杭嘉湖平原圩区小型灌排结合泵站设计

丁建强，杨晨锋

（湖州南太湖水利水电勘测设计院有限公司，浙江 湖州 313000）

杭嘉湖平原是浙江省最大的堆积平原，位于太湖以南，钱塘江和杭州湾以北，天目山以东，地势极为低平，河网密布，有京杭大运河穿过。杭嘉湖平原地面形成东、南高起而向西、北降低的以太湖为中心的浅碟形洼地。平原表层沉积物以细颗粒泥沙（细粉沙、粘土）为主，属河流湖泊堆积物，其南缘属潮滩相沉积物，土质粗而疏松，地面缺少湖泊、水系变稀，地形相对高亢。

平原内这种地面高程、沉积物质地和水文状况的差异，对农业生产、水利设施及工程建设等方面有深刻影响，区内人口密集，生产要素集聚，经济发展较快，为浙江省主要产粮区，在平原圩区，河流众多，形成了错综复杂的水系。

小型泵站对农田灌溉排涝发挥了重要作用，在平原区既要解决灌溉的问题，又要考虑排涝降渍的要求，使两者有机结合，最大限度地提高机电设备的利用率，发挥水泵的最大功效，即能排水又能灌溉，实现一机多用，是一个现实而又紧迫的问题。

由于受到水位的限制，必须在圩区渠首水源处或排水干沟出口进入容泄区的地方根据实际情况合理设计泵站，进行抽灌和抽排操作。在平原河网或沿江滨湖等低洼地区，河湖的洪水位高于地面高程，必须筑堤成圩，挡水于圩外，同时在圩堤上或堤后设置水闸（节制闸）、涵闸和泵站等，使圩内河网和圩外干河能根据需要或互相沟通或互相分开，圩内涝水视圩内、圩外水位的变化，或开闸自流排水，或通过水泵进行抽排，从而保证圩内人们的正常生产生活，平原圩区通过上千年历代人民的探索和建设形成了基本固定的格局。

平原圩区小型灌排结合泵站如图1 所示。

图1 平原圩区小型灌排结合泵站

1 灌排结合泵站运行原理

泵站按安装使用形式，分为固定式、半固定式和移动式3 种；按主泵的类型，分为离心泵、轴流泵和混流泵等；按设计用途，分为灌溉泵站、排水泵站、灌排结合泵站等。

为便于布置进出水等泵站建筑物，一般采用地埋式涵管进出水。泵站平面布置如图2 所示。

图2 泵站平面布置图（堤后式）

图2 中进水闸1 是调节灌溉水的，排水闸3 是调节排水的。当需要灌溉时，关闭排水闸3，开启进水闸1，同时，开启灌溉出水涵管上的闸阀2，关闭排涝出水涵管上的闸阀4，启动水泵抽水到灌溉系统。当需要排涝时，关闭进水闸1，开启排水闸3，同时，关闭灌溉出水涵管上的闸阀2，开启排涝出水涵管上的闸阀4，水进入排涝进水涵管，经水泵抽水排至外港，实现一机多用，如同时需要排涝和灌溉则必须满足排水要求，排出的水可用于灌溉[1]。

2 灌排结合泵站设计要点[2-3]

2.1 泵址的选择

灌排泵站设计的主要内容是根据建（泵）站地点的水文、气象、地形、地质、水源、能源和灌排区域的社会经济状况等，确定泵站的扬程与流量，进行机电设备的优化选型和建筑物的设计等。

泵站的布置一般应按“低水低排，高水高排”和“均衡布置，方便管理”的原则，并结合圩区内外河水系经综合比较后确定，平原区的排水泵站宜采用堤身式，布置时宜采用正向进水、正向出水的方式；内外水位差较大时排水泵站及灌排结合泵站宜采用堤后式布置，并在适当位置配套建设圩外河道水位降低时的自排设施。

选择泵址时，地形要有利于布置泵站建筑物，工程量较小，并有利于将来扩建及改建；泵址应选在地质条件较好的地点，尽可能避开淤泥软土或粉细砂地层；泵址应该既靠近水源和容泄区，又靠近灌（排）区控制高程的地方，便于提灌或提排结合。取水建筑物和泄水建筑物的位置，要选择在河流的直段或凹岸河床稳定（即冲刷和淤积均较小）的河段，不应当引起泥沙淤积、河床变形、冰凌阻塞和航道拥挤等。灌排结合泵站的水源及容泄区应能保证提供泵站所需的流量而且水质符合要求。应根据有利于外水内引和内水外排，并兼顾灌排渠系的合理布置等要求，经综合比较后确定。

2.2 进出管道的布置与要求

按使用要求渠道分为排渠、灌渠、灌排两用渠等，小型泵站进出水一般采用地埋式涵管结构，管道布置需考虑如下因素：便于交通，灌排方便；有利于提高灌排水质量；节约土地，维护管理工作简单等。

进出水采用地下涵管有利于减少地面蒸发，节约灌溉用水，灌水效率高，不占地，节省了明渠的维修养护，灌水与其他田间作业可以同时进行，有利于实现农业机械化等优点，具有节水、节地、节能、易管理、省工省时等综合优势。

灌溉进水涵管一般埋深较深，应满足枯水期最低运行水位时的引水要求，同时为防止砂石草木等杂物进入管道，进口应设置拦污栅。

排涝进水涵管一般排涝时水位较高，涵管埋深可适当抬高，以降低施工难度，但必须满足排涝下限水位时（最低运行水位）水泵排涝流量的要求。同时进口应设置拦污栅，防止漂浮物进入管道。

灌溉出水涵管一般高程较高，应能保证自流灌溉到田面。涵管埋深应满足拖拉机等耕作机械耕作时不致被压坏，并要求埋设在冻土线以下，从一个管道向2个以上的管道分水时必须设置分水井，井中设插板闸门，分水井的主要作用是分配水量和控制水位。

排涝出水涵管一般埋深较浅，但需满足埋深要求，管径满足排涝出水流量要求即可。

由于进口采用拦污栅，影响水流流速，在相同流量情况下，灌溉与排涝进水涵管应比灌溉与排涝出水涵管孔径相应增大。

2.3 进出水池的布置要求

水泵中专门为水泵而修建的水池称为进水池，对于小型泵站，流量较小时，前池可省略，前池和进水池合二为一。进水池一般可采用矩形空箱式进水池。进水池的尺寸、形状、水泵在池中的位置，应满足进水池中流水流态良好的要求，进水池作为泵站泵房的基础，空箱式湿室泵房结构刚度大，能适应软基一定程度的沉陷，抗震性能好，机组布置紧凑，水泵进水条件较好。

压水池（出水池）一般为矩形，其容积根据调节流量要求及池内分水闸门与运用要求确定，池顶高程由灌溉出水涵管要求的水头加超高要求确定，与外港相通时则还应满足外港承泄区洪水位加超高要求。

压水池如连接2 条以上灌溉出水涵管，则各出水涵管入口处均应设置闸门，如从压水池侧壁开口连接出水涵管，设插板式闸门，池顶应覆盖防护设施，并设警示标志。

2.4 水泵选型

按水泵设计扬程的不同，可采用轴流泵、混流泵、离心泵等。水泵的性能基本相同，根据扬程、流量、功率、效率、转速以及允许吸上真空高度等基本参数要求选择合适的水泵类型。

水泵选型原则：必须满足设计流量和设计扬程的要求，使水泵工作点尽量落在高效区内，水泵建站投资和设备功率最小，机组尽量选用同型号的水泵，台数最好不少于2 台，一机多用，灌排两用，根据圩区规模和需水情况、圩区排涝面积大小、水泵启动功率及变压器大小、动力设备与土建投资等要求选定水泵台数。出口采用拍门断流的水泵应选用开启角度大、水头损失小、止水效果好、关闭撞击力小的新型轻质材料拍门或采取其他技术措施增大开启角度、减小撞击力。

2.5 水泵安装高度的确定

水泵安装高度指水泵叶轮中心至进水池最低水位间的垂直高度，合理确定水泵的安装高度，能够保证水泵正常运转。防止气蚀，是水泵设计和使用中的一个重要问题。灌溉水泵一般按枯水期低水位控制水泵的安装高程，排涝水泵按最低运行水位控制水泵的安装高程。灌排结合时，应同时满足两者的要求，平原圩区一般枯水期低水位控制水泵的安装高度。

2.6 地基与基础处理

平原地区泵站位于湖沼堆积平原上，区域内地势平坦，河网密布，覆盖着第四纪松散沉积物，成因复杂，岩相多变。

由于小型泵站一般为轻型结构，根据实测与计算，完建期的最大地基应力一般不超过60～70 kN/m2，一般土层可满足要求。淤泥质土可采用木桩、预制方桩等小型桩基进行地基处理，以防止地基沉降和满足泵站承载力要求。

2.7 其他要求

灌排两用泵站一般需设置管理房，加工房按需配置，但不得影响泵房的正常使用。泵站一般配备电子防盗设备，对机电设备和门窗进行全方位监控。设备报警需达到室内和远程报警要求，有条件的泵站可与当地派出所联网。

水泵门、窗需满足建筑防盗要求，水泵管理范围原则上要求不小于50 m2，因地制宜进行绿化美化，四周设置通透式防护围栏。

线路敷设要求：电源进线采用钢管埋地暗敷引入，照明支线采用PVC 电线管暗敷，动力用电线路采用明线线槽接入，确保接地。

管理制度要求：泵站设置统一的泵站铭牌，泵站概况、操作制度等必须上墙，发放泵站证，标准化管理。

3 结论

本文扼要介绍了杭嘉湖平原圩区灌排结合泵站设计的几个要点，即灌排结合泵站的作用与控制运行原理、泵址的选择、进出水管道的布置、进水池及出水池的布置要求、水泵选型及水泵安装高度的确定、地基与基础处理等，同时对水泵进行优化调度和管理，本文也提出了一些看法，对平原地区相类似的小型灌排结合泵站设计具有一定的借鉴意义。