全地下式多功能雨水泵站的工藝設(shè)計(jì)

冀偉江,紀(jì) 碩,邢芳芳

(中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司,北京100176)

全地下式多功能雨水泵站的工藝設(shè)計(jì)

冀偉江,紀(jì) 碩,邢芳芳

(中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司,北京100176)

結(jié)合南京河西新城南部地區(qū)新梗雨水泵站工程實(shí)例，介紹了全地下式泵站的布置形式、泵站規(guī)模的計(jì)算方法、引水工程設(shè)計(jì)。新梗雨水泵站兼有排水及引水功能，使城市景觀河道起到“活水”效果。同時(shí)，利用泵站前池上部空間，設(shè)維修、物資倉(cāng)庫(kù)。

全地下式雨水泵站；規(guī)模；引水工程；工藝設(shè)計(jì)

1 工程概況

南京河西新梗泵站現(xiàn)狀：該泵站原為農(nóng)用泵站，主要存在如下問題：

（1）泵站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、規(guī)模小。其排澇模數(shù)僅為0.748 m3/(s·km2)，無法滿足該地區(qū)排澇要求。

（2）泵站建設(shè)歷史久遠(yuǎn)，設(shè)備陳舊老化嚴(yán)重。原泵站機(jī)械設(shè)備陳舊老化、建筑物陳舊，給運(yùn)行帶來了潛在的危險(xiǎn)。

（3）設(shè)施配套不全。在泵站入口處未設(shè)置人工格柵，一旦撈污不及時(shí)，就會(huì)造成阻水，影響泵房正常運(yùn)行。

河西新城正在發(fā)展成為現(xiàn)代化新南京的中心區(qū)和標(biāo)志區(qū)，為使泵站的排澇能力與該地區(qū)匯水面積相適應(yīng)，使泵站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)代城市發(fā)展相協(xié)調(diào)，新建新梗泵站已顯得非常必要。

新建新梗雨水泵站北側(cè)為規(guī)劃新河路、西側(cè)為規(guī)劃雙閘街，南側(cè)為秦淮新河大堤，服務(wù)面積535 hm2，規(guī)模為24 m3/s。

2 地下式雨水泵站設(shè)計(jì)

2.1 工藝設(shè)計(jì)

2.1.1 工藝流程

新梗雨水泵站主要工程包括：泵站工藝設(shè)計(jì)、進(jìn)水箱涵設(shè)計(jì)、出水箱涵設(shè)計(jì)、引水工程。工藝流程圖見圖1。

圖1 新梗雨水泵站工藝流程圖

2.1.2 雨水泵站規(guī)模的確定

（1）河道設(shè)計(jì)流量的確定

雨水由暗管和明渠共同參與徑流，按河道匯水面積為535 hm2，重現(xiàn)期P越20年，徑流系數(shù)鬃越0.65計(jì)算，河道設(shè)計(jì)流量為41.06 m3/s。

（2）河道調(diào)蓄容量的確定

河道調(diào)蓄容量按V=L×B×H計(jì)算得出；

式中V--河道調(diào)節(jié)容量,m3；

L--河長(zhǎng),m；

B--河寬,m；

H--調(diào)蓄水深,m。河道調(diào)蓄容量主要通過暴雨前騰空河道，降低河道水位來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)河道調(diào)蓄水深0.80 m，河道調(diào)蓄水量為75690 m3。

（3）泵站設(shè)計(jì)規(guī)模的測(cè)算

雨水泵站規(guī)模按近似法公式V=(1-α)1.5×Qmax×子0計(jì)算。

式中子0--設(shè)計(jì)匯流時(shí)間,s；

α--下游設(shè)計(jì)流量折減系數(shù)；

Qmax--泵站匯水區(qū)內(nèi)河道設(shè)計(jì)流量,m3/s；

Q--泵站進(jìn)水總管設(shè)計(jì)流量,m3/s。

計(jì)算得：

=0.57

泵站設(shè)計(jì)流量Q=α×Qmax=0.57×41.06=23.4 m3/s。

根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50014-2006）（2011年版）用于削減排水管道洪峰流量時(shí)的公式

校核雨水泵站規(guī)模。

式中：V--調(diào)蓄池有效容積,m3；

α--脫過系數(shù)，取值為調(diào)蓄池下游設(shè)計(jì)流量和上游設(shè)計(jì)流量之比；

Q--調(diào)蓄池上游設(shè)計(jì)流量Q,m3；

b、n--暴雨強(qiáng)度公式參數(shù)；

t--降雨歷時(shí),min。

計(jì)算得α=0.717，泵站設(shè)計(jì)流量Q=α×Qmax= 0.717×41.06=29.4 m3/s。

新梗雨水泵站排水能力28.8 m3/s。雖《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50014-2006）（2011年版）用于削減排水管道洪峰流量時(shí)的公式適用于雨水調(diào)蓄池計(jì)算，將本工程河道假設(shè)為雨水調(diào)蓄池，經(jīng)上述計(jì)算，本泵站基本滿足校核流量29.4 m3/s的要求。

2.1.3 雨水泵站設(shè)計(jì)

（1）前池

雨水經(jīng)進(jìn)水箱涵重力流進(jìn)入前池，根據(jù)總平面布置圖及格柵的總寬度不宜小于進(jìn)水渠道寬度的2倍原則，設(shè)計(jì)漸寬部分展開角度12毅，漸寬部分長(zhǎng)度29.6 m。前池?cái)嗝鏋樘菪螖嗝?，上、下口寬分別為8.60 m、20.90 m，前池凈高3.25 m。前池容積為：888 m3。

（2）格柵間

為保證混流泵的穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)置背靶式格柵除污機(jī)去除雨水中的大塊污染物。格柵除污機(jī)安裝角度為75毅，柵條凈距b=30 mm，柵前最高水深2.80 m，水流過柵流速為0.75 m/s。本工程共需配置5套B越3700 mm機(jī)械格柵除污機(jī)，同時(shí)，格柵除污機(jī)工作平臺(tái)，安裝皮帶輸送機(jī)、壓榨機(jī)各1臺(tái)，以方便垃圾清除和運(yùn)輸。

雨水提升泵站的集水井及格柵井內(nèi)容易積聚H2S等有害氣體[1]，為保證雨水提升泵站工作人員的人身安全，格柵間內(nèi)設(shè)有除臭裝置及H2S氣體檢測(cè)探頭?？紤]格柵間存在冒水的可能，為保證電氣室安全，將格柵間與電氣室采用混凝土墻完全分開。同時(shí)，格柵間、電氣室的通風(fēng)系統(tǒng)互相獨(dú)立，互不干擾，避免格柵間內(nèi)氣體腐蝕電氣設(shè)備。

（3）集水池

集水池設(shè)計(jì)采用梯形斷面，上、下口寬分別為20.90 m、48.80 m，常液位5.50 m，報(bào)警液位6.00 m。集水池采用正向進(jìn)水，進(jìn)水?dāng)U散角24毅，有效容積4207 m3，前池與集水池的有效容積為最大一臺(tái)水泵的抽水時(shí)間為23 min。

（4）雨水提升泵房

設(shè)10臺(tái)潛水混流泵，其中9臺(tái)大泵，1臺(tái)小泵。集水池內(nèi)設(shè)置液位傳感器和液位開關(guān)，以控制水泵的運(yùn)行和保護(hù)泵。主要設(shè)計(jì)參數(shù)及設(shè)備：

潛水混流泵：Q越3.0 m3/s，H越10.57 m，N越450 kW，9臺(tái)；

Q越1.8 m3/s，H越10.57 m，N越280 kW，1臺(tái)。

為防止?jié)撍炝鞅猛Ｖ惯\(yùn)行后秦淮新河水向泵站倒流，在出水管末端設(shè)浮箱拍門。在每臺(tái)混流泵上方設(shè)有安裝檢修孔，安裝檢修孔尺寸為直徑2.4 m圓孔。為保持潛水混流泵的安全運(yùn)行，在鋼制井筒蓋設(shè)復(fù)合排氣閥，在穿墻管上設(shè)排氣立管。

（5）出水井

壓力出水井匯集各臺(tái)水泵出水，提升后的雨水再通過出水箱涵排至秦淮新河。壓力出水井長(zhǎng)48.8 m，寬9 m，高4.1 m，設(shè)10臺(tái)拍門，3臺(tái)手電兩用鑄鐵閘門，其中2臺(tái)安裝于出水箱涵，1臺(tái)安裝于回流管。在每臺(tái)拍門上方設(shè)有安裝檢修孔，同時(shí)，設(shè)2個(gè)檢修人孔。檢修孔上設(shè)壓力蓋板。出水井底標(biāo)高為7.05 m，出水井內(nèi)頂標(biāo)高為11.15 m。

（6）泵站的平面布置圖及剖面圖詳見圖2、3。

圖2 新梗雨水泵站平面圖

圖3 新梗雨水泵站剖面圖

2.1.4 進(jìn)水箱涵設(shè)計(jì)

（1）進(jìn)水箱涵長(zhǎng)度

根據(jù)相關(guān)資料，在規(guī)劃路面標(biāo)高9.0 m處為景觀內(nèi)河與進(jìn)水箱涵銜接點(diǎn)，即景觀內(nèi)河距螺塘街58 m，進(jìn)水箱涵全長(zhǎng)250 m，每隔60 m設(shè)檢查井。同時(shí)，根據(jù)雨水系統(tǒng)規(guī)劃圖，在新河路設(shè)檢查井，預(yù)留地塊雨水接入口。

（2）進(jìn)水箱涵斷面設(shè)計(jì)

雨水泵房通過進(jìn)水箱涵與景觀內(nèi)河銜接，進(jìn)水箱涵規(guī)格：2孔4000×2000mm，混凝土材質(zhì)，粗糙系數(shù)n=0.013，坡度i越0.0021，按重力流計(jì)算，流速v= 2.69 m/s，過流能力為43 m3/s。為保證運(yùn)行安全，采取進(jìn)水箱涵過流能力大于泵站能力的設(shè)計(jì)。

景觀內(nèi)河和進(jìn)水箱涵銜接處設(shè)簡(jiǎn)易格網(wǎng)，柵條凈距b=200 mm。為便于進(jìn)水箱涵的清淤及檢修，在簡(jiǎn)易格網(wǎng)后設(shè)一道手電兩用鑄鐵鑲銅閘門。

2.1.5 出水箱涵設(shè)計(jì)

雨水經(jīng)潛水混流泵提升后進(jìn)入出水箱涵，最終排至秦淮新河。出水箱涵全長(zhǎng)77 m，出水箱涵規(guī)格：2孔4000×2000mm，混凝土材質(zhì)。

出水箱涵在排出口時(shí)變?yōu)槌鏊疂u擴(kuò)箱涵，漸擴(kuò)角度45毅，出水漸擴(kuò)箱涵寬度30 m，保證排至秦淮新河的流速小于0.5 m/s。出水箱涵與出水漸擴(kuò)箱涵之間設(shè)手電兩用鑄鐵鑲銅閘門。

2.2 引水工程設(shè)計(jì)

南京河西新城區(qū)四面環(huán)水，屬河漫灘地，地勢(shì)平坦低洼，無山可依但有水可傍。春夏兩季充沛的降雨，可使河道得到一定的水量補(bǔ)給，但兩次降水之間，河道內(nèi)則是死水一潭，尤其是秋冬枯水期以及夏季河道水體的蒸發(fā)量大于降水量時(shí)，河道缺乏有效的水源補(bǔ)給，直接影響城市形象。

為此，對(duì)河西南部地區(qū)的河道引補(bǔ)水工程提出了兩大規(guī)劃目標(biāo)：（1）配合河西南部地區(qū)的河道建設(shè)，建立比較完善的河道補(bǔ)水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)“河水流動(dòng)、水質(zhì)達(dá)標(biāo)”。（2）補(bǔ)水后的河道水質(zhì)一般不低于《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-88）郁類水體的水質(zhì)要求。

本次研究的新梗雨水泵站兼有排水及引水的功能，從地理位置、水源的水量、水質(zhì)、水位等方面綜合考慮，河西南部地區(qū)河道的主要補(bǔ)水水源宜選秦淮新河為補(bǔ)水水源。根據(jù)規(guī)劃，秦淮新河應(yīng)恢復(fù)到芋類水體，完全可以作為補(bǔ)水水源。

（1）補(bǔ)水量與補(bǔ)水周期

河西南部地區(qū)河道在5.50 m的常水位時(shí)的蓄水量約為55.6萬m3，日最大蒸發(fā)量3475.6 m3。向河道補(bǔ)水時(shí)，保持河道最小流速0.2~0.25 m/s即能起到清潔河道的作用。按照秦淮新河補(bǔ)水水源可提供的補(bǔ)水量：新梗雨水泵進(jìn)水量為2.0 m3/s，則：

每次補(bǔ)水時(shí)間：0.48 h（按補(bǔ)水量2.0 m3/s計(jì)）

每次換水時(shí)間：77 h

（2）水位組合

1）秦淮新河

河堤堤頂標(biāo)高為12.10 m

設(shè)計(jì)防洪水位11.17 m

設(shè)計(jì)最高水位9.50 m

常水位7.00耀7.50 m

2）景觀河道

設(shè)計(jì)最高水位6.00 m

設(shè)計(jì)常水位5.50 m

設(shè)計(jì)最低水位4.00 m

河底高程3.50 m

3）當(dāng)河道水位低于4.5 m時(shí)，開始補(bǔ)水；當(dāng)河道水質(zhì)低于《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-88）吁類水體的水質(zhì)時(shí)，進(jìn)行換水，換水后水質(zhì)不低于郁類水體水質(zhì)。

（3）引水管設(shè)計(jì)

利用秦淮新河、景觀河道1 m的水頭，通過自流方式由秦淮新河向河西景觀河道補(bǔ)水。在生產(chǎn)管理用房?jī)?nèi)設(shè)置分析化驗(yàn)室，水質(zhì)合格后向河西新區(qū)引水。

補(bǔ)水通道為：新梗泵站寅天保中河寅沙洲西河寅中部地區(qū)。

從秦淮新河引一根引水管，將水引入新梗雨水泵站進(jìn)水箱涵。當(dāng)內(nèi)河水位降低至一定高程或水質(zhì)惡化時(shí)，由秦淮新河通過引水管道進(jìn)行補(bǔ)水或換水。引水管靠秦淮新河端設(shè)簡(jiǎn)易格網(wǎng)，柵條間隙b=50 mm。為方便檢修，在引水管上設(shè)2臺(tái)手電兩用鑄鐵鑲銅閘門。引水管采用焊接鋼管，管徑D2032×24，坡度i=2.43譯，全長(zhǎng)192 m，管底標(biāo)高4.50~5.00 m。為保障堤壩安全，引水管穿堤壩部分采用鋼筋混凝土包封處理，并在秦淮新河迎水面設(shè)鋼筋混凝土防滲環(huán)。焊接鋼管內(nèi)防腐采用內(nèi)襯水泥砂漿層，外防腐采用環(huán)氧煤瀝青涂料，按特加強(qiáng)級(jí)（六油二布）防腐要求處理，厚度逸0.6 mm。

2.3 景觀河道“活水”

河西新城南部地區(qū)的景觀河道都是相通的，相對(duì)于新梗雨水泵站，在秦淮新河下游，規(guī)劃有螺塘雨水泵站，該泵站兼有排水及引水的功能，為實(shí)現(xiàn)河水流動(dòng)的目，可通過下游螺塘雨水泵站排水，上游新梗雨水泵站引水使河道“活水”，達(dá)到“雨水流得暢、活水引得進(jìn)”的功能。

3 最大程度利用地下空間

為泵站及濱河科技休閑服務(wù)區(qū)提供場(chǎng)所，充分利用地下空間，將泵站前池上部設(shè)維修、物資倉(cāng)庫(kù)（丁類），同時(shí)，在維修、物資倉(cāng)庫(kù)設(shè)消防泵房以滿足消防要求。

在維修、物資倉(cāng)庫(kù)內(nèi)設(shè)260m3消防水池，以滿足先鋒秦淮風(fēng)光帶室內(nèi)消防需求，其中室內(nèi)消火栓用水量20 L/s，作用時(shí)間2 h，自噴用水量30 L/s，作用時(shí)間1 h，消防泵設(shè)計(jì)流量為50 L/s，揚(yáng)程70 m（室內(nèi)消火栓和自噴合并）。先鋒秦淮風(fēng)光帶設(shè)置DN250環(huán)狀消防增壓供水管，各單體自噴濕式報(bào)警閥組設(shè)于各單體幢建筑內(nèi)，在報(bào)警閥前分為獨(dú)自的消火栓和自噴二套系統(tǒng)。消防屋頂水箱設(shè)于先鋒秦淮風(fēng)光帶東側(cè)商業(yè)建筑屋頂（絕對(duì)標(biāo)高24.1 m）上，消防水箱容積18 m3，并配套相應(yīng)的消火栓和自噴增壓穩(wěn)壓設(shè)備，揚(yáng)程0.35 MPa，高位水箱服務(wù)于先鋒秦淮風(fēng)光帶。

4 結(jié)束語

全地下新梗雨水泵站兼有排水及引水的功能，最大程度利用泵站前池上部空間設(shè)維修、物資倉(cāng)庫(kù)，在滿足城市防澇、防汛[2]功能的前提下，符合濱河科技休閑服務(wù)區(qū)景觀要求，同時(shí)把“親水、依水、活水、凈水”作為提升城市品質(zhì)的亮點(diǎn)，為類似的工程項(xiàng)目提供參考。

[1]胡龍；地下式雨水泵站設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題[J]，中國(guó)市政工程，2007年12月.

[2]張鴻斌,天津市北塘地區(qū)多功能雨水泵站的設(shè)計(jì)[J]，中國(guó)給水排水，2011年6月.

Process Design of Full Underground M ultifunction Rainwater Pum ping Station

JIWei,JI Shuo,XING Fangfang
(CapitalEngineering&ResearchIncorporationLtd,Beijing100176,China)

The layout form,scale calculation method and water diversion work of a full underground rainwater pumping station were introduced with the concrete example of Xingeng Rainwater Pumping Station of Nanjing Hexixincheng District.The Xingeng Rainwater Pumping Station has both functions of water drainage and diversion,making the urban landscape river as a flowing water.At the same time,the upper space of the front pool of pumping station was utilized as storage for maintenance and materials.

full underground rainwater pumping station;scale;water diversion project; process design

TV213

B

1006-6764（2014）02-0048-04

2013-08-15

冀偉江（1980-），男，畢業(yè)于西安交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)，工程師，現(xiàn)從事給排水技術(shù)工作。