杭州三堡排澇泵站樞紐總布置優(yōu)化方案

何　勇，金國棟，潘志軍

(杭州市南排工程建設管理處，浙江 杭州　310019)

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杭州三堡排澇泵站樞紐總布置優(yōu)化方案

何勇，金國棟，潘志軍

(杭州市南排工程建設管理處，浙江 杭州310019)

摘要：城市大型排澇泵站樞紐工程總布置要節(jié)約土地資源和綜合利用，排水通道利用現(xiàn)有航(河)道時流態(tài)有較為嚴格限制，泵站樞紐工程施工和運行要保證既有建(構(gòu))筑物安全等問題.杭州三堡排澇泵站樞紐地處主城區(qū)，進出口位于航道口門區(qū)，其樞紐總布置原規(guī)劃為明渠方案，優(yōu)化后為箱涵方案，按不同排水口位置有3個布置方案，從占用土地資源、技術性、經(jīng)濟性等方面進行比選了最優(yōu)方案，實現(xiàn)節(jié)約和綜合利用土地資源、水工程綜合利用、減小工程投資等目的.對土地資源緊缺的城區(qū)規(guī)劃和建設大型排澇泵站工程可行性分析和研究具有參考價值.

關鍵詞：杭州三堡；排澇泵站；總布置；優(yōu)化

0引言

近些年來杭州城區(qū)易內(nèi)澇，如2007年第16號“羅莎”臺風帶來強降雨造成城區(qū)嚴重內(nèi)澇[1]，內(nèi)澇主要原因是受區(qū)域自然條件造成汛期降水集中、地勢平坦使排水不暢，運河水系受下游水位頂托加重城區(qū)低洼地帶積水，城市下墊面硬化促進徑流城市化[2-3]，城區(qū)地下管網(wǎng)不能迅速匯流等多因素影響，導致城區(qū)天然排蓄能力不足.勢必在城區(qū)京杭運河近錢塘江口門上建設大型排澇泵站南排錢塘江入杭州灣，是解決運河排水不暢，緩解城市內(nèi)澇的有效方法.目前，城區(qū)規(guī)劃有三堡和八堡排澇泵站樞紐工程.

城市大型排澇泵站樞紐總布置的優(yōu)劣直接關系到工程建設的可行性.近幾年對復雜環(huán)境下排澇泵站局部建筑物布置有相關的研究和應用.通過泵站進出水口防護研究減少航道防護面積和施工期對航運的影響，節(jié)約更崇高投資[4-5]，通過泄(排)水對河道通航水流條件的影響研究并優(yōu)化泄(排)水口門建筑物布置[6]，通過對泵站前池流態(tài)研究優(yōu)化進水建筑物布置[7-8]，但對排澇泵站樞紐總布置的優(yōu)化和研究較少.大型排澇泵站樞紐布置應根據(jù)站址的地理環(huán)境、征地拆遷、施工、環(huán)境等條件，結(jié)合樞紐布局、綜合利用要求、機組型式等，做到布置合理、有利施工、運行安全、管理方便、少占耕地、節(jié)約投資和美觀協(xié)調(diào)[9].

杭州三堡排澇泵站樞紐位于杭州主城區(qū)，呈條帶狀布置，緊靠京杭運河三堡船閘，進排水口位于航道口門區(qū)，工程軸線穿越多條城市主干道.樞紐總布置原規(guī)劃進出水引河為明渠方案，占地面積大，工程總投資高，可行性較差.優(yōu)化后進出水引河調(diào)整為箱涵，按照排水口位置不同分3種布置方案，從占用土地資源、技術性、經(jīng)濟性等方面進行比選，三孔排水口位于引航道單孔排水口位于錢塘江側(cè)方案最優(yōu)，占用土地較少，投資適中，充分發(fā)揮了水工程的綜合功能，推動了工程建設的可行性.

1工程基本情況

杭州三堡排澇泵站樞紐位于杭州市江干區(qū)，京杭大運河三堡二線船閘西側(cè)，毗鄰杭州城市新中心錢江新城，位置(見圖1).工程是以防洪、治澇為主，結(jié)合改善水環(huán)境等綜合利用的大(一)型樞紐工程.工程設計排澇流量為200 m3/s，設4臺3560ZXQ50-3.65機組，斜30°布置，裝機容量13.2 MW.工程引水流量30 m3/s.新開河箱涵設計排洪流量63.7 m3/s.工程等別為Ⅰ等，由進水、泵站、引排水建筑物，二線船閘西側(cè)防洪堤等組成.除進水口導航架、攔污柵工作橋、引水箱涵等次要建筑物為3級建筑物，施工圍堰等臨時建筑物為4級建筑物外，其他主要建筑均為1級建筑物.泵站起排水位2.0 m，開單臺機組排澇，水位超過2.4 m后航道停止運行，根據(jù)水位依次開啟多臺機組排澇.

工程區(qū)地形平坦開闊，地面高程一般5.5～6.5 m.主要土(巖)層自上而下可分為：人工堆積層；砂質(zhì)粉土，中間分部粉質(zhì)粘土；淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土；粉質(zhì)粘土、粘土；含泥砂礫石；泥質(zhì)粉砂巖，基巖面高程-52.0 m左右.地震動峰值加速度為0.05 g，地震動反應譜特征周期為0.65 s.工程區(qū)域地質(zhì)等穩(wěn)定性較好，適合泵站布置.運河多年平均常水位1.34 m，錢塘江多年平均常水位4.49 m.

圖1　工程位置圖

2明渠(原)方案樞紐布置

2.1方案布置

原設計推薦方案為明渠方案，進出水引河采用明渠，排水口位于錢塘江側(cè)，泵址位于錢塘江側(cè)防洪大堤背面(見圖2).主要建筑物包括泵站、上游引河、下游出水渠、排水口，與三堡二線船閘工程較小夾角布置.進水口位于鳳起東路以北上游引航道，上游引河穿過鳳起東路、錢江東路、污水干管，直抵錢塘江側(cè)泵站.泵站出水渠接排水口.

2.2方案優(yōu)點

明渠方案布置簡單，進出水流順暢，現(xiàn)有新開河、新塘河排水可直接匯入上游河道，施工簡單，基坑圍護范圍小，工程投資最省.

圖2　明渠方案樞紐布置圖

2.3方案缺點

明渠方案工程占地和征遷范圍大，征遷投資和難度大，對現(xiàn)有交叉建筑和規(guī)劃建筑的影響明顯，工程建設可行性和經(jīng)濟性較差.

(1)明渠方案占地面積20.6 ha，規(guī)劃運河西路和之江東路與船閘間地塊無法綜合利用；廢除現(xiàn)有新塘河泵站，減少區(qū)域外排能力20 m3/s.

(2)未考慮反向引水功能，交叉道路需要采用橋梁結(jié)構(gòu)、運河隧道之江東路出口需要延長，現(xiàn)有污水、煤氣、自來水管均需改遷，規(guī)劃污水、自來水管道需要下穿.

(3)施工對環(huán)境影響大，上下游河道開挖產(chǎn)生大量土方外運.

3樞紐布置優(yōu)化分析

3.1場址不利因素分析

工程毗鄰三堡二線船閘，工程布置呈條帶狀，長度約1.6 km，存在諸多不利因素.

(1)杭州三堡排澇泵站樞紐進出水口位于船閘口門區(qū)，通航設施對其附近水域都有較為嚴格的限制條件，受流速、沖刷和施工條件等制約.

(2)順水流方向有3條城市道路(其中一條為下穿隧道)、2條城市排水河道、5條污水干管、多條城市供水管道、1條煤氣管道，多條通信線路，1座中型泵站，受交叉建筑物影響大.

(3)進水口施工、交叉建筑物施工受通航和交通組織影響.

3.2優(yōu)化原則

杭州三堡排澇泵站樞紐克服場址不利因素影響，按照以下原則進行優(yōu)化：

(1)節(jié)約和綜合利用土地資源，充分利用地下空間，做到土地最大化利用和綜合開發(fā)功能.

(2)滿足工程方向配水，現(xiàn)有河道的區(qū)域防洪排水功能.充分發(fā)揮水工程的綜合功能.

(3)處理水工建筑物與周邊規(guī)劃的關系，做到環(huán)境和美觀協(xié)調(diào).

(4)有利于工程施工，盡量減少對現(xiàn)有建筑、交通、通航、交叉管線的影響.

3.3優(yōu)化方案

優(yōu)化后的方案進出水引河改為地埋箱涵，泵站位置調(diào)整至內(nèi)河側(cè)，增加外江排水閘，形成3個布置方案.

箱涵方案1：排水口位于錢塘江側(cè)(見圖3).主要建筑物包括泵站、進水箱涵、排水箱涵及排水閘等.進水口同明渠方案，進水口箱涵過鳳起東路后接泵站，后接排水箱涵，排水箱涵穿錢江東路后，沿下游引航道西側(cè)防洪堤至錢塘江側(cè)，設排水排水閘.引水取水口在錢塘江側(cè)，通過排水箱涵、泵站出水池、引水箱涵、新開河箱涵、前池、進水箱涵進入運河.

箱涵方案2：排水口位于下游引航道，詳(見圖4).主要建筑物包括泵站、進水箱涵、排水箱涵及排水閘等.進水口、進水箱涵、泵站布置同箱涵方案1.泵站后接排水箱涵，穿越錢江東路后向東折，于下游引航道設排水閘，澇水通過下游引航道排向錢塘江.引水取水口位于下游引航道，引水路線同箱涵方案1.

箱涵方案3：三孔排水口位于下游引航道，單孔排水口位于錢塘江側(cè)，詳見附圖5.主要建筑物包括泵站、進水箱涵、四孔(單孔)排水箱涵及排水口等.進水口、進水箱涵、泵站布置與箱涵方案1，整體布置比箱涵方案1靠近船閘.泵站后接排水箱涵，排水箱涵于穿錢江東路后，三孔排水口位于下游引航道，設四孔排水閘，單孔箱涵延下游引航道堤身斜坡延伸至錢塘江側(cè)，設檢修閘門和引排水口.單機排澇通過單孔箱涵，多機排澇開啟三孔排水口，引水取水口位于錢塘江側(cè)，引水路線同箱涵方案1.

圖3　箱涵方案1樞紐布置圖

圖4　箱涵方案2樞紐布置圖

圖5　方案3樞紐布置圖

3.4箱涵方案比較

箱涵方案技術和經(jīng)濟比較(見表1).

方案2投資最省，占地小，排水口完全利用下游引航道，從工程角度是最優(yōu)方案，但受引航道通航設施對附近水域嚴格的限制條件，單孔排澇時引航道內(nèi)流速不滿足通航要求，引水取水口位于航道，水質(zhì)影響較大.方案2不可行.

對比方案1和方案3，對現(xiàn)有建筑物影響基本一致，施工難度接近.方案3除下游引航道西側(cè)紅線范圍1.87 ha土地作為周邊地塊的配套綠化用地，實際占地9.133 ha，占地較小，土地利用較好.單孔排澇利用單孔箱涵，多孔排澇利用下游引航道，引水時通過單孔箱涵直接錢塘江側(cè)取水，不影響配水水質(zhì)，總投資適中，推薦方案3.

表1　箱涵方案比較

3.5明渠與推薦箱涵方案比較

明渠方案與箱涵方案3進行投資比較(見表2).綜合比較政策處理及環(huán)境投資、建安投資，明渠方案小于箱涵方案，考慮土地的綜合利用價值，節(jié)約土地9.13 ha，土地增值價值達到25億元以上.箱涵方案綜合效益明顯，最終選定箱涵方案3.

表2　明渠方案與箱涵方案3投資比較

4建筑物布置優(yōu)化

(1)泵站管理區(qū)布置優(yōu)化.泵站管理區(qū)優(yōu)化后布置一幢集泵站功能、運行管理、辦公、科普于一體建筑，按照綠色三星建筑設計，劃定管理區(qū)范圍集中在泵站區(qū)域，占地3.27 ha，進水箱涵、泵站、排水箱涵等其他地塊均規(guī)劃建設為開放的水利文化公園，下游引航道西側(cè)1.87 ha移交周邊地塊整體開發(fā)管理，進一步優(yōu)化和利用土地資源，發(fā)揮工程的綜合功能.

(2)工程進水口、排水口布置優(yōu)化.設計采用了全斷面膜袋混凝土護底，對航道影響較大，需要斷航施工，通過對其進行數(shù)模和物模分析，采用了垂直防沖為主、水平防沖為輔的手段，減少水平防護，做到不斷航施工.

(3)道路交叉建筑優(yōu)化，兩條城市主干道鳳起東路和錢江東路均與箱涵形成交叉，原設計為單跨橋梁，投資大，調(diào)整后采用路涵結(jié)構(gòu)，同時滿足引排水過流和交通要求.

(4)優(yōu)化區(qū)域防洪排水功能，保留現(xiàn)有新塘河泵站外排水口，利用新開河箱涵將新開河和新塘河一并接入泵站前池，加快區(qū)域排水.

5結(jié)論

(1)杭州三堡排澇泵站樞紐2015年5月建成并投入運行，2015汛期多次開機排澇，防洪減災效果明顯，通過新開河箱涵加快了江干區(qū)和上城區(qū)排洪速度，周邊節(jié)約用地得到進一步開發(fā)利用，運行期和施工期對航運未產(chǎn)生明顯影響，交叉建筑物得到充分利用，優(yōu)化后的布置效果得到驗證.

(2)杭州城市土地資源日趨緊缺，河(航)道兩岸既有城市建筑空間趨于狹窄，城市規(guī)劃景觀對水利工程建設提出了更高要求，同時對水利工程的功能需求進一步提升，由單一的防洪排澇需求轉(zhuǎn)變?yōu)榧篮榕艥?、交通、改善環(huán)境、提升文化等綜合功能于一體.在城市中心地帶建設泵站，杭州三堡排澇泵站樞紐工程的總布置原則和思路值得借鑒.

(3)城市水利向地下要空間，集成水利、市政、景觀等綜合功能的利用和開發(fā)，值得我們進一步去探索和挖掘.

參考文獻：

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[9]中華人民共和國水利部.GB50265—2010泵站設計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2011.

信息啟示

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本刊編輯部

Layout Optimization for Urban Drainage Pump Station

HE Yong, JIN Guo-dong, Pan Zhi-jun

(Hangzhou Construction and Management Office of Drainage, Hangzhou 310019, China)

Abstract:In the feasibility analysis of layout optimization for urban large drainage pump station, the focus is to save land resources with comprehensive utilization. For flow regime has strict limitation when existing channel (watercourse) is used by drainage channel, the construction and operation of pump station pivotal project should guarantee the security of existing architectures (structures). Hangzhou Sanbao Drainage Pump Station is located in main urban area, and its inlet and outfall are at channel entrance, so the original layout of open channel is optimized as box culvert. There were 3 layout schemes according to different outlets, and the third scheme is the best after contrast from the aspects of land resources occupation, technology and economy. The third scheme promotes the feasibility of construction by achieving the goal of saving and utilizing soil resources, comprehensive utilization of water conservancy engineering and reduction of engineering investment. It is of reference value for analysis and research on feasibility of large drainage pump station planning and construction by cities short of soil resources.

Key words:Hangzhou Sanbao; drainage pump station; layout; optimization

中圖分類號：TV61

文獻標志碼：A

文章編號：1008-536X(2016)02-0037-06

作者簡介：何勇(1974-)，男，四川廣元人,高級工程師，主要研究方向：泵站工程技術.

收稿日期：2015-09-11