浅谈城市治水中的排涝泵站重建设计

曾维杰

(广东省水利电力勘测设计研究院有限公司，广东 广州 510170)

城市内河涌整治过程中往往会修建配套排涝泵站，此类型泵站往往规模不大，但对片区防洪排涝起到关键性作用，配套城中村鱼塘起到一个蓄水排涝的重要作用。

1 工程概况

广州市细陂河下游左岸榕村东联学校附近的小泵站重建设计属于广州市黄埔区细陂河综合整治工程。现状小泵站位于鱼塘上，设计流量为0.25 m3/s。由于泵站的设计流量偏小，近几年经常遇到泵站无法快速排出涝水，导致鱼塘的涝水漫过附近的道路或者倒灌进村民房子里的情况，并且，目前水泵老化严重，常出现运行故障，泵房破旧。因此需要重建细陂河泵站，并重新计算泵站的规模。

按《广东省防洪(潮)标准和治涝标准(试行)》(粤水电总字[1995]4号)[1]及广东省人民政府《关于广州市防洪(潮)规划的批复》(粤府函[1998]51号)[2]确定，东联学校附近的小泵站的排涝标准为20年一遇24小时暴雨不成灾。

2 泵站选址

泵站选址方案一：因为旱期和鱼塘水放干之后，需要从细陂河引水至鱼塘，所以保留该闸，并且为了避免重建泵站出水管和水闸出水口的交错布置，泵站的重建位置位于在旧泵房西侧，泵房挡土墙与现状水闸连接。

泵站选址方案二：拆除旧泵站，在旧址上重建泵房。

泵站选址方案三：工程实际开工后，由于原河岸两侧有部分堤岸进行房屋加建，若按照方案一、方案二选址，排水钢管将曲折绕行房屋，经参建单位与当地村委进行相关协调，将泵站选址于鱼塘西南角，该选址可便于排水钢管铺设，沿途无需经过民屋，与细陂河直线距离最短，可直线连通至细陂河，且施工作业场地宽阔，地质复探符合要求。

故最终以方案三作为最终选址。

3 泵站流量、特征水位、运行方式的设计

3.1 泵站设计流量

根据1∶500地形图，泵站的排涝面积为0.0513 km2，其中鱼塘水面0.0111 km2，草地0.0066 km2，建筑道路0.0336 km2。

泵站排涝流量计算公式：

式中：Q为设计排水流量，m3/s；F1为水田面积，取值为0 km2；F2为旱地面积，0.0402 km2；F3为河湖面积，0.0111 km2；h1、h2为水田、河湖调蓄深度，h1取值为0 mm，h2取值2500 mm；P为设计暴雨，取值286 mm；Φ为旱地暴雨径流系数0.59；T、N为抽排时间，T取值24 h、N取值1 d。

根据泵站排涝流量公式计算，计算泵站的流量为0.54 m3/s，本次设计泵站的设计流量取0.6 m3/s。

3.2 泵站特征水位

(1)进水池水位

设计水位：以排水区内部90%以上的地面不受涝的高程作为设计水位，经分析采用2.0 m。

最高运行水位：取按排水区允许最高涝水位的要求推算到站前的水位，经分析采用2.5 m。

最低运行水位：最低地面高程减去淹没深度(0.5 m)，取1.5 m。

(2)出水池水位

防洪水位：取细陂河20年一遇洪水位，即采用4.36 m。

设计水位：若无实测资料，可取用5年一遇的水位作为设计水位，采用细陂河5年一遇洪水位3.44 m。

最高运行水位：据泵站设计规范(GB/T 50265-97)[3]，从偏于安全考虑，排水泵站进水池最高运行水位采用细陂河10年一遇的水位3.88 m。

最低运行水位：取细陂河历年排水期最低水位的平均值，本工程可取泵站出水沟渠的渠底高程，即2.2 m。

泵站的设计参数见表1。

表1 泵站设计参数列表

3.3 泵站运行方式

本片的泵站承担着周边0.0513 km2范围内的排涝任务。由于周边地区地势低洼，汇水速度快，洪水有峰值大、汇流持续时间短的特点，所以在设计排涝工况下，当鱼塘的水位接近2.0 m时立即开泵排水，虽然及时开泵排水但是鱼塘的水位还是会上升至2.5 m左右，之后水位降至2.0 m时关泵。

在枯水季节，维持鱼塘水位在2.0 m左右；在汛期，鱼塘的水位可适当降低0.2 m左右，为了本区的排涝更安全，可以结合天气预报，在大暴雨到来之间，可以提前开泵预排，使鱼塘水位降至1.5 m～1.6 m，腾空鱼塘的容积来调蓄洪水，可以有效减少本区的排涝压力。

4 泵站抗滑及地基应力计算

根据《泵站设计规范》，设计荷载组合分为正常情况和非正常情况两类。泵房基底应力计算分为以下三种情况考虑：①工况一，完建期(无水)；②工况二，设计工况(鱼塘侧水位2.0 m，河涌水位3.44 m)；③工况三，校核工况(鱼塘侧水位2.5 m，河涌水位3.88 m)。

计算成果见表2。

表2 泵房抗滑及基础应力成果表

从上述计算可知：泵站的抗滑稳定和抗浮稳定满足要求。

泵房地基允许承载力按照下列公式进行计算：

[R1/4]=NBγBB+NDγDD+NCC

式中：[R1/4]为限制塑性区开展深度，为泵房基础底面宽度的1/4时的地基允许承载力，kPa；B为泵房基础底面宽度，按基础短边计，本工程取值为4.6 m；D为泵房基础埋置深度，m，本工程取值为0；C为地基土粘结力，kPa，本工程取值为140；γB为泵房基础底面以下土的重力密度，kN/m3，地下水位以下取有效重力密度，本工程取值为1.65；γD为泵房基础底面以下土的加权平均重力密度，kN/m3，地下水位以下取有效重力密度，本工程取值1.6；NB、ND、NC为承载力系数，本工程取值分别为0.014、1.056、3.229。

根据计算结果，[R1/4]为452.16。

泵站地基处理拟采用400 mm×400 mm砼预制方桩，桩长14 m，间距1 m，平行布置。复合地基承载力2350 kPa≥4[R1/4]=1808.64。满足设计要求。

5 水泵机组的选择

5.1 泵站扬程初步计算

根据泵站初步布置，初步计算泵站扬程见表3。

表3 泵站扬程初步计算表

泵站出水口最低运行水位低于泵站进水口最高运行水位，故泵站最低净化扬程为0。

5.2 泵型选择

根据细陂河排涝泵站上述设计参数(流量、扬程特点：流量相对较大，而扬程较低)和工程周边环境，泵型应选用轴流泵，泵型宜采用立式安装或潜水泵立式安装，不宜采用卧式安装或贯流泵。考虑到防止水泵被杂物堵塞，水泵口径宜大不宜小，因此细陂河排涝泵站采用2台机组，选用2台350QZB-125立式潜水轴流泵。

5.3 水泵型号校核

重新计算水力损失、扬程校核后，细陂河排涝泵站泵型特性见表4。350QZB-125泵型性能曲线图见图1(图中标示工况点同表4相对应)。

▲——设计工况，■——最高扬程工况

表4 细陂河排涝泵站泵型特性表

最高校核扬程工况下功率校核：细陂河排涝泵站单泵轴功率N泵=ρQHg/η=1×0.296×5.3×9.81÷0.76≈20.2 kW。

细陂河排涝泵站单泵需配用电机功率N机=N泵/η机×K安=20.2÷0.87×1.10≈25.5 kW。

其中η机=0.87，K安=1.10。

按照电机的功率系列，细陂河排涝泵站配用电机功率为30 kW，泵站总装机功率60 kW。

6 泵站的布置

6.1 安装高程

细陂河排涝泵站内涌进水侧最低运行水位为1.5 m，350QZB-125泵型进水口淹没深度要求0.8 m，考虑到进水坡降和安全裕量约0.30 m，故确定细陂河排涝泵站水泵进水口高程1.5-0.8-0.30=0.4 m。

6.2 进出水流道

350QZB-125泵型进水口悬空高度为0.35 m，则进水流道底板高程为0.4-0.35=0.05 m；根据进水流速确定机组进水流道宽度为1.50 m。

由于细陂河排涝泵站附近地面高程在3 m左右，出水管高程不宜太高，否则将抬高泵站顶的高程，影响周边景观，出水管高程还应考虑井筒内电机的高度对水泵出水的影响，推荐出水管中心线高程为2.50 m。

细陂河排涝泵站出水拍门推荐采用DN400 mm的复合材料拍门。

6.3 机组布置

地面高程3.0 m。为节约投资和协调周边景观，泵站无地上厂房部分。为便于工作人员安装检修水泵设备，在进水池水泵顶部须设置一个安装检修孔，根据机组结构尺寸确定孔宽1.5 m，孔长3.4 m，安装检修孔须设置盖板。

6.4 辅助设备

泵站进水流道设拦污栅，出水断流采用拍门。水泵启动时，直接启动水泵即可；关闭水泵时，也是直接关闭水泵即可。

泵组检修时，拧下机组连接穿墙管部位螺栓和地脚螺栓螺母，整体起吊机组即可(具体操作要求按照供货厂家检修要求进行)。

机修设备的配置应满足水泵的安全运行和日常检修、装拆(检查叶片汽蚀情况、电机绝缘情况、轴承磨损情况等)，配置包括千斤顶、手拉葫芦、台钳、小五金工具等。泵组大修时考虑联系附近检修厂或泵组供货厂家进行检修。

350QZB-125型潜水轴流泵为电机与水泵共轴整体安装的机组，机组检修时需要整体吊装，最大起重量约0.8 t。机组检修时，打开安装检修孔盖板，汽车起重机在地面检修通道从检修孔中起吊机组，考虑到起重臂伸长距离，汽车起重机最大起重量应不低于10 t。

7 结论

本文通过对一个中小排涝泵站进行泵站选址、流量及水位计算、地基承载力计算、水泵选型等方面的探讨，为城市治水中，尤其这种穿插在城中村中的中小类型的泵站的设计提供一定的借鉴经验。