多目标排水泵站工程规划方案研究

王 永

(安徽省水利规划办公室，安徽 合肥 230022)

随着经济社会发展和城镇化进程的加快，城市建设区范围不断扩展，原有排水泵站工程排水标准和排水能力不足，导致这些区域遇稍大暴雨即排水不及时成涝严重，需要重建、扩建或新建排水泵站工程，提高排涝减灾能力[1- 3]。由于区域内存在农田、城区等不同排水要求的对象，因此要综合分析不同排水目标的特点，开展站点布局、排水标准等规划方案研究，为工程建设提供依据[4- 6]。望江县合成圩幸福河南站工程列入了国家和安徽省灾后水利薄弱环节建设性治理实施方案，主要功能为承担望江县新城区、望江县现代农业示范区排涝，同时兼顾抽排望江县城区河流宝塔河洪水以提高城市防洪能力的功能，大水年份还可代排武昌湖流域洪水以减轻湖周边圩区的防洪能力；该站排水目标多且各目标的排水标准和排水要求各有不同，多目标识别、排序及其实现是工程规划设计时需要重点考虑的[7]，本文结合望江县幸福河南站工程可行性研究工作进行研究探讨。

1 幸福河南站工程建设需求分析

1.1 合成圩及武昌湖概况

合成圩位于望江县东南部，东南滨长江，西南临华阳河，西北为宝塔河，东北至老东隔堤，圩内总面积92.18km2，地势总体上是中间低、四周高，汛期长江、华阳河、宝塔河水位长期高于地面高程。合成圩内包含望江县华阳镇、雷池乡的部分地区，总人口7.86万人，耕地面积10.43万亩，是望江县现代农业和新农村建设示范区；随着城镇化进程的加快，望江县城不断向合成圩内发展，且成为今后发展的主方向。现状合成圩防洪工程除宝塔河堤防防洪能力约20年一遇外，长江同马大堤、新老东隔堤防洪能力均已达1954年型洪水标准；圩内对外排涝泵站9座，总排涝流量86.9m3/s。

宝塔河经沈冲闸、新河口闸与北部武昌湖相通，武昌湖湖面106km2，占武昌湖流域集水面积1084km2的约10%，湖泊周围分布圩口40个，其中万亩以上圩口4个。受流域洪水影响，大水年份武昌湖长期处于高水位，沿湖圩口防洪排涝压力极大[8]。

合成圩水系及与武昌湖位置关系如图1所示。

图1 合成圩水系及与武昌湖位置关系图

1.2 幸福河南站工程建设需求分析

1.2.1合成圩内现有排涝标准较低，不能满足经济社会发展需要

根据合成圩内水利工程情况，现状综合排涝能力达到农排10年一遇3d暴雨3d排至作物耐淹水深[9]。随着望江县城向合成圩内发展及望江县经济开发区的建设，圩内城区已颇具规模，合成圩内规划中心城区面积为21.6km2，中心城区东北侧为合成圩现代农业示范区核心区。现有排涝标准低，不能满足经济社会发展要求，需要增加区域排涝能力。

1.2.2望江县城区现有防洪能力不足，不能满足城区稳定和发展要求

望江县城主城区以宝塔河为界，分为宝塔河西北部老城区和合成圩内城区两部分，宝塔河城区段既直接承受来自上游山丘的洪水，又受出口华阳河洪水的顶托，大水年份水位长期居高不下，导致城区因洪致涝问题特别突出。频繁的洪涝灾害不仅造成望江县城区重大的经济损失，而且在社会稳定和交通、通讯等方面也造成了一定的不利影响，给人民生命财产安全带来极大威胁。

为降低宝塔河洪水位，2005年在新东隔堤城关节制闸处按满足县城近期防洪标准20年一遇要求建设了城关排涝站，设计流量18.38m3/s，尚达不到50年一遇防洪标准要求，急需增大宝塔河外排能力。

1.2.3武昌湖流域防洪排涝能力较低，与经济社会发展不相适应

武昌湖流域为安庆市望江县、怀宁县重要的农业生产基地，人口较多，但现状防洪排涝能力较低，汛期武昌湖高水位持续时间长导致周边区域防汛压力巨大，经济社会发展受到严重制约。

综上，望江县合成圩排涝标准、县城防洪能力和武昌湖流域周边区域防洪排涝能力的提高均需要通过增加外排能力得到实现，拟建幸福河南站在位置和规模上具有满足以上需求的有利条件。

2 幸福河南站工程排水目标研究

2.1 目标识别与目标排序

根据需求分析，幸福河南站工程任务主要为承担合成圩内望江县新城区、望江县现代农业示范区的排涝，同时兼顾排泄宝塔河洪水和代排武昌湖流域洪水的功能。因此，幸福河南站具有多个排水目标的特点[10- 12]，排水目标既有城市排涝，又有农业排涝，还包括排除河道、湖泊洪水。

在以上目标中，按照排涝对象的重要性分析，城市排涝和排宝塔河城区段洪水涉及到望江县城安全，属于第一优先级，其次是现代农业示范区核心区的农业排涝和代排武昌湖洪水；按照排水效率分析，现代农业示范区核心区距离幸福河南站最近，地面高程普遍低于合成圩内望江县新城区，且宝塔河和武昌湖洪水要经过农业示范区内骨干渠道引入泵站外排，因此，城区排涝效率最高，其次是现代农业示范区排涝，宝塔河洪水和武昌湖洪水通常是圩区排涝能力有富余时才可得到兼顾。

综合以上，幸福河南站排水目标的优先顺序为①城市排涝②农业排涝③宝塔河洪水外排④武昌湖洪水外排。

幸福河南站工程排水目标和目标排序概化如图2所示。

图2 幸福河南站排水目标排序概化图

2.2 规划标准

根据各排水目标和对象具体情况，结合国家标准[13- 14]规定，拟定各排水对象的规划标准如下。

排涝标准：望江县城排区为20年一遇最大24h暴雨最高内涝水位不超过设计最高内涝水位；望江县农业示范区排涝标准为10年一遇最大24h暴雨最高内涝水位不超过设计最高内涝水位，示范区外的其它农排区维持现状10年一遇最大3d降雨3d排至作物耐淹深度的排涝标准。

排洪标准：排宝塔河洪水标准与望江县城市防洪标准一致、为50年一遇；排武昌湖洪水标准与武昌湖流域治理标准一致、为20年一遇。

3 幸福河南站工程规划方案

3.1 合成圩排涝方案

3.1.1排涝范围、站点布局研究

根据合成圩内城区规划范围及现代农业示范区核心区规划范围，并结合圩内现状排涝分区情况，综合确定幸福河南站工程排涝范围为包含望江县新城区的靠近长江的区域，面积48.0km2，其中城排区位于南部，面积21.6km2，北部农排区面积26.4km2。该区现状尚无直接对江排涝站。

合成圩三面环水，从有效减轻内水和支流洪涝水压力考虑，应尽量增大向长江排水的规模，即站点布局以对江排涝为主。

拟建幸福河南站与该区已建排涝站联合运用，共同承担涝水外排任务。区内需新增排涝流量均由幸福河南站排向长江。

3.1.2排涝方案拟定

排涝范围内城排区地面高程普遍在10.5～14.5m，农排区地面高程普遍在9.0～12.5m，城排地面高程总体高于农排地面高程。鉴于排涝标准不同，拟定城乡分开排涝和城乡合一排涝两个方案。

方案一：城乡分开排涝方案，即当城排区泵站全力运行，区内涝水仍有上涨趋势时，需通过人工措施将城排区涝水与农排区涝水分隔开，人工措施主要有修建矮堤(结合道路)、节制闸等；分别设城排渠、农排渠进入幸福河南站，幸福河南站设置高排机组和低排机组或设置幸福河高排站、低排站分散建站排涝。

方案二：城乡合一排涝方案，根据城排区地面高程总体高于农排区地面高程的实际情况，利用已有的排水渠道设节制闸。当华阳河水位低于圩内排涝水位时，城排系统与农排系统合为一体自排，相互调节；当华阳河水位高于圩内排涝水位圩内涝水不能自排时，关闭外排节制闸，城排片涝水通过该排区内的长河站、古港站抽排入华阳河，部分高排涝水通过南部沟由雷池站(高排)抽排入长江。当城排区现有泵站全力运行，区内涝水仍有上涨趋势时，适度打开与农排区连接渠道上的节制闸，将城排区片超量涝水排入北部农排区，通过幸福河南站抽排入江。

3.1.3排涝方案比选

各方案的优缺点及相对可比投资综合比较见表1。

表1 幸福河南站工程排涝方案综合比较表

综上，方案二优势较为明显，推荐合成圩内排涝方案采用城乡合一排水方案。

3.1.4排涝方案可靠性复核

由于城排区、农排区排涝标准不同，采用城乡合一排水方案，往往会出现在遇到城市排涝标准的降雨时，由于已超过农排区标准导致积水顶托影响城排区排涝，城区很难达到城区排涝标准，无形之中又增加了农排排涝标准，大水年份可能造成农村涝水回压进城，加重城区内涝[3，15]。为此，需对选定的排涝方案进行可靠性复核。

本工程排涝范围内城排片位于幸福河南站汇水方向上游，农排片位于下游。经调节计算，当合成圩遭遇20年一遇最大24h暴雨，排涝范围内泵站均满负荷运行，排涝范围内最高滞涝水位9.88m，淹没区面积3.04km2，均位于农排片金盆湖区域内。最高滞涝水位比城排片常水及最高内涝水位分别低1.12、2.12m，不影响上游城排片来水汇流，城排片可达20年一遇最大24h暴雨最高涝水位不超过设计最高蓄涝水位的标准。

3.2 宝塔河洪水外排方案

3.2.1现状洪水处理措施

在现有工程格局下，宝塔河流域防洪方案为：当华阳河水位低于16.0m时，宝塔河洪水经城东闸、城关闸自流排入华阳河；当华阳河水位达到16.0m时，关闭城关节制闸和城东节制闸，使县城东部洪水不入城区，同时开启宝塔河排涝站抽排县城西北部来水，利用后期无城排任务的宝塔河排涝站和相机利用雷池站后期余力代排县城东北部宝塔河北岸来水，合成圩来水改由雷池站等直接外排入长江。在武昌湖水位较低时，可利用已建沈冲闸相机自排入武昌湖。对于超标准洪水，可利用沿河小圩蓄洪。

3.2.2增大外排能力方案研究

(1)方案拟定与比选

现状除城区段外，宝塔河其它段已基本满足防洪标准。因此，应主要研究增大城区段外排能力，以达到50年一遇防洪标准的规划方案。在现状工程措施基础上，拟定扩建城关站和利用幸福河南站两个方案。方案内容与比选见表2。

表2 宝塔河洪水外排方案及比选表

(2)方案确定

考虑到幸福河南站建成后用于排涝的一次时段较短(设计涝水排除时间24h)、且洪水滞后于涝水的特点，幸福河南站具备为宝塔河代排洪水的条件。因此，从提高设施综合利用水平、节约投资和日常运行维护费用等角度出发，推荐采用方案一。

对于方案二，可作为远期进一步提高望江县老城区防洪标准的措施。

3.3 幸福河南站代排武昌湖洪水方案

3.3.1武昌湖流域治理规划

根据2017年安徽省水利厅批复的《武昌湖流域治理规划》，为降低武昌湖洪水位，拟采取通过扩大排湖通道规模的措施。规划结合圩口排涝站扩建，新增排湖流量180m3/s后，武昌湖20年一遇洪水位15.24m将较现状16.25m降低约1.0m，略低于现状10年一遇洪水位15.50m，从而可以保证现状湖堤基本不加高即可达到20年一遇标准的防洪能力。

3.3.2幸福河南站代排湖水线路方案研究

宝塔河与武昌湖相连，幸福河南站在外排宝塔河洪水任务完成后，即可打开沈冲节制闸，引湖水入宝塔河由幸福河南站代排，因此，代排湖水的线路完全利用现有河道，不需要新挖。

根据资料分析[8]，武昌湖历次大水年高水位(15.5m以上)持续时间一般在30～45d，最长达100d；在此期间合成圩排涝和宝塔河一次排洪时间不超过1d，考虑连续暴雨因素，一次时间最长不超过3d。同时，通常情况下，圩内涝水和宝塔河洪水峰值出现时间要早于武昌湖最高洪水位。因此，幸福河南站完全具有代排武昌湖洪水的能力，该站排水规模大(设计流量约100m3/s)，对于降低湖水位效果明显。

需说明的是合成圩内代排武昌湖洪水除利用幸福河南站线路外，还有现状沿徐湾河利用雷池站、雷港站的线路，在2016年等大水年份已经利用其进行了外排，2016年流域暴雨和1998年接近，但武昌湖高水位却由1998年的71d缩短为44d。

4 结语

随着城镇化的发展，排水泵站服务范围增大的同时，排水目标也随之增多，规划方案难度相应增大。本文对望江县幸福河南站具有的农业排涝、城市排涝等多目标进行了识别、排序和站点布局等方面的研究和探讨，可供有关人员工作时参考借鉴。由于低洼易涝区类型和情况不同，排水泵站的目标和排序必然不同，需根据具体情况具体分析[10]，限于目前收集的实例不多，本文尚无法提出总结性的结论。基于同样因素，本文对多目标排水泵站规划方案中泵站设计流量和特征水位[16]等分析计算内容也未涉及，这些都需要在后续工作中注意整理和总结。