城市排涝泵站规模规划与可行性研究

刘梓初

【摘要】确定排涝泵站的规模是城市排涝工程规划设计的重点，合理确定泵站规模不仅关系到城市防洪安全，还影响排涝工程的投资和运行效益，因此本文对城市排涝泵站规模规划与可行性进行了探讨研究。

【关键词】排涝泵站；规模规划；可行性分析

1、排涝泵站规模的规划方法

1.1 排涝泵站规模的主要指标

排涝泵站规模指标包括设计流量、装机容量、特征水位、特征扬程等，但其中影响规模最重要的指标是设计流量，所以本文主要讨论排涝泵站设计流量的确定方法。

1.2 排涝泵站设计流量的确定方法

按照《水利工程水利计算规范》（SL 104）规定，排涝泵站设计流量应通过排水要求的计算确定，具体分为以下3种情况：（1）将涝水直接排至河道的规划泵站应通过河道设计排水流量的计算来确定；（2）涝水先经河道自流或通过内排站排至蓄涝区，再由规划泵站排到承泄区，应根据设计暴雨及蓄涝区入流过程线的调蓄计算结果，取最大出流量为泵站设计流量的依据；（3）规划泵站兼有涝区涝水和蓄涝区积水的排放时，应按照先排涝区、后排蓄涝区的原则分别计算排水流量，并以流量计算最大者作为泵站的设计流量依据。河道设计排水流量可按排水模数法、排涝期平均排除法以及产汇流推演法进行计算；而利用河道涌容进行调蓄时，可采用调蓄演算法进行计算。无论采用哪种方法，都无法回避标准的选用以及各种计算方法的选择问题。由于水利部门和城建部门排涝标准的出发点不同，前者适于排涝面积较大水系或河涌，设计暴雨重现期为10年一遇24h暴雨3d排除；后者适于排水面积较小的区域，如城市雨水管道排水系统的设计，设计暴雨重现期为1～2年，降雨历时分为5～120min九个时段。由于暴雨样本选样及重现期上的差别较大，排涝计算结果必然会有较大差异。而不同计算方法适用范围与条件不同，计算出的峰值流量也会有较大差别，如推理公式法与毛雨概化峰值法在计算10km2以内面积区域时峰值流量差别可能会达到1倍以上。采用水文计算时同样会有这个情况，平均排除法与平湖法计算出的排涝流量可能相差5倍。因此，在规划排涝泵站规模时必须弄清项目的使用条件和范围，如推理公式法适于树叶型分布区域，毛雨概化峰值法适合有鱼塘、水田等错峰蓄水的地类。还有一种情况是排涝区域同时有城区和农田时，不能简单地把两类区域流量叠加作为排涝泵站的设计流量，而应分别确定两个地类的排涝标准，再分别计算两个地类在设计标准下的排涝流量，取两者之和作为规划区域排涝泵站的设计流量。

1.3 排涝泵站设计流量计算方法应用

某河涌汇水面积18.53km2，排涝标准为10年一遇24h设计暴雨1d排完。洪峰流量计算结果为：采用综合单位线法计算洪峰流量为81.74m3/s，推理公式法计算洪峰流量为76.8m3/s，毛雨概化法计算洪峰流量为70.55m3/s，可见这几个结果偏差不太大。水文计算结果如下：比降法计算排涝流量为47m3/s，平湖法计算排涝流量为40m3/s，平均排除法计算排涝流量为18.53m3/s。这几个计算结果中平均排除法得到的规划流量明显偏低，这是因为平均排除法仅以总水量平均排除，而不考虑内河涌水位对致灾效果的影响，所以偏差较大；平湖法假定涝区内的河涌为一个湖，然后根据总水量平衡的原理确定河涌水位的变化，以此判断排涝方案是否满足设计要求，但没有考虑水流流动时水面线的比降，所以计算结果偏小，但已比平均排除法合理得多；比降法考虑了水流流动时水面线的比降，更接近实际排涝过程，因而计算结果最合理。

2、排涝泵站的可行性分析

2.1 排涝泵站的可行性分析方法

排涝泵站的可行性分析内容包括工程投资、运行费用、工程效益等方面的内容，而比较的前提是必须进行多方案比较，也包括与同类工程的比较。制定多个方案，目的是从不同的方案中选择最佳方案。与同类工程比较，可以体现规划工程的水平在同类工程中处于什么地位，是否具有先进性和创新性。工程投资是可行性分析的重要内容，一般采用排涝泵站单位流量或单位装机容量进行计算，但这种方法较为粗糙，在可行性研究阶段应以初步设计成果，并按照相关标准进行逐项计算，精确度较之前高出不少。运行费用一般采用年运行费用，包括直接年运行费用和间接运行费，前者包括动力费、维修保养费、行政管理费、观测与试验研究费、其他费用几项，后者主要是固定资产折旧。排涝泵站的工程效益包括直接排涝效益和间接排涝效益，前者是指泵站因排除涝水而减免的洪涝损失，后者包括减少的分洪损失、减少的防汛费用及产生的其他效益等。

2.2 排涝泵站的可行性目标与优化方法

从经济角度考虑，排涝泵站建设的目标应当使总投资最小化，而要减少排涝泵站规模（装机容量），可以充分利用河道涌容进行调蓄，这就需要在设计暴雨条件下使河道设计水位不超过控制水位，而河道设计水位与河道涌容、泵站设计流量有关。

假定排涝泵站机组单机的设计流量为（m3/s），装机容量为（kW），机组共台，河道最大蓄水容积与水泵启动时的蓄水容积分别为、（单位均为m3），单位机组和渠道投资分别为、（单位均为万元/台），则排涝泵站优化设计目标可用以下关系式表示：

式（1）、（2）中，表示总投资，表示河道来水的过程；其中、分别表示排涝泵站机组起调与终调的时刻，也就是来水流量降到或外江水位降到自排水位以下的时刻。

利用上面的关系式可以充分协调河道涌容与排涝泵站的设计流量，以实现城市排涝规划总投资的最小化。

3、结语

城市排涝泵站的规划设计是一项比较复杂的工作，规划设计人员在确定泵站规模时应当保持清晰的思路，正确运用规划方法，这样复杂的问题也可以简化。层层推进，步步精心，再加上前后验证和反复比较，必能得到可靠性高的规划设计方案，从而为城市防洪排涝事业做出自己的贡献。

参考文献：

[1]徐晶，宋东辉. 考虑河道涌容调节的排涝设计[J]. 人民長江，2010，41（24）：17-19，24.

[2]刘超. 城区与农田混排区排涝泵站流量计算方法的探讨[J]. 治淮，2011（11）：22-24.