益陽市清水潭泵站改擴建方案可行性分析

王德紅

(湖南正源水利水電工程監(jiān)理有限公司，湖南 益陽 413000)

泵站承擔著區(qū)域性的灌溉與供水，對農(nóng)田灌溉、城市給排水以及水資源的合理調(diào)度與管理起著非常重要的作用。泵站設(shè)計的合理性、安全性、高效性，對城市的可持續(xù)發(fā)展、節(jié)能以及人民的生命財產(chǎn)安全具有重大影響。通過對清水潭泵站的工程任務(wù)與規(guī)模的分析運用安全、高效、節(jié)能的設(shè)計理念，改造后的供泵站，提高了排漬能力，更好的保障了益陽市城北區(qū)人民群眾的生命財產(chǎn)安全。

1 項目背景及概況

益陽市城北地區(qū)位于資江以北，占全市面積的26.4%左右，污水日排放量達數(shù)萬立方米。但當前城北地區(qū)尚沒有一座污水處理廠，每天數(shù)萬立方米的污水不能得到適當處理。隨著改革開放的深入和城市經(jīng)濟的高速發(fā)展，益陽市城市規(guī)模不斷擴大，人口不斷增加，工業(yè)不斷發(fā)展，城市污水量也越來越多。為適應(yīng)城區(qū)發(fā)展，處理好排放的污水，益陽市政府擬在城北地區(qū)、原清水潭泵站下游200m左右新建污水處理廠。

城北地區(qū)污水處理廠和污水收集系統(tǒng)建成后，原東門口、賀家橋、鵝羊池、清水潭等四個泵站排澇面積的雨水、污水全部集中到原清水潭泵站排水口位置排出，排澇面積增大后，原清水潭泵站裝機容量不能滿足要求。為了能快速、經(jīng)濟、安全的外排原四個泵站承擔的雨水及污水，并配套建設(shè)污水處理廠，擬將原清水潭泵站進行改擴建。

2 工程等別及工程規(guī)模

2.1 工程等別及建筑物級別的確定

清水潭泵站規(guī)劃裝機容量3200kW，設(shè)計排水流量27.41m3/s，根據(jù)《泵站設(shè)計規(guī)范》GB50265-2010第2.1.2條規(guī)定，清水潭泵站等別為Ⅲ等，泵站規(guī)模為中型泵站。改建后，清水潭泵站移址緊臨城區(qū)防洪大堤，其主要建筑物均與堤防緊密結(jié)合，根據(jù)《泵站設(shè)計規(guī)范》GB50265-2010第2.1.4條規(guī)定“泵站與堤身結(jié)合的建筑物，其級別不應(yīng)低于堤防的級別”，城北區(qū)堤垸為洞庭湖區(qū)重點堤垸之一，堤防級別為2級。因此，清水潭泵站與堤防結(jié)合的主要建筑物(泵房、出水流道、防洪閘)級別均為2級，其他主要建筑物級別為3級，次要建筑物級別為4級，臨時建筑物級別為5級。

2.2 防洪及排澇標準

清水潭泵站所處堤防工程級別為2級，依據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》GB50286-2013、《泵站設(shè)計規(guī)范》GB50265-2010，并結(jié)合《益陽市城市防洪工程初步設(shè)計報告》，確定該工程防洪標準與城區(qū)堤防洪水標準一致，外河設(shè)計洪水采用100年一遇。

清水潭泵站排區(qū)屬益陽市江北中心城區(qū)，根據(jù)《益陽市城市防洪工程初步設(shè)計報告》，確定該泵站的排澇標準為閉閘期十年一遇最大24小時暴雨22小時末排干。

2.3 特征水位的確定

(1)防洪水位。根據(jù)益陽水文站和沙頭水文站的實測數(shù)據(jù)推算，采用內(nèi)插法計算得清水潭泵站處堤防P=1%設(shè)計水位為38.50m。

(2)運行外水位。根據(jù)益陽水文站和沙頭水文站的實測數(shù)據(jù)推算，清水潭泵站設(shè)計運行水位為35.44m(10年一遇洪水的排水時段平均水位)，最高運行外水位為36.17m(20年一遇洪水的排水時段平均水位)，最低運行外水位為31.28m(歷年排水期最低水位平均值)。

(3)運行內(nèi)水位。根據(jù)益陽市城北區(qū)排水規(guī)劃要求，泵站運行內(nèi)水位的確定以城區(qū)地下水管道不漫溢為原則，確定泵站進水池設(shè)計內(nèi)水位為28.00m，最高運行水位和最低運行水位分別為28.5m和27.5m。

2.4 泵站設(shè)計流量

根據(jù)《益陽市規(guī)劃審查委員會評審會紀要(益規(guī)審字(2009)30期)》，清水潭泵站改擴建工程設(shè)計排漬流量為26m3/s，排污流量為8萬t/天，峰值系數(shù)取1.4，計算得排污流量為1.41m3/s，共計設(shè)計流量27.41m3/s。

3 工程選址及主要建筑物

3.1 工程選址

根據(jù)主要建筑物的規(guī)模、地質(zhì)、運行條件等因素清水潭泵站選址分析。清水潭泵站是以排澇為主的中型泵站，樞紐包括進水涵管、匯水池、檢修閘、進水前池、泵房、出水流道(自流、機排)、防洪閘、副廠房等工程建筑物。根據(jù)選址條件和原則，清水潭泵站改擴建方案有兩個。方案一，在原清水潭泵站舊址擴建;方案二，在原清水潭泵站出水渠道位置移址改擴建。方案布置見圖。

圖1 清水潭泵站改擴建方案布置圖

方案一:在原清水潭泵站舊址擴建。該處位于益陽市資陽區(qū)長春鎮(zhèn)清水潭村資江北岸一線防洪大堤(見圖1)，距資江二橋150m，地勢較低，交通便利，地質(zhì)條件優(yōu)良，原清水潭泵站站始建于上世紀九十年代，由于當時條件的限制，未考慮城市規(guī)劃調(diào)整及改擴建的預(yù)留，因此，在舊址進行擴建存在以下幾個不利條件:(1)清水潭泵站離防洪大堤距離較遠，出水建筑物較復(fù)雜，同時，因為排水明渠的存在增加了近500m的防洪大堤;(2)由于高位排水明渠的存在，流道較長，出水水頭損失大，抬高了水泵運行揚程，降低了水泵運行效率;(3)原長春垸隔堤平廢后，清水潭排區(qū)及鄰近區(qū)域水系發(fā)生了轉(zhuǎn)變，部分城區(qū)雨污水通過新鋪設(shè)管道排至清水潭排澇區(qū)域。加上近期城市發(fā)展和城市規(guī)劃的調(diào)整，改建后的清水潭泵站需要與新建的污水處理廠配套，如果在原清水潭泵站舊址擴建，泵站管道與城市規(guī)劃的污水管道連接存在一定的困難。

對比方案一的不利之處，方案二工程選址到原清水潭泵站排水明渠位置后，其地勢、交通、地質(zhì)條件及施工場地均利于改擴建施工。此處位于一線防洪大堤內(nèi)腳，避免了明渠出流，縮短了出水涵管，減少了近500m的防洪大堤。清水潭泵站移建到此處后，減少了高位排水明渠，縮短了流道，較大的減少了出水損失，能有效的降低水泵運行揚程，提高水泵運行效率，節(jié)約能源。如在泵站處增設(shè)自流排水涵閘，可以避免清水潭泵站外河低水位時期的開機排漬，能較大程度的節(jié)省排漬成本。同時，由于原出水流道長，242m明渠占用了較多的土地面積，清水潭泵站移址改建至原清水潭泵站出水渠道位置后采用引水涵連接排水渠，較方案一可節(jié)約近30畝的土地。清水潭泵站改建至原清水潭泵站排水明渠位置后，離益陽市城北污水處理廠西側(cè)僅175m，其進水涵管與城區(qū)規(guī)劃的污水管道相交，因此，可利用交叉建筑物將污水管道直接連接于進水涵管上，有利于暴雨時的雨污水能直接迅速的進入泵站排澇區(qū)域。

對比方案一與方案二可知，無論從施工條件，節(jié)約成本還是與城市發(fā)展及規(guī)劃調(diào)整相適應(yīng)的角度來說，方案二均優(yōu)于方案一，因此，選定方案二為最優(yōu)方案。

3.2 清水潭泵站主要建筑物尺寸

(1)進水涵管總長442.18m，其中明渠90.0m，進水涵管長352.18m。

(2)匯水池總長24.4m，其中前部9.91m的寬度由7.5m漸變?yōu)?6.5m，后部14.49m寬度為26.92m。

(3)進水前池總長20.0m，其中前部12.0m的寬度由18.2m漸變?yōu)?6.2m，后部8.0m的寬度為26.2m。

(4)泵房長度為6.65m，寬度為27.8m，高壓泵區(qū)和低壓泵區(qū)泵房底板高程均為25.0m。

(5)清水潭排水閘長度為114.58m，為兩孔箱涵，孔口尺寸均為3.0×3.0m(寬×高)。

4 水泵機組選型

4.1 水泵機組選型分析

泵站工程改造后，校核揚程高，揚程變化范圍大，原清水潭泵站水泵機組已不能滿足高水位的運行要求，需要對水泵及電機型號進行比選分析。根據(jù)清水潭泵站的特點擬采用兩種比選方案，方案一為全貫流泵，方案二為潛水軸流泵，其水泵、電機型號及其參數(shù)詳見表1，兩方案經(jīng)濟比較詳見表2。

表1 泵站機組選型方案參數(shù)表

表2 泵站機組選型方案經(jīng)濟參數(shù)表

由表1和表2可知，在裝機容量一定，工況效益相同、電機耗能相等的情況下，在泵組投資上，方案一(841.98萬元)大于方案二(635.88萬元)，電氣設(shè)備投資方案一也比方案二要多出30.83萬元，但方案一較方案二而言，土建投資可節(jié)省365萬余元，至此，工程總投資能節(jié)省128.08萬元。

對比方案一與方案二可知，方案一中泵組投資、電氣設(shè)備投資大于方案二，這是為了適用清水潭特有的運行工況。即一般情況下城市污水經(jīng)下水管道排至城北污水處理廠，在污水處理廠處理后通過管道排到清水潭泵站匯水池內(nèi)，再通過清水潭泵站排至資江;當降雨產(chǎn)水量超過城北污水處理廠處理能力時，排污管道閘門關(guān)閉，雨污水越過泵站引水涵中設(shè)置的溢流坎排至匯水池，再經(jīng)清水潭泵站混排至外河。選用了目前全國最大的全貫流潛水泵，采用4+1組合著重考慮了清水潭泵站的適用性。同時，考慮了泵站運行的安全、經(jīng)濟及節(jié)能條件。雖然泵組、電氣投資較大，但在此種條件下土建投資能節(jié)省的更多，而且有利于設(shè)備的安裝。方案一全貫流泵的選取，可在總投資節(jié)省、電氣系統(tǒng)更安全的條件下，能更好的適用清水潭泵站的運行工況，這樣既滿足了日常排污水處理廠處理后的匯水，又能保證設(shè)計標準下滿足排澇要求。

5 結(jié)論

本次通過對清水潭泵站主要建筑物的規(guī)模、地質(zhì)條件、運行情況等因素，依照選址原則和要求，詳細對比分析了兩個不同的工程選址方案，確定了最佳的工程選址，有利于施工，降低了投資成本，能更好的適應(yīng)城市的發(fā)展與規(guī)劃。在泵型及裝機選擇方面，充分考慮了節(jié)能、經(jīng)濟、安全等因素，確定了最優(yōu)選型方案，使整個工程在總投資節(jié)省、電氣系統(tǒng)更安全的條件下，更好的適用清水潭泵站的運行工況，既能滿足日常排污水處理廠處理廢水，又能保證在設(shè)計的標準下滿足排澇要求。清水潭泵站改造后，運行安全、高效、節(jié)能，總排澇面積增至45.44km2，大大提高了益陽市城北區(qū)排漬能力，進一步保障了人民生命財產(chǎn)安全。

［1］丘傳忻.泵站［M］.北京:中國水利水電出版社，2007.

［2］GB50265-2010.泵站設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］GB50286-2013.堤防工程設(shè)計規(guī)范［S］.

［4］《益陽市城市防洪工程初步設(shè)計報告》［R］.長沙:湖南省水利水電勘測設(shè)計研究總院.

［5］《益陽市城市防洪設(shè)計水位復(fù)核報告》［R］.長沙:湖南省水利水電勘測設(shè)計研究總院.