梗雨水泵站主要工程包括：泵站工艺设计、进水箱涵设计、出水箱涵设计、引水工程。工艺流程图见图1。

图1 新梗雨水泵站工艺流程图

2.1.2 雨水泵站规模的确定

（1）河道设计流量的确定

雨水由暗管和明渠共同参与径流，按河道汇水面积为535 hm2，重现期P越20年，径流系数鬃越0.65计算，河道设计流量为41.06 m3/s。

（2）河道调蓄容量的确定

河道调蓄容量按V=L×B×H计算得出；

式中V--河道调节容量,m3；

L--河长,m；

B--河宽,m；

H--调蓄水深,m。河道调蓄容量主要通过暴雨前腾空河道，降低河道水位来实现。当河道调蓄水深0.80 m，河道调蓄水量为75690 m3。

（3）泵站设计规模的测算

雨水泵站规模按近似法公式V=(1-α)1.5×Qmax×子0计算。

式中子0--设计汇流时间,s；

α--下游设计流量折减系数；

Qmax--泵站汇水区内河道设计流量,m3/s；

Q--泵站进水总管设计流量,m3/s。

计算得：

=0.57

泵站设计流量Q=α×Qmax=0.57×41.06=23.4 m3/s。

根据《室外排水设计规范》（GB50014-2006）（2011年版）用于削减排水管道洪峰流量时的公式

校核雨水泵站规模。

式中：V--调蓄池有效容积,m3；

α--脱过系数，取值为调蓄池下游设计流量和上游设计流量之比；

Q--调蓄池上游设计流量Q,m3；

b、n--暴雨强度公式参数；

t--降雨历时,min。

计算得α=0.717，泵站设计流量Q=α×Qmax= 0.717×41.06=29.4 m3/s。

新梗雨水泵站排水能力28.8 m3/s。虽《室外排水设计规范》（GB50014-2006）（2011年版）用于削减排水管道洪峰流量时的公式适用于雨水调蓄池计算，将本工程河道假设为雨水调蓄池，经上述计算，本泵站基本满足校核流量29.4 m3/s的要求。

2.1.3 雨水泵站设计

（1）前池

雨水经进水箱涵重力流进入前池，根据总平面布置图及格栅的总宽度不宜小于进水渠道宽度的2倍原则，设计渐宽部分展开角度12毅，渐宽部分长度29.6 m。前池断面为梯形断面，上、下口宽分别为8.60 m、20.90 m，前池净高3.25 m。前池容积为：888 m3。

（2）格栅间

为保证混流泵的稳定运行，设置背靶式格栅除污机去除雨水中的大块污染物。格栅除污机安装角度为75毅，栅条净距b=30 mm，栅前最高水深2.80 m，水流过栅流速为0.75 m/s。本工程共需配置5套B越3700 mm机械格栅除污机，同时，格栅除污机工作平台，安装皮带输送机、压榨机各1台，以方便垃圾清除和运输。

雨水提升泵站的集水井及格栅井内容易积聚H2S等有害气体[1]，为保证雨水提升泵站工作人员的人身安全，格栅间内设有除臭装置及H2S气体检测探头。考虑格栅间存在冒水的可能，为保证电气室安全，将格栅间与电气室采用混凝土墙完全分开。同时，格栅间、电气室的通风系统互相独立，互不干扰，避免格栅间内气体腐蚀电气设备。

（3）集水池

集水池设计采用梯形断面，上、下口宽分别为20.90 m、48.80 m，常液位5.50 m，报警液位6.00 m。集水池采用正向进水，进水扩散角24毅，有效容积4207 m3，前池与集水池的有效容积为最大一台水泵的抽水时间为23 min。

（4）雨水提升泵房

设10台潜水混流泵，其中9台大泵，1台小泵。集水池内设置液位传感器和液位开关，以控制水泵的运行和保护泵。主要设计参数及设备：

潜水混流泵：Q越3.0 m3/s，H越10.57 m，N越450 kW，9台；

Q越1.8 m3/s，H越10.57 m，N越280 kW，1台。

为防止潜水混流泵停止运行后秦淮新河水向泵站倒流，在出水管末端设浮箱拍门。在每台混流泵上方设有安装检修孔，安装检修孔尺寸为直径2.4 m圆孔。为保持潜水混流泵的安全运行，在钢制井筒盖设复合排气阀，在穿墙管上设排气立管。

（5）出水井

压力出水井汇集各台水泵出水，提升后的雨水再通过出水箱涵排至秦淮新河。压力出水井长48.8 m，宽9 m，高4.1 m，设10台拍门，3台手电两用铸铁闸门，其中2台安装于出水箱涵，1台安装于回流管。在每台拍门上方设有安装检修孔，同时，设2个检修人孔。检修孔上设压力盖板。出水井底标高为7.05 m，出水井内顶标高为11.15 m。

（6）泵站的平面布置图及剖面图详见图2、3。

图2 新梗雨水泵站平面图

图3 新梗雨水泵站剖面图

2.1.4 进水箱涵设计

（1）进水箱涵长度

根据相关资料，在规划路面标高9.0 m处为景观内河与进水箱涵衔接点，即景观内河距螺塘街58 m，进水箱涵全长250 m，每隔60 m设检查井。同时，根据雨水系统规划图，在新河路设检查井，预留地块雨水接入口。

（2）进水箱涵断面设计

雨水泵房通过进水箱涵与景观内河衔接，进水箱涵规格：2孔4000×2000mm，混凝土材质，粗糙系数n=0.013，坡度i越0.0021，按重力流计算，流速v= 2.69 m/s，过流能力为43 m3/s。为保证运行安全，采取进水箱涵过流能力大于泵站能力的设计。

景观内河和进水箱涵衔接处设简易格网，栅条净距b=200 mm。为便于进水箱涵的清淤及检修，在简易格网后设一道手电两用铸铁镶铜闸门。

2.1.5 出水箱涵设计

雨水经潜水混流泵提升后进入出水箱涵，最终排至秦淮新河。出水箱涵全长77 m，出水箱涵规格：2孔4000×2000mm，混凝土材质。

出水箱涵在排出口时变为出水渐扩箱涵，渐扩角度45毅，出水渐扩箱涵宽度30 m，保证排至秦淮新河的流速小于0.5 m/s。出水箱涵与出水渐扩箱涵之间设手电两用铸铁镶铜闸门。

2.2 引水工程设计

南京河西新城区四面环水，属河漫滩地，地势平坦低洼，无山可依但有水可傍。春夏两季充沛的降雨，可使河道得到一定的水量补给，但两次降水之间，河道内则是死水一潭，尤其是秋冬枯水期以及夏季河道水体的蒸发量大于降水量时，河道缺乏有效的水源补给，直接影响城市形象。

为此，对河西南部地区的河道引补水工程提出了两大规划目标：（1）配合河西南部地区的河道建设，建立比较完善的河道补水系统，实现“河水流动、水质达标”。（2）补水后的河道水质一般不低于《地面水环境质量标准》（GB3838-88）郁类水体的水质要求。

本次研究的新梗雨水泵站兼有排水及引水的功能，从地理位置、水源的水量、水质、水位等方面综合考虑，河西南部地区河道的主要补水水源宜选秦淮新河为补水水源。根据规划，秦淮新河应恢复到芋类水体，完全可以作为补水水源。

（1）补水量与补水周期

河西南部地区河道在5.50 m的常水位时的蓄水量约为55.6万m3，日最大蒸发量3475.6 m3。向河道补水时，保持河道最小流速0.2~0.25 m/s即能起到清洁河道的作用。按照秦淮新河补水水源可提供的补水量：新梗雨水泵进水量为2.0 m3/s，则：

每次补水时间：0.48 h（按补水量2.0 m3/s计）

每次换水时间：77 h

（2）水位组合

1）秦淮新河

河堤堤顶标高为12.10 m

设计防洪水位11.17 m

设计最高水位9.50 m

常水位7.00耀7.50 m

2）景观河道

设计最高水位6.00 m

设计常水位5.50 m

设计最低水位4.00 m

河底高程3.50 m

3）当河道水位低于4.5 m时，开始补水；当河道水质低于《地面水环境质量标准》（GB3838-88）吁类水体的水质时，进行换水，换水后水质不低于郁类水体水质。

（3）引水管设计

利用秦淮新河、景观河道1 m的水头，通过自流方式由秦淮新河向河西景观河道补水。在生产管理用房内设置分析化验室，水质合格后向河西新区引水。

补水通道为：新梗泵站寅天保中河寅沙洲西河寅中部地区。

从秦淮新河引一根引水管，将水引入新梗雨水泵站进水箱涵。当内河水位降低至一定高程或水质恶化时，由秦淮新河通过引水管道进行补水或换水。引水管靠秦淮新河端设简易格网，栅条间隙b=50 mm。为方便检修，在引水管上设2台手电两用铸铁镶铜闸门。引水管采用焊接钢管，管径D2032×24，坡度i=2.43译，全长192 m，管底标高4.50~5.00 m。为保障堤坝安全，引水管穿堤坝部分采用钢筋混凝土包封处理，并在秦淮新河迎水面设钢筋混凝土防渗环。焊接钢管内防腐采用内衬水泥砂浆层，外防腐采用环氧煤沥青涂料，按特加强级（六油二布）防腐要求处理，厚度逸0.6 mm。

2.3 景观河道“活水”

河西新城南部地区的景观河道都是相通的，相对于新梗雨水泵站，在秦淮新河下游，规划有螺塘雨水泵站，该泵站兼有排水及引水的功能，为实现河水流动的目，可通过下游螺塘雨水泵站排水，上游新梗雨水泵站引水使河道“活水”，达到“雨水流得畅、活水引得进”的功能。

3 最大程度利用地下空间

为泵站及滨河科技休闲服务区提供场所，充分利用地下空间，将泵站前池上部设维修、物资仓库（丁类），同时，在维修、物资仓库设消防泵房以满足消防要求。

在维修、物资仓库内设260m3消防水池，以满足先锋秦淮风光带室内消防需求，其中室内消火栓用水量20 L/s，作用时间2 h，自喷用水量30 L/s，作用时间1 h，消防泵设计流量为50 L/s，扬程70 m（室内消火栓和自喷合并）。先锋秦淮风光带设置DN250环状消防增压供水管，各单体自喷湿式报警阀组设于各单体幢建筑内，在报警阀前分为独自的消火栓和自喷二套系统。消防屋顶水箱设于先锋秦淮风光带东侧商业建筑屋顶（绝对标高24.1 m）上，消防水箱容积18 m3，并配套相应的消火栓和自喷增压稳压设备，扬程0.35 MPa，高位水箱服务于先锋秦淮风光带。

4 结束语

全地下新梗雨水泵站兼有排水及引水的功能，最大程度利用泵站前池上部空间设维修、物资仓库，在满足城市防涝、防汛[2]功能的前提下，符合滨河科技休闲服务区景观要求，同时把“亲水、依水、活水、净水”作为提升城市品质的亮点，为类似的工程项目提供参考。

[1]胡龙；地下式雨水泵站设计中应注意的问题[J]，中国市政工程，2007年12月.

[2]张鸿斌,天津市北塘地区多功能雨水泵站的设计[J]，中国给水排水，2011年6月.

Process Design of Full Underground M ultifunction Rainwater Pum ping Station

JIWei,JI Shuo,XING Fangfang
(CapitalEngineering&ResearchIncorporationLtd,Beijing100176,China)

The layout form,scale calculation method and water diversion work of a full underground rainwater pumping station were introduced with the concrete example of Xingeng Rainwater Pumping Station of Nanjing Hexixincheng District.The Xingeng Rainwater Pumping Station has both functions of water drainage and diversion,making the urban landscape river as a flowing water.At the same time,the upper space of the front pool of pumping station was utilized as storage for maintenance and materials.

full underground rainwater pumping station;scale;water diversion project; process design

TV213

B

1006-6764（2014）02-0048-04

2013-08-15

冀伟江（1980-），男，毕业于西安交通大学环境科学与工程专业，工程师，现从事给排水技术工作。