杭州三堡排涝泵站枢纽总布置优化方案

何　勇，金国栋，潘志军

(杭州市南排工程建设管理处，浙江 杭州　310019)



杭州三堡排涝泵站枢纽总布置优化方案

何勇，金国栋，潘志军

(杭州市南排工程建设管理处，浙江 杭州310019)

摘要：城市大型排涝泵站枢纽工程总布置要节约土地资源和综合利用，排水通道利用现有航(河)道时流态有较为严格限制，泵站枢纽工程施工和运行要保证既有建(构)筑物安全等问题.杭州三堡排涝泵站枢纽地处主城区，进出口位于航道口门区，其枢纽总布置原规划为明渠方案，优化后为箱涵方案，按不同排水口位置有3个布置方案，从占用土地资源、技术性、经济性等方面进行比选了最优方案，实现节约和综合利用土地资源、水工程综合利用、减小工程投资等目的.对土地资源紧缺的城区规划和建设大型排涝泵站工程可行性分析和研究具有参考价值.

关键词：杭州三堡；排涝泵站；总布置；优化

0引言

近些年来杭州城区易内涝，如2007年第16号“罗莎”台风带来强降雨造成城区严重内涝[1]，内涝主要原因是受区域自然条件造成汛期降水集中、地势平坦使排水不畅，运河水系受下游水位顶托加重城区低洼地带积水，城市下垫面硬化促进径流城市化[2-3]，城区地下管网不能迅速汇流等多因素影响，导致城区天然排蓄能力不足.势必在城区京杭运河近钱塘江口门上建设大型排涝泵站南排钱塘江入杭州湾，是解决运河排水不畅，缓解城市内涝的有效方法.目前，城区规划有三堡和八堡排涝泵站枢纽工程.

城市大型排涝泵站枢纽总布置的优劣直接关系到工程建设的可行性.近几年对复杂环境下排涝泵站局部建筑物布置有相关的研究和应用.通过泵站进出水口防护研究减少航道防护面积和施工期对航运的影响，节约更崇高投资[4-5]，通过泄(排)水对河道通航水流条件的影响研究并优化泄(排)水口门建筑物布置[6]，通过对泵站前池流态研究优化进水建筑物布置[7-8]，但对排涝泵站枢纽总布置的优化和研究较少.大型排涝泵站枢纽布置应根据站址的地理环境、征地拆迁、施工、环境等条件，结合枢纽布局、综合利用要求、机组型式等，做到布置合理、有利施工、运行安全、管理方便、少占耕地、节约投资和美观协调[9].

杭州三堡排涝泵站枢纽位于杭州主城区，呈条带状布置，紧靠京杭运河三堡船闸，进排水口位于航道口门区，工程轴线穿越多条城市主干道.枢纽总布置原规划进出水引河为明渠方案，占地面积大，工程总投资高，可行性较差.优化后进出水引河调整为箱涵，按照排水口位置不同分3种布置方案，从占用土地资源、技术性、经济性等方面进行比选，三孔排水口位于引航道单孔排水口位于钱塘江侧方案最优，占用土地较少，投资适中，充分发挥了水工程的综合功能，推动了工程建设的可行性.

1工程基本情况

杭州三堡排涝泵站枢纽位于杭州市江干区，京杭大运河三堡二线船闸西侧，毗邻杭州城市新中心钱江新城，位置(见图1).工程是以防洪、治涝为主，结合改善水环境等综合利用的大(一)型枢纽工程.工程设计排涝流量为200 m3/s，设4台3560ZXQ50-3.65机组，斜30°布置，装机容量13.2 MW.工程引水流量30 m3/s.新开河箱涵设计排洪流量63.7 m3/s.工程等别为Ⅰ等，由进水、泵站、引排水建筑物，二线船闸西侧防洪堤等组成.除进水口导航架、拦污栅工作桥、引水箱涵等次要建筑物为3级建筑物，施工围堰等临时建筑物为4级建筑物外，其他主要建筑均为1级建筑物.泵站起排水位2.0 m，开单台机组排涝，水位超过2.4 m后航道停止运行，根据水位依次开启多台机组排涝.

工程区地形平坦开阔，地面高程一般5.5～6.5 m.主要土(岩)层自上而下可分为：人工堆积层；砂质粉土，中间分部粉质粘土；淤泥质粉质粘土；粉质粘土、粘土；含泥砂砾石；泥质粉砂岩，基岩面高程-52.0 m左右.地震动峰值加速度为0.05 g，地震动反应谱特征周期为0.65 s.工程区域地质等稳定性较好，适合泵站布置.运河多年平均常水位1.34 m，钱塘江多年平均常水位4.49 m.

图1　工程位置图

2明渠(原)方案枢纽布置

2.1方案布置

原设计推荐方案为明渠方案，进出水引河采用明渠，排水口位于钱塘江侧，泵址位于钱塘江侧防洪大堤背面(见图2).主要建筑物包括泵站、上游引河、下游出水渠、排水口，与三堡二线船闸工程较小夹角布置.进水口位于凤起东路以北上游引航道，上游引河穿过凤起东路、钱江东路、污水干管，直抵钱塘江侧泵站.泵站出水渠接排水口.

2.2方案优点

明渠方案布置简单，进出水流顺畅，现有新开河、新塘河排水可直接汇入上游河道，施工简单，基坑围护范围小，工程投资最省.

图2　明渠方案枢纽布置图

2.3方案缺点

明渠方案工程占地和征迁范围大，征迁投资和难度大，对现有交叉建筑和规划建筑的影响明显，工程建设可行性和经济性较差.

(1)明渠方案占地面积20.6 ha，规划运河西路和之江东路与船闸间地块无法综合利用；废除现有新塘河泵站，减少区域外排能力20 m3/s.

(2)未考虑反向引水功能，交叉道路需要采用桥梁结构、运河隧道之江东路出口需要延长，现有污水、煤气、自来水管均需改迁，规划污水、自来水管道需要下穿.

(3)施工对环境影响大，上下游河道开挖产生大量土方外运.

3枢纽布置优化分析

3.1场址不利因素分析

工程毗邻三堡二线船闸，工程布置呈条带状，长度约1.6 km，存在诸多不利因素.

(1)杭州三堡排涝泵站枢纽进出水口位于船闸口门区，通航设施对其附近水域都有较为严格的限制条件，受流速、冲刷和施工条件等制约.

(2)顺水流方向有3条城市道路(其中一条为下穿隧道)、2条城市排水河道、5条污水干管、多条城市供水管道、1条煤气管道，多条通信线路，1座中型泵站，受交叉建筑物影响大.

(3)进水口施工、交叉建筑物施工受通航和交通组织影响.

3.2优化原则

杭州三堡排涝泵站枢纽克服场址不利因素影响，按照以下原则进行优化：

(1)节约和综合利用土地资源，充分利用地下空间，做到土地最大化利用和综合开发功能.

(2)满足工程方向配水，现有河道的区域防洪排水功能.充分发挥水工程的综合功能.

(3)处理水工建筑物与周边规划的关系，做到环境和美观协调.

(4)有利于工程施工，尽量减少对现有建筑、交通、通航、交叉管线的影响.

3.3优化方案

优化后的方案进出水引河改为地埋箱涵，泵站位置调整至内河侧，增加外江排水闸，形成3个布置方案.

箱涵方案1：排水口位于钱塘江侧(见图3).主要建筑物包括泵站、进水箱涵、排水箱涵及排水闸等.进水口同明渠方案，进水口箱涵过凤起东路后接泵站，后接排水箱涵，排水箱涵穿钱江东路后，沿下游引航道西侧防洪堤至钱塘江侧，设排水排水闸.引水取水口在钱塘江侧，通过排水箱涵、泵站出水池、引水箱涵、新开河箱涵、前池、进水箱涵进入运河.

箱涵方案2：排水口位于下游引航道，详(见图4).主要建筑物包括泵站、进水箱涵、排水箱涵及排水闸等.进水口、进水箱涵、泵站布置同箱涵方案1.泵站后接排水箱涵，穿越钱江东路后向东折，于下游引航道设排水闸，涝水通过下游引航道排向钱塘江.引水取水口位于下游引航道，引水路线同箱涵方案1.

箱涵方案3：三孔排水口位于下游引航道，单孔排水口位于钱塘江侧，详见附图5.主要建筑物包括泵站、进水箱涵、四孔(单孔)排水箱涵及排水口等.进水口、进水箱涵、泵站布置与箱涵方案1，整体布置比箱涵方案1靠近船闸.泵站后接排水箱涵，排水箱涵于穿钱江东路后，三孔排水口位于下游引航道，设四孔排水闸，单孔箱涵延下游引航道堤身斜坡延伸至钱塘江侧，设检修闸门和引排水口.单机排涝通过单孔箱涵，多机排涝开启三孔排水口，引水取水口位于钱塘江侧，引水路线同箱涵方案1.

图3　箱涵方案1枢纽布置图

图4　箱涵方案2枢纽布置图

图5　方案3枢纽布置图

3.4箱涵方案比较

箱涵方案技术和经济比较(见表1).

方案2投资最省，占地小，排水口完全利用下游引航道，从工程角度是最优方案，但受引航道通航设施对附近水域严格的限制条件，单孔排涝时引航道内流速不满足通航要求，引水取水口位于航道，水质影响较大.方案2不可行.

对比方案1和方案3，对现有建筑物影响基本一致，施工难度接近.方案3除下游引航道西侧红线范围1.87 ha土地作为周边地块的配套绿化用地，实际占地9.133 ha，占地较小，土地利用较好.单孔排涝利用单孔箱涵，多孔排涝利用下游引航道，引水时通过单孔箱涵直接钱塘江侧取水，不影响配水水质，总投资适中，推荐方案3.

表1　箱涵方案比较

3.5明渠与推荐箱涵方案比较

明渠方案与箱涵方案3进行投资比较(见表2).综合比较政策处理及环境投资、建安投资，明渠方案小于箱涵方案，考虑土地的综合利用价值，节约土地9.13 ha，土地增值价值达到25亿元以上.箱涵方案综合效益明显，最终选定箱涵方案3.

表2　明渠方案与箱涵方案3投资比较

4建筑物布置优化

(1)泵站管理区布置优化.泵站管理区优化后布置一幢集泵站功能、运行管理、办公、科普于一体建筑，按照绿色三星建筑设计，划定管理区范围集中在泵站区域，占地3.27 ha，进水箱涵、泵站、排水箱涵等其他地块均规划建设为开放的水利文化公园，下游引航道西侧1.87 ha移交周边地块整体开发管理，进一步优化和利用土地资源，发挥工程的综合功能.

(2)工程进水口、排水口布置优化.设计采用了全断面膜袋混凝土护底，对航道影响较大，需要断航施工，通过对其进行数模和物模分析，采用了垂直防冲为主、水平防冲为辅的手段，减少水平防护，做到不断航施工.

(3)道路交叉建筑优化，两条城市主干道凤起东路和钱江东路均与箱涵形成交叉，原设计为单跨桥梁，投资大，调整后采用路涵结构，同时满足引排水过流和交通要求.

(4)优化区域防洪排水功能，保留现有新塘河泵站外排水口，利用新开河箱涵将新开河和新塘河一并接入泵站前池，加快区域排水.

5结论

(1)杭州三堡排涝泵站枢纽2015年5月建成并投入运行，2015汛期多次开机排涝，防洪减灾效果明显，通过新开河箱涵加快了江干区和上城区排洪速度，周边节约用地得到进一步开发利用，运行期和施工期对航运未产生明显影响，交叉建筑物得到充分利用，优化后的布置效果得到验证.

(2)杭州城市土地资源日趋紧缺，河(航)道两岸既有城市建筑空间趋于狭窄，城市规划景观对水利工程建设提出了更高要求，同时对水利工程的功能需求进一步提升，由单一的防洪排涝需求转变为集防洪排涝、交通、改善环境、提升文化等综合功能于一体.在城市中心地带建设泵站，杭州三堡排涝泵站枢纽工程的总布置原则和思路值得借鉴.

(3)城市水利向地下要空间，集成水利、市政、景观等综合功能的利用和开发，值得我们进一步去探索和挖掘.

参考文献：

[1]陆一奇.关于城市防洪减灾的若干思考[J].浙江水利水电专科学校学报,2008,20(1):34-38.

[2]方龙龙,俞连根,吴祖林,等.杭州城市内涝积水成因分析及减灾对策[J].科技通报,1997,13(3):137-142.

[3]康瑛.杭州市防洪体系现状及规划[J].浙江水利水电专科学校学报,2001,13(2):27-29.

[4]蔡宏伟,董建源,王新建.杭州三堡排涝泵站排水口防护方案优化研究[J].中国农村水利水电,2010(6):107-113.

[5]何勇.杭州三堡排涝泵站进水口防护方案优化研究[J].水利建设与管理,2015(11):43-48.

[6]方伟,蒋孜伟.枢纽分散泄流对下游河道通航水流条件的影响研究-以景洪电站为例[J].浙江水利水电学院学报,2014,26(3):43-48.

[7]虞鸿,张永进,刘海泉.大型泵站前池复杂流场的数值模拟及优化设计[J].水电自动化与大坝监测,2013,37(4):66-70.

[8]谢宇琦,楼绍撑.杭州三堡泵站进水池复杂流场三维模拟与分析[J].水电能源科学,2015,182(10):84-87.

[9]中华人民共和国水利部.GB50265—2010泵站设计规范[S].北京:中国计划出版社,2011.

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本刊编辑部

Layout Optimization for Urban Drainage Pump Station

HE Yong, JIN Guo-dong, Pan Zhi-jun

(Hangzhou Construction and Management Office of Drainage, Hangzhou 310019, China)

Abstract:In the feasibility analysis of layout optimization for urban large drainage pump station, the focus is to save land resources with comprehensive utilization. For flow regime has strict limitation when existing channel (watercourse) is used by drainage channel, the construction and operation of pump station pivotal project should guarantee the security of existing architectures (structures). Hangzhou Sanbao Drainage Pump Station is located in main urban area, and its inlet and outfall are at channel entrance, so the original layout of open channel is optimized as box culvert. There were 3 layout schemes according to different outlets, and the third scheme is the best after contrast from the aspects of land resources occupation, technology and economy. The third scheme promotes the feasibility of construction by achieving the goal of saving and utilizing soil resources, comprehensive utilization of water conservancy engineering and reduction of engineering investment. It is of reference value for analysis and research on feasibility of large drainage pump station planning and construction by cities short of soil resources.

Key words:Hangzhou Sanbao; drainage pump station; layout; optimization

中图分类号：TV61

文献标志码：A

文章编号：1008-536X(2016)02-0037-06

作者简介：何勇(1974-)，男，四川广元人,高级工程师，主要研究方向：泵站工程技术.

收稿日期：2015-09-11