永修县马口联圩长溪排涝泵站改建工程设计

张扬国

（永修县水利局，江西 九江 330300）

排涝泵站作为水利工程的重要组成部分，可以保障人民生产生活，改善社会环境，对社会的稳定和区域经济持续、快速、健康发展都将起到重要作用［1］。为了解决长溪排涝泵站保护面积内长溪等行政村0.5 万余人、3500 hm2耕地的排涝问题，保证当地群众的生产、生活条件不受内涝影响，提高保护区内治涝标准，充分发挥泵站排涝效益，促进当地经济社会持续发展［2］，对长溪排涝泵站进行改扩建是非常必要的。

1 概况

永修县马口镇是永修县和九江市的南大门，长溪排涝泵站属马口联圩防洪保护区范围，位于马口镇甲赫村，排涝保护总面积2.53 km2，保护人口0.5万人，保护农田耕地3500 hm2，规划长溪排涝区与内河排涝区进行水系连通，使长溪排涝泵站承担部分内河排涝任务。

长溪排涝泵站现状排涝总装机110 kW，设计排涝流量1.2 m3/s。由于该座排涝泵站兴建年代较早，加上建设标准低，其排涝标准、排涝流量及装机规模不满足涝区排涝要求。经过近30多年的运行，主泵房框架结构混凝土构件碳化严重，强度较低，部分地面下沉；水泵过流部件磨损锈蚀严重，泵轴间隙大，工作效率低；电机电缆老化，绝缘低，开关设备陈旧，不符合安全运行要求；拦污栅、出水钢管及拍门严重锈蚀、部分变形，不能正常和安全运行。经安全鉴定为Ⅲ类泵站，需要拆除重建。

2 泵址选择

现状长溪排涝泵站地处马口联圩内河片圩堤与长溪片外河圩堤相交处，历史运行中有排涝方便、可以一步排出的优势。该泵站若在原址重建，则无需重新开挖导流河道，工程量小，投资低。通过充分的对比分析，认为在原泵址改扩建泵站合适。

3 泵站设计流量、特征水位及特征扬程的确定

3.1 设计流量

长溪排涝泵站设计排涝标准为5 a一遇3 d暴雨3 d 排至作物耐淹深度，按电机每天工作22 h 计，其电排历时为237600 s。该站设计流量采用《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288-1999）中平均排除法和保护区内无较大湖泊、洼地作调蓄区时的设计排涝模数计算，经计算得泵站排涝流量为1.29 m3/s。根据规划长溪排涝区与内河排涝区进行水系连通的情况，该站只承担部分内河排涝任务，因此确定泵站排涝流量为3.06 m3/s。

3.2 特征水位及特征扬程

3.2.1 设计外水位

根据《江西省五河治理防洪工程永修县马口联圩除险加固工程可行性研究报告》（深圳市水务规划设计院，2017年）成果，长溪排涝泵站设计洪水位根据所在圩堤相应的设计洪水位确定为24.60 m（黄海高程，下同），设计外水位取5 a 一遇外河4—7 月3 d平均水位22.38 m。

3.2.2 设计内水位

根据泵站历年运行内水位及确保保护区内重要的设施或建筑物（学校、工厂及居民区等）不被淹，确定保护区最高限制水位为19.70 m，经推算至长溪排涝泵站进水池水位为19.50 m。为了保护区内耕地（棉地）和附近菜地95%在限制水位不淹，保护区设计内水位为18.00 m，经推算至进水池水位为17.80 m。

3.2.3 特征扬程

根据长溪排涝泵站内外水位，计算出本泵站设计净扬程和最高净扬程。其中，设计净扬程为4.58 m，最高净扬程为6.50 m。

4 泵型选择

4.1 设计扬程计算

水泵类型通常根据地区特点和泵站性质来选择。一般来说，对扬程较高的泵站，宜选用离心泵和混流泵；扬程较低的泵站，常选用混流泵和轴流泵。一般情况下，扬程小于10 m时宜选用轴流泵。

长溪排涝泵站设计流量为3.06 m3/s，设计净扬程为4.58 m，最高净扬程为6.5 m。根据相关规范要求，当出水池最大运行水位与进水池最小运行水位遭遇概率较小时，可适当降低最高扬程。

长溪排涝泵站出流方式为一机一管出流，通过压力钢管直接排往外河。其扬程损失主要考虑管道沿程水头损失和局部水头损失。

（1）管道局部水头损失计算公式为：

式中：S局为管道局部阻力系数（s2/m5）；Q为管道流量（m3/s）。

经计算，得管道局部水头损失为0.705 m。

（2）管道沿程水头损失计算公式为：

式中：S沿为管道局部阻力系数（s2/m5）；Q为管道流量（m3/s）。

经计算，得管道沿程水头损失为0.204 m。

（3）扬程损失计算公式为：

经计算，得泵站扬程损失为0.91 m。

根据以上计算成果，经计算，泵站设计扬程为5.49 m，最大扬程为7.41 m。基于一般情况下扬程小于10 m 时宜选用轴流泵，所以长溪排涝泵站适合安装轴流式水泵。

4.2 轴流泵类型比选

立式泵是目前国内泵站工程中常用的一种传统结构，运行可靠，制造技术成熟，电机布置在厂房运行层，运行条件好。同时，立式泵径向力小，导水轴承受力状况好，水泵使用寿命长，运行可靠性高。

卧式泵主要用于低扬程泵站。通常，可以选择潜水贯流泵，进出水路顺直、变化平缓、水力损失小，装置效率较高。其中，潜水贯流泵电机与水泵集成，安装维护方便，不需要上厂房。然而，水泵结构比较复杂，对水泵的密封要求较高，相应的辅助系统也比较复杂，需要增加一个高位油箱等，由此增加了辅助设备方面的投资，同时不方便操作与管理。

斜轴泵泵轴倾斜放置后受力复杂，对导轴承要求高，故障发生较为频繁，安装、运行、维护皆不方便。同时，斜轴泵的整体尺寸也较大，厂房规模也相应增大，增加了厂房的占地面积和土建投资[3]。

通过对以上几种轴流泵类型的分析可知，立式轴流泵结构简单，制造技术成熟，维护方便，该地区在施工、安装、运行和管理方面有着丰富的经验。因此，该站拟选用立式轴流泵机组。

综上，无论从泵站设计扬程还是从泵站类型比选考虑，选用立式轴流泵机组最为合适。

5 工程总体布置

本工程采用堤后式泵站，从南向北依次设置进水渠、前池、进口闸室、泵房、排水管道等构筑物。

5.1 进水渠

根据泵站改扩建现场地形及进、出水布置方式，为保证水流顺畅，需修建长10.0 m 进水渠。进水渠根据现状排涝沟宽度定为26.45 m，底坡0.05，进口底板顶高程15.68 m，末端底板高程15.20 m，底板采用500 mm厚的C20混凝土，下设10 cm厚碎石垫层，两侧设C25混凝土悬臂式挡墙。

5.2 前池

前池布置于进水渠与进口闸室之间，长6.0 m，宽由26.45 m 渐变为10.20 m，池底采用30 cm 厚C25钢筋混凝土，边墙采用C25 混凝土悬臂式挡墙。根据水泵安装要求，结合泥沙淤积情况，前池底高程定为15.20 m。

前池边墙采用C25 混凝土悬臂式挡墙，墙后回填砂卵石，填土高度为20.00～20.60 m，挡墙基础宽2.7 m，墙体上部宽0.3 m、下部宽0.4 m，墙体与下部底板均为钢筋混凝土结构。挡墙底板下设齿槽，以增大挡墙整体的抗滑稳定性，挡墙底板宽2.7 m，墙后填土长度2.1 m，回填土方增大墙体自重，提升挡墙抗倾覆稳定性。边墙悬臂段墙体高4.8～5.4 m 不等，墙顶迎水面设高1.2 m 栏杆。具体布置，如图1所示。

图1 前池结构

5.3 进口闸室

进口闸室布置于前池与泵房之间，长8.0 m，底板高程15.20 m，宽度10.20 m。进口闸室采用40 cm厚C25钢筋混凝土底板，下设10 cm厚C10混凝土垫层，C25钢筋混凝土边墩中间按水泵分流要求设2个60 cm厚分流墩，分流墩顶高程20.6 m，并设置宽1.5 m检修便桥。进口闸室前段设3.0 m×3.0 m 检修闸，启闭平台高程24.10 m，后段设拦污栅。检修闸采用1扇平板铸铁闸门，闸门尺寸300 cm×300 cm，选用4台QL-15-SD手电两用螺杆式启闭机。

5.4 泵房

长溪排涝泵站改扩建工程布置于老泵站原址，仍采用堤后式泵站。泵房采用湿室结构建设，顺水流长6.0 m，垂直水流总宽18 m，底板顶高程15.50 m，电机层高程20.80 m，水泵安装高程17.10 m。

泵房由进水层、水泵层和电机层三部分组成。进水层高程为15.50～17.10 m，主要布置进水喇叭管和水泵叶轮。水泵层高程为17.10～20.80 m，主要设有机泵弯管、伸缩器、翻板阀、异径管、拍门、水泵转轴等零部件。电机层高程位于20.80 m以上，主要设备为电机，共3 台机组，间距3.6 m。泵房采用70 cm 厚C25 钢筋混凝土底板，水泵层（梁柱）、电机层（梁板）、泵房排架和圈梁及楼（屋）面梁板等均采用C25钢筋混凝土结构。具体布置，如图2所示。

图2 排涝泵站厂房正向立视

5.5 出水钢管

本次设计拟对现状出水钢管进行拆除重建，钢管高程根据出水口排涝期最大3 d平均水位22.38 m确定，经计算得出水钢管出口管中心线高程为22.38 m。出水钢管为内径80 cm压力钢管，长27.0 m。

5.6 出口消能段

出水钢管后接陡槽段，陡槽段长13.0 m、宽9.4 m，采用30 cm 厚C25 钢筋混凝土底板，底板下设10 cm厚C10混凝土垫层。消力池底板长6 m，高程16.88 m，尾坎高程17.68 m，均采用50 cm 厚C25 钢筋混凝土底板，底板下设10 cm 厚C10 混凝土垫层。陡槽段、消力池段两侧设C20 混凝土重力式边墙，边墙与底板间分沉降缝，缝内设沥青杉板。出水渠段长10 m，采用40 cm 厚M7.5 浆砌石底板，底板下设10 cm 厚碎石垫层，边墙采用M10 仰斜式边墙，两侧边墙内设75 mmPVC管排水孔，间距2 m，呈梅花型分布，排水孔后设排水反滤。

随着长溪排涝泵站改扩建工程的逐步实施，社会效益和环境效益将会逐步得到充分体现，社会环境将会得到进一步改善，从而对当地社会稳定和促进经济持续、快速、健康发展起到重要作用。