浅谈高山丘陵区多级提水泵站设计中应注意的几个问题

田龙

甘肃省水利水电勘测设计研究院 甘肃兰州 730000

摘要：随着近年来高山丘陵区多级提水泵站工程建设的增多，逐渐总结出了一些此类工程经验，本文着重介绍了该类型工程中容易被忽视，但对工程会造成不同程度不良影响的设计关键点，在设计标准、线路选择、泵站进出水建筑物，泵站出水管道等设计方面进行了论述。

关键词：高山丘陵区；多级提水泵站；设计关键点

近年来，随着国家政策的扶持，高山丘陵区提水工程逐渐开工建设或即将开工建设，高扬程多级提水泵站工程逐渐增多，以下就此类工程的设计标准、线路选择、泵站进出水建筑物，泵站出水管道等在设计时容易被忽视的设计关键点及相应的设计方法做一论述。

一、设计标准

设计标准包括工程规模、建筑物等级、防洪标准、抗震标准等内容，对于高山丘陵区高扬程多级提水泵站工程，上述各标准如果定的太低，虽说能减少工程投资，但工程效益也会随之减小，如果设计标准太高，虽能增加工程效益，但工程投资也相应增大，所以说设计标准对整个工程的投资和工程效益具有决定性的影响，设计时对设计标准的选取要有准确的把握，首先應根据国家统一编制的规范，结合工程任务和建设内容拟定工程等别及规模，然后在拟定的工程等别和工程规模的前提下，结合泵站管道及泵站建筑物分别所承担的工程任务以及工程特性，确定各建筑物级别及相应防洪标准。在拟定标准时，泵站建筑物同时应结合装机流量及装机功率确定建筑物级别及防洪标准，按较高的标准及级别选定。在建筑物抗震设计中，抗震设计应符合《建筑抗震设计规范》（GB50011）和《构筑物抗震设计规范》（GB50191）的有关规定，同时需注意，对于村镇供水工程，《村镇供水工程设计规范》（SL 687-2014）中规定I～III型供水工程的主要建（构）筑物应按本地区抗震设防烈度提高1度采取抗震措施。

二、线路布置

在高山丘陵区多级提水泵站中，泵站管道适应地形能力较强，线路布置时在避开不良地质条件的前提下，首先应结合规划提水的各供水点位置，优先考虑线路最短方案，并结合交通、供电、施工、运行方便等条件，比选线路确定最优方案。需特别说明的是，在高山丘陵区布置泵站线路时，泵站线路起点至泵站供水点中间如遇高岭、深沟地段需穿（跨）越时，不应单纯的考虑采用泵站上水管道一次性跨越，而应结合工程建设条件特性，做多方案比选工作，如在取水点至供水点之间从在较高的山岭阻隔时，如只采用泵站提水跨过高点的方案时，因多级泵站运行期间耗电量较高，会增加不必要的运行成本，而结合隧洞穿越方案时，可能会增加工程一次性投资，但因提水扬程的大幅度降低，运行期费用也会相应降低，所以首先根据提水泵站方案、提水泵站结合隧洞方案的工程投资、需根距不同方案的提水总扬程、装机总功率，年耗电量、结合当地提水电价，计算出供水总成本费用、年运行费、单方水成本及单方水运行成本等参数、从而得出单方水投资差额投资内部收益率，并与社会折现率进行比较、结合线路施工条件、环境影响、征地移民、建设工期要求等多个方面分析不同方案的存在的优缺点比选出最优方案，而不能单从一次性投资多少的角度选取方案。如遇切割较深的沟道，管道从沟底穿越时，随着沟道深度的增加，泵站水锤压力增大，泵站出水管道承压等级增加，相应增加工程投资，在沟道深度超过一定范围时，如采用结合渡管等方案跨越，则有可能会优于管道布置方案，所以同样需从工程总投资、环境影响、征地移民、施工条件、建设工期要求等多个方面比选确定最优方案。

三、泵站建筑物布置

多级提水泵站建筑物一般由泵房与进出水建筑物组成，泵站进水建筑物一般由引水渠（涵）、进水池、前池等组成，出水建筑物一般为出水池，以下就泵站建筑物在引水渠、进水池型式、进水池容积、溢流建筑物设置等几个方面设计时容易忽视的设计关键点进行论述。

1、引水渠设计：多级提水泵站中一般在上级泵站出水池后接引水渠道至下级泵站建筑物前池，受地形条件限制，泵站引水渠有时需布置弯道，弯道半径一般不小于水面宽的3倍，同时，弯道终点与前池前池进口之间一般设直线段，长度大于水面宽的8倍。如引水渠布置不满足上述规定时，有可能会造成泵站前池、进水池的水流流态不佳而影响泵站正常运行，设计时应注意。

2、进水池设计：泵站进水池在进水池型，有矩形、多边形、半圆形、圆形、马鞍形、窝壳型等多种形式，设计时，泵站进水池在水流流态方面最主要的问题是考虑减少旋窝及回流，几种类型的集水池在这两方面各有利弊。矩形进水池应用较广，其最主要的问题是拐角处容易出现漩涡，为改善流态，进水管应尽可能靠近后墙。圆形进水池最主要的问题是容易产生回流，需采用改善措施，但因其形式简单，便于施工，受力条件好，可节省工程量，又由于池底没有死水区以及在台坎下形成以水平线为轴线的旋滚区，对含沙水流起搅拌作用，是目前解决泥沙淤积的一种有效形式，所以在多泥沙提水泵站中应优先选用。其它几种型式的进水池进水流态条件介于矩形进水池与圆形进水池之间，一般在有特殊要求的工程中选用。

为了满足泵站正常连续运行的需要，进水池水下部分必须保证有适当的容积。进水池的容积水下容积可按共用该进水池的水泵30～50倍设计流量确定，既满足秒换水系数倍数的要求，同时还应注意到在确定水下容积时，泵站水下容积不包含临界淹没深度以下部分的容积。因泵站进水管口临界淹没深度对水泵进水性能具有决定性的影响，如当水中混有1%空气时，水泵效率下降5%～15%，混入空气含量达到10%时，直接影响水泵不能工作。所以进水池容积确定时要保证在最不利工况运行水位时，进水池水面至进水管口临界淹没深度范围的容积满足30～50倍的秒换算系数。

3、前池溢流设施，在多级提水泵站中，如果某一级提水泵站出现事故，上级泵站的来水则无处宣泄，所以宜在前池设置溢流设施，多级泵站建筑物布置在流量较小可以用溢流管溢流时，应布置溢流管，在流量较大造成溢流管截面面积较大而布置困难时，可采用在前池前布置溢流堰的方式进行溢流，将非常情况下多余水量泄入附近沟道，各级泵站出水管最低点处设排水管，以保证泵站安全。

四、泵站出水管道设计

在多级提水泵站中，一般扬程较高，管线较长，泵站容量较大，泵站出水管道在的管径所占的投资比例较高，管径的大小不仅直接决定了工程一次性投资的大小，而且因为多级提水泵站一般管线较长，管径微小的变化造成泵站总杨程大幅度的变化，直接影响泵站容量的大小，决定运行期耗电量即运行费用的变化。所以在泵站设计时，泵站管径选择的合理性是非常重要的一项工作。泵站管径的选择一般要根据年费用最小法求得，首现根据经济流速2.5～3.5m/s（小管径取小值，大管径取大值）估算管径，然后根据求得管径和根据工程特性选定的管材糙率，在范围内以50mm为模数大小浮动假定管径计算管路阻力参数值，利用不同管管径管路阻力参数值计算出水泵装置的总杨程。根据不同管径下的总杨程选择不同的泵站机组，按照机组效率与管道效率，计算出相应管径下的泵站效率，再根据泵站效率及泵站运行时间计算出年费用。年费用包括年耗电费及年生产费用两部分，年耗电费由水泵运行时间及水泵效率计算得出，年生产费用由管径、管材价格、管道长度、年折旧费、机组台数等计算得出。然后将根据上述方法计算出不同管径下的年费用列表，将列表中得出的年费用最小的管径作为选定管径。

五、结语

高山丘陵区高扬程多级提水泵站工程设计中，除上述提到的设计关键点在设计中需引起重视外，还需继续总结近年来建成的类似工程的经验，进一步研究探索，结合不同工程自身的特点，多方案比选，精心设计。

参考文献：

【1】、取水输水建筑物丛书--陈德亮主编--北京：中国水利水电出版社--2002年9月第一版