城市防洪排涝泵站设计的问题分析

(东莞市运河治理中心，广东 东莞 523000）

引言

随着经济的快速发展，大量的人口涌入城市去寻求更好的发展机遇，城市聚集了大量的人口。一个城市的市容市貌、基础建设的好坏决定了该城市的宜居程度，是本城市居民工作、学习、生活以及城市可持续建设发展的基础。近些年来，暴雨、台风、海啸等自然灾害发生的频率越来越高，给城市造成洪涝灾害。如果城市的防洪排涝体系建设不够完善，存在疏漏，那么在洪涝产生的时候就会对该城市产生严重的后果，严重影响居民的正常工作生活。因此，为了消除城市发展的制约因素，加快城市的经济建设发展，就要着重关注城市防洪排涝基础设施的建设。基于此，本文针对当前城市防洪排涝设计的相关问题进行分析，提出关于城市防洪排涝泵站的设计以及管理的可行性建议，从而改善城市的防洪排涝体系，保证城市在洪涝灾害产生时的安全，保障城市居民的正常工作生活，进而为城市的经济快速发展保驾护航。

1.城市防洪排涝泵站的设计前提背景知识

1.1 城市防洪排涝泵站设置位置。设置站点要考虑整体的城市水环境治理，一方面大多要靠近该城市天然内河、市政排污出口；另一方面大多设置在工厂排污出口或城市排水出口与外河外江的连接处。结合该城市原有排水系统规划布置进行站点位置选择。

1.2 城市防洪排涝泵站运行机制。正常情况下，当城市内的水涌量高于江河水位线时，关闭防洪排涝泵站，使得城市内水流自然流出；当暴雨或者汛期时，外部江河的水位也会上升，当关闸水位与其等同于，城市积水涌入泵站前池，此时水流量开始频繁工作，抽排水量；当非暴雨期、非汛期时，涌入泵站前池的水则会自然干涸。

1.3 防洪排涝泵站每年的运行工作时间相对短暂集中，只有在该城市进入雨期、汛期、台风天气时才会启动运行，我国城市多在赤道以北，因此，启动的时间多集中于5 月至10 月。每次启动运行时间为4 天至8 天，每年的累积运行时间不会超过一个月。

1.4 防洪排涝泵站在施工建设时要保证避开暴雨期汛期，要保证施工过程中不会发生洪涝灾害，要在枯水期完成泵站主体结构的工程建设，枯水期差不多在11 月至来年的4 月。

2.城市防洪排涝泵站设计方案制定

2.1 泵站工程结构设计

防洪排涝泵站的主泵房的进水结构主要包含泵站前池和进水池。同时进水池结构前面要设计闸门检修以及清污设备。还要配备泵机室以及出水箱，为了后期的维修管理，设计相对应的办公房以及配电室。下图1 为某市防洪排涝泵站的工程布置示意图。

图1 某市防洪排涝泵站的工程布置示意图

2.2 泵站工程方案设计

2.2.1 工程参数选定。某泵站预计1780kw 功率的总装机需要4 台，排水量流量设计为20.76m³/s，表1 为该泵站工程的基本设计信息统计。

表1 泵站工程基本信息统计表

2.2.2 泵站的水泵型号选定原则。1）所需水泵必须满足排水量设计值、净扬程设计值以及不同情况下的排水要求。2）扬程设计时水泵要设计在高校区工作运行，当扬程值在最大值和最小值时，水泵都能够安全工作运行。3）科学选定装机的数量，根据防洪排涝的水流量以及整个城市的系统调度安排，主泵台设计在3 至10 台最为适宜。4）泵机的选择还要综合满足经济指标，即整个泵站的投资要求，同时功率尽量小。5）还要考虑后期泵站的运营维修，因此在泵机选用时，优先选用同一型号，便于后期的维修以及综合利用。下图2 为某工程防洪排涝泵站机组设计现场示意图。

图2 某工程防洪排涝泵站机组设计现场示意图。

2.2.3 泵站进水池设计。防洪排涝泵站通常设置在该城市天然河道的出江口，因此，为了减少泵站进水池的建设工程，可以根据该建设的天然河冲沟的容积以及面积进行设计，再结合实际的排水量进行适当的加深或者加宽的方案设计。尺寸的最终设计根据该原定的排流量进行具体计算，本文工程排流量设计值为20.76m³/s，最终的泵站进水池尺寸为50 倍的排流量设计值。根据机器设备的使用说明说以及泵站规范的相关要求，水泵的运行与电机的运行要至少间隔5 分钟，启动运行不可太过于频繁。当暴雨汛期洪涝灾害发生时，为了保证泵机设备的使用安全，避免损失和多次维修，进行进水池的设计时，要保证单台机组5 分钟的运行容积。

2.2.4 泵站防洪排涝水位设计。管渠水位是泵站水位的最高值，因此防洪排涝水位设计最大值的设计选定要依据管渠水位，最适宜的设计高度应比顶部低20cm 至30cm。根据上文提到的泵机启动运行要求，5 分钟左右启动一次，当管渠水位的高度达到一定量时，要提前启动一台泵机，即提前5 分钟启动泵机，然后依次启动运行其余泵机。当水位达到某个设计适宜值时，此时泵站所有水泵均在工作运行状态，此时排水体系也在同步工作，这样形成一个科学合理的抽水、排水的运行状态，使得整个泵站的排洪防涝处于正常工作状态。

2.2.5 泵站防洪排涝扬程设计。水泵设计的基本参数即扬程设计，该设计参数包含扬程设计值、扬程最大值以及扬程最小值三个指标。这都是根据该泵站选择的泵机转速、功率、型号等指标记性计算。扬程设计值计算公式是内江与外江的水位差再加水力损失值。扬程最大值即内江最低水位与外江最高水位之间的水位差再加上水力损失值得到的扬程值。扬程最小值的作用为，当设计防洪排涝站进行洪水排流时，为了提高排流能力，降低防洪排涝成本，从而设置闸门，当内江水位高于外江水位时，打开闸门，利用水势高低自然排水，当闸门关闭时出现的扬程值即为最小值。

2.2.6 泵站防洪排涝排流量设计。在整个防洪排涝站设计的过程中，醉的影响因素为排流量，不仅影响泵机型号、功率、台组的选定，还会影响泵站因地制宜制定排洪方式，前水池容积、排水标准等。因此，在进行城市的泵站防洪排涝设计时，要根据当地的地势地貌、水文条件、气候条件因地制宜的进行调研和分析，结合历年的防洪排涝情况接力制定排流量，调节当地的排洪能力。

2.3 泵站工程消防设计

泵站在非暴雨期、非汛期，不需要防洪排涝工作时，处于停止工作状态，这个时间段，由于机器长期闲置，线路容易老化，一旦发生电线电缆的故障，容易引起火灾，再加上泵站位置偏远，当在夜间时更难以及时发现险情并且排除救援队员进行扑救。泵站周围可能会有工业厂房的布置，为了降低火灾损失，泵站内要设计自动报警装置。在选择自动灭火装置时要考虑资金投入以及实际泵站需求，气体类灭火装置资金投入多，后期维护贵，再加上泵站功率范围并未大功率，在进行消防设备选择时可以考虑干式绝缘变压器、电动机选用高压异步、同时机具设备尽量选择用油量少的设备。通过设备选用消防功能的机具设备来提高消防的水平，避免产生火灾等危害。

3.结论

综上，本文对城市防洪排涝泵站的设计进行了研究和分析，阐述了泵站设计的原则，对泵站设计方案进行梳理，主要介绍了泵站的结构设计、主要参数设计，包括泵站泵机机组的选定、扬程设计值、排流量、进水池尺寸的设计问题，最后进行泵站小风设计问题的分析。本文通过进行泵站防洪排涝设计方案的问题分析，为其他的城市泵站设计提供了可行性的参考意见，有利于城市在汛期、暴雨期的洪水排流，降低城市经济损失，保障居民正常的工作生活、促进城市的经济快速发展。