泵站“引、排、灌”一體化設(shè)計(jì)的實(shí)踐與運(yùn)用——以安鄉(xiāng)縣趙家湖泵站為例

鐘翔熹 范陸娥

（湖南省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究總院 長沙市 410007）

1 工程概況

三峽工程建設(shè)運(yùn)行后提高了長江中下游防洪能力，極大地保障了長江中下游防洪保護(hù)區(qū)內(nèi)人民生命財產(chǎn)安全，與此同時，三峽工程蓄水運(yùn)用后明顯改變了壩下河道的水沙條件，清水下泄導(dǎo)致河道沖刷，同流量水位下降，對長江中下游地區(qū)城鎮(zhèn)居民飲水和農(nóng)業(yè)灌溉帶來一定影響。珊珀湖地處湖南省安鄉(xiāng)縣洞庭湖西北部、重點(diǎn)垸安保垸內(nèi)，是大型排澇泵站仙桃泵站的主要調(diào)蓄湖泊，灌溉農(nóng)田面積約0.79 萬hm2（11.9 萬畝）。珊珀湖本身沒有集雨面積，趙家湖泵站作為珊珀湖的重要引水和排水泵站，當(dāng)珊珀湖水源不足時，引澧水入湖，當(dāng)垸內(nèi)發(fā)生內(nèi)澇時，將珊珀湖水排入澧水洪道，同時該泵站兩側(cè)還布置了灌溉渠道，旱季需將湖水或河水抽入較高的灌溉渠道以滿足堤垸內(nèi)的農(nóng)田灌溉用水需求。泵站各工況運(yùn)行水位見附表。

附表 各工況泵站運(yùn)行水位 m

2 泵站的布置型式

因珊珀湖與泵站連接為渠道連接，渠道兩側(cè)分布較多民居點(diǎn)，若采用排、灌分建型泵站，勢必將擴(kuò)寬渠道和拆遷民居，增加投資，通過多組方案論證比較，提出采用“引、排、灌”一體化設(shè)計(jì)的思路，按照合建型泵站進(jìn)行設(shè)計(jì)。

“引、排、灌”一體化設(shè)計(jì)思路主要是將泵站引水、排澇、灌溉三大功能，進(jìn)行“綜合設(shè)計(jì)，集中建設(shè)，協(xié)調(diào)管理”，相對于分散式的泵站設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)方案能有效集約用地，節(jié)省投資，便于統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理和提高泵站使用效率[1-4]。按照“引、排、灌”一體化設(shè)計(jì)思路，趙家湖泵站主要結(jié)構(gòu)從外河向垸內(nèi)依次為：防洪閘、穿堤涵管、壓力水箱、主泵房。主泵房和壓力水箱平行布置于堤防內(nèi)側(cè)，壓力水箱分為上、下兩層，通過壓力水箱兩側(cè)閘門的控制來實(shí)現(xiàn)不同功能。趙家湖泵站主要建筑物布置詳見圖1～圖3。

圖1 趙家湖泵站平面結(jié)構(gòu)布置圖（左）和縱剖面結(jié)構(gòu)圖（右）

圖2 趙家湖泵站橫主廠房橫剖結(jié)構(gòu)圖（A-A）

3 “ 引、排、灌”一體化功能的實(shí)現(xiàn)方式

（1）引水：澧水洪道水位高程為（26.5～29.0）m之間，珊珀湖水位為（27.5～29.5）m 之間，要實(shí)現(xiàn)外河水（澧水洪道）引入控制如下：防洪門C 開啟，抗旱閥D 關(guān)閉，控制門A 下閘，控制門B 上閘。澧水通過穿堤涵管進(jìn)入壓力水箱下層，通過水泵抽至上層，流向控制門A 的上孔，最終流入引水渠道實(shí)現(xiàn)引水功能。當(dāng)澧水河水位高于珊珀湖水位時，可將閘門全部上提，實(shí)現(xiàn)自流引水。

（2）排澇：珊珀湖水位為（28.5～30.0）m 之間，澧水洪道水位高程為(33.4～37.9)m 之間，要實(shí)現(xiàn)澇水排入外河（澧水洪道）控制如下：防洪門C 開啟，抗旱閥D 關(guān)閉，控制門A 上閘，控制門B 下閘。珊珀湖水通過引水渠道進(jìn)入壓力水箱下層，通過水泵抽至上層，流向控制門B 的上孔，最終通過穿堤涵管流入外河，實(shí)現(xiàn)排澇功能。當(dāng)澧水河水位低于珊珀湖水位時，可將閘門全部上提，實(shí)現(xiàn)自流排澇。

圖3 閘門槽頂部止水示意圖

（3）灌溉：珊珀湖水位為（27.5～29.5）m 之間，澧水洪道水位高程為（26.5～29.0）m 之間，要實(shí)現(xiàn)農(nóng)田灌溉控制如下：防洪門C 關(guān)閉，抗旱閥D 開啟，控制門A 上閘，控制門B 上閘。珊珀湖水通過引水渠道進(jìn)入壓力水箱下層，通過水泵抽至上層，通過抗旱閥D 控制的鋼管，最終流入兩側(cè)的抗旱渠道，實(shí)現(xiàn)灌溉功能。

4 關(guān)鍵技術(shù)問題及解決方法

泵站通過壓力水箱閘門調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)功能，壓力水箱設(shè)計(jì)分為上、下兩層，上層主要是加壓的作用，下層主要是控制進(jìn)流的作用，前、后兩扇控制閘門可選擇性的控制壓力水箱上層或下層最終調(diào)節(jié)水的流向；上層水箱設(shè)置左、右兩個灌溉閥門，可通過灌溉閥門的開、關(guān)控制水流向需水的灌溉渠道。因此壓力水箱在設(shè)計(jì)中存在如下幾個關(guān)鍵問題：

（1）控制閘門起到調(diào)控水流的作用，擋水方向隨著功能的改變而改變，因此閘門需采用雙向止水，且當(dāng)閘門提起后封堵壓力水箱上層孔口時無底坎止水，需采用側(cè)止水對底部進(jìn)行封堵，因此閘門底部應(yīng)做特殊側(cè)向止水保證閘門上提后的止水效果。

（2）排澇時外河水位高，控制門B 下閘，此時控制門頂部的螺桿空隙處承受較高的水壓，若處理不當(dāng)，不僅無法實(shí)現(xiàn)排澇，甚至?xí)霈F(xiàn)外河水從控制門B 頂部倒灌的可能，因此控制門B 頂部的螺桿需封閉嚴(yán)實(shí)，趙家湖泵站在門槽上部預(yù)留二期混凝土和錨栓，閘門安裝后用抗壓蓋板密封門槽頂部，抗壓蓋板與閘門螺桿之間的縫隙使用橡膠螺母封堵，當(dāng)閘門到位為后將橡膠螺母向下旋緊封閉螺桿與鋼板之間的縫隙。見圖3。

（3）工程要求水泵在引水、排澇工況均能穩(wěn)定運(yùn)行，但引水工況凈揚(yáng)程低，排澇工況凈揚(yáng)程高，如按兩個工況選型則沒有合適的泵型，因此考慮按排澇工況布置水泵出水管中心高，可適當(dāng)抬高引水工況凈揚(yáng)程，選型時優(yōu)先滿足引水工況下的提水流量達(dá)到10.21 m3/s，兼顧排澇工況下的提水流量大于3.1 m3/s，實(shí)際排澇流量則取決于排澇揚(yáng)程下水泵的出水流量。這樣選型可達(dá)到兩工況泵組均能穩(wěn)定運(yùn)行，且節(jié)省泵站建設(shè)成本。

5 結(jié) 語

趙家湖泵站通過閘、閥的調(diào)節(jié)成功實(shí)現(xiàn)引水、排澇、灌溉三大功能一體化，避免了灌、排泵站的分開建設(shè)，減少了占地，節(jié)省投資，而且其控制閘采用上、下移動控制不同的位置，減少了閘門的建設(shè)費(fèi)用，但該泵站在不同工況之間切換的操作較為復(fù)雜，管理過程中需制定一套詳細(xì)的操作流程，若進(jìn)一步將各操作流程采用自動化實(shí)現(xiàn)，則可簡化操作流程，達(dá)到既節(jié)省投資又控制簡便的目的，這將是今后重點(diǎn)研究的內(nèi)容之一。

[1] GB 50265-2010 泵站設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2011.

[2] 沈昊，陳小鵬，羅海東，陳照. 堤后式排灌兩用泵站設(shè)計(jì)方案分析[J].人民長江，2012，43(20)：85-91.

[3] 中水淮河工程有限責(zé)任公司.中小型水利水電工程典型設(shè)計(jì)圖集（泵站分冊）[M].北京：水利水電出版社，2007.

[4] 丘傳悕. 泵站[M]. 北京：水利水電出版社，2004.