多功能泵站建設的探討

金建峰

（杭州市閑林水庫管理處，浙江 杭州 310014）

多功能泵站建設的探討

金建峰

（杭州市閑林水庫管理處，浙江 杭州 310014）

為挖掘已建工程潛力、充分發(fā)揮工程綜合效益，結合工程與區(qū)域?qū)嶋H情況，以杭州市大刀沙泵站為工程實例，通過2次技術改造，使其在原有抗咸、應急供水功能基礎上，同時具體配水、排澇功能，充分發(fā)揮泵站的綜合功用，效益顯著。

泵站；技術改造；多功能；大刀沙泵站

1 問題的提出

2014年12月，省委十三屆四次全會提出，要以“治污水、防洪水、排澇水、保供水、抓節(jié)水”為突破口倒逼轉型升級，全省各地“五水共治”工作如火如荼地開展。為更好地服務“五水共治”，杭州市林業(yè)水利局進行了多方面、多角度、多層次的探索與研究，充分挖掘現(xiàn)有工程潛力，適當改造，以增加較少的投資，獲得更多的功能和效益。

常規(guī)單座泵站的功能，只具備排澇、灌溉、供水、引配水等功能中的一項，同時具備3種及以上功能的泵站鮮有工程實例，大刀沙泵站是多功能泵站的典型。本文以大刀沙泵站為例，以功能為載體，以技改為手段，以點帶面。大刀沙泵站在原有抗咸、應急供水功能的基礎上，通過2次技術改造，使其同時具備配水、排澇作用，實現(xiàn)大刀沙泵站同時具有“保供水、排澇水、治污水”功能，取得“一泵治三水”的成效。

2 相關工程簡介

大刀沙泵站是閑林水庫工程的重要組成部分，位于錢塘江與錢塘江引水入城工程的交叉處，作為輸水頭部工程，其全面功能的發(fā)揮需結合閑林水庫工程和錢塘江引水入城工程。

2.1 閑林水庫

閑林水庫是杭州城市應急備用水源，是省、市“五水共治”中“保飲水”“防洪水”的重要實施項目，也是千島湖配水工程的重要組成部分。水庫集雨面積16.89 km2，正常蓄水位高程70.00 m，總庫容1 984萬m3，中型水庫。工程建成后，結合千島湖配水工程，能滿足杭城8 d備用水源的需要；同時結合下游河道整治，下游地區(qū)防洪能力由5 a一遇提高到20 a一遇；下游河道生態(tài)環(huán)境得到明顯改善。閑林水庫于2015年6月通過蓄水驗收后下閘蓄水，2016年蓄水位控制在59.50 m，蓄水庫容591萬m3［1］。

2.2 錢塘江引水入城工程

錢塘江引水入城工程主要由取水樞紐、輸水渠道、隧洞、連接河道等建（構）筑物形式組成，設計輸水規(guī)模25.00 m3/s，多年平均引水量3.9億m3，總投資8.28億元。工程建設任務是改善杭州市運西片河網(wǎng)水環(huán)境，兼顧城市景觀等綜合效益，于2009年10月建成投入運行。閑林水庫工程與錢塘江引水入城工程平面布置圖見圖1。

圖1 平面布置圖（閑林水庫工程與錢塘江引水入城工程）

2.3 大刀沙泵站

大刀沙泵站的原有工程任務是抗咸取水和應急供水：一是遇突發(fā)水污染事件或咸潮入侵需要使用閑林水庫水源時，將閑林水庫水泄放至沉沙調(diào)節(jié)池，通過大刀沙泵提水至珊瑚沙水庫供城區(qū)各水廠；二是應抗咸需要將符合飲用水標準的錢塘江水，在2個咸潮間隙通過大刀沙泵站應急取水入珊瑚沙水庫，提高該水庫蓄淡抗咸能力和供水保證率。于2011年5月建成投入運行。大刀沙泵站平面布置圖見圖2。

圖2 大刀沙泵站平面布置圖

工程由取水建筑物、泵站建筑物和輸水建筑物3部分組成。設計取水流量26.00 m3/s，布置4臺型號為1800HDC - 10.5型立式抽芯式混流泵，單臺水泵額定流量Q = 6.50 m3/s，額定揚程H = 10.50 m，總裝機容量4 480 kW。概算總投資為8 655萬元［2］。

3 杭州常規(guī)泵站功能現(xiàn)狀

“堤防保命、泵站保收”。水利是國民經(jīng)濟的重要基礎設施，泵站是水利工程的重要組成部分，特別是大型泵站承擔著區(qū)域性的除澇、灌溉、調(diào)水和供水的重任。

杭州市的泵站建設起步較早，始于20世紀60年代，當時泵站的主要功能是農(nóng)田灌溉和排澇，在經(jīng)濟社會和農(nóng)業(yè)發(fā)展、抗災減災中起到了重要的支撐作用。隨著產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整和城市化的推進，泵站的灌溉和農(nóng)田排澇的功能逐步弱化，轉為配水和城鎮(zhèn)排澇，承擔了改善城鄉(xiāng)水環(huán)境服務的新職能，更多地發(fā)揮了社會效益和生態(tài)效益。

根據(jù)水利普查工作成果，至2015年6月30日，杭州市建成的規(guī)模以上泵站有554座，總裝機1 465臺，總容量19萬kW。其中大型（裝機流量50 m3/s以上）泵站8座；中型（裝機流量10 ～ 50 m3/s或裝機功率1 000 ～ 10 000 W）泵站48座；?。?）型（裝機流量2 ～ 10 m3/s或裝機功率100 ～ 1 000 W）泵站290座；小（2）型（裝機流量2 m3/s或裝機功率100 W以下）泵站208座［3］。

泵站的主要功能是排澇、灌溉、供水、引配水等。受水系、工程布置、泵型等方面制約，一般一座泵站具有一項功能，再加一個輔助功能，如2016年建成投運大型泵站—三堡排澇工程，其功能就是以排澇為主（200.00 m3/s）、兼有引配水（30.00 m3/s）。全市8座大型泵站中5座是供排結合、3座是純排；全市48座中型泵站中，供排結合7座、排灌結合1座、純供水23座、純排水17座，即具單一功能的泵站占83%，兼具2種功能的泵站占17%；小型泵站中單一功能的泵站占比超85%。

對常規(guī)泵站而言，在排澇、灌溉、供水、引配水等功能方面，具有3種及以上功能的泵站鮮有工程實例，大刀沙泵站是多功能泵站的典型。

4 大刀沙泵站相關區(qū)域存在問題

一個水利工程的建設，一般都是為了解決一個區(qū)域的突出問題。與大刀沙泵站相關的區(qū)域水系為上泗片和運西片，這2個區(qū)域存在的主要問題是配水能力、排澇能力不足。

4.1 配水能力不足問題

20世紀90年代初，隨著城市和國民經(jīng)濟發(fā)展，部分工業(yè)廢水和生活污水直排，河網(wǎng)水質(zhì)受到污染。自2000年以來，杭州市政府大力開展城市河道配水，倡導建設生態(tài)城市，通過截污、配水、河道整治等辦法，使許多如運河、中河、東河、上塘河等河道水質(zhì)有較為明顯的改觀，沿河自然環(huán)境景觀也逐年好轉。但運西、運東區(qū)域的河道水環(huán)境總體質(zhì)量仍然較差，特別是運西片，其河網(wǎng)水質(zhì)仍處于V～劣V類。由于截污工程完善需要較長一段時間，但面源污染很難截掉，配水工程將作為水環(huán)境改善的長期重要措施，一方面可以降低河道內(nèi)污染物濃度，另一方面可以保證水體的流動，縮短水體交換周期，增大水體的降解與自凈能力。

杭州市西北部運河以西區(qū)域受取水口及地形條件的限制，在錢塘江引水入城工程投入運行前，運西片環(huán)境用水僅依靠西湖出水3.70 m3/s及運西山區(qū)基流，苕溪流域來水較少，總體環(huán)境用水偏小，河網(wǎng)自凈能力低，根本無法實現(xiàn)運西地區(qū)河網(wǎng)水體流動，無法容納城西污染物總量，治理措施也很難在短期內(nèi)改變水污染嚴重的現(xiàn)狀，加上城市基礎設施尚未配套，面源污染情況較為嚴重，故造成該地區(qū)水質(zhì)狀況最差，尤其是余杭塘河以南，紫金港以西區(qū)域，河水黑臭。錢塘江引水入城工程投入運行后，大大緩解了城西地區(qū)環(huán)境用水不足的問題，水質(zhì)有了明顯好轉，可以說錢塘江引水入城工程對城西地區(qū)配水起到關鍵作用。

然而，近年來錢塘江洪水較大，出?？谏晨矝_開，江道地形隨之改變較大，錢塘江水位較低，導致引水入城工程引水流量不足，嚴重影響了杭州市西部地區(qū)環(huán)境用水。據(jù)1991 — 2010年的閘口水位歷時統(tǒng)計，錢塘江水位低于1.80 m，20 a中出現(xiàn)了1 a，歷時4 h，發(fā)生在1995年；水位在1.80 ～ 4.00 m，每年都有發(fā)生，年均歷時4 103 h，折合天數(shù)171 d，占全年46.8%的時間。最少年份發(fā)生于1997年，歷時109 d，最多年份發(fā)生于1999年，歷時240 d。

從統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，每年都會發(fā)生低于4.0 m水位的情況，即錢塘江引水入城工程每年會發(fā)生引水流量不足的情況，平均每年發(fā)生天數(shù)為171 d，占近半年時間。從引水流量看，根據(jù)引水入城工程設計，在錢塘江水位低于4.00 m時，引水流量達不到25.00 m3/s。從引水總量看，能解決城西環(huán)境用水問題，但時程分配不能很好配合環(huán)境用水的需要，往往是錢塘江高水位時，城西地區(qū)不需要大量配水；錢塘江低水位時，城西地區(qū)需要大量配水。因此，作為城西地區(qū)配水最關鍵的工程，其運行存在的問題：一是錢塘江低水位時引水流量不能滿足要求，二是錢塘江水位與城西配水需求時程不匹配［4］。

4.2 排澇能力不足問題

杭州市區(qū)西部地區(qū)按水系劃分，包括西湖區(qū)的留下街道和蔣村街道，余杭區(qū)的閑林街道。流域上游為低山丘陵區(qū)，面積約150.00 km2；下游為運西平原河網(wǎng)，面積約120.00 km2。

城西內(nèi)澇外排出路不暢已是公認的難題，多次發(fā)生內(nèi)澇災害。上游靈項溪屬山區(qū)河道，坡陡流急，洪峰直瀉；中游上埠河、東穆溪等河道窄小，容易漫溢，在留和路、02省道一帶還存在諸多“瓶頸”或“盲腸”阻梗水流；下游沿山河以下平原河道行洪規(guī)模偏小，未能形成順暢的城市排水網(wǎng)絡系統(tǒng)。上埠河等山區(qū)小流域下泄洪峰流量較大，20 a一遇設計洪峰流量合計約800.00 m3/s，洪水總量合計約2 900萬m3，洪水驟至平原后因河道排水能力不足而形成阻滯，又缺少可控制的有效滯洪區(qū)，使山麓平原交接帶水位壅高，即留下街道一帶極易受災。在“99630”洪水中留下街道、閑林街道一帶街區(qū)積水達1.00 m以上歷時數(shù)天。在2007年16號強臺風“羅莎”中，留下街道路面最大積水深達1.40 m左右；留和路和兩側高校大面積積水，水深最大達1.00 m以上，留和路繞城高速下積水超1.50 m；西溪路、天目山路積水嚴重；小和山高教校區(qū)普遍受淹，造成全區(qū)域停電、停水、交通中斷，各高校學生停課；西溪濕地內(nèi)部河道、池塘周邊植被、樹木大量受淹，部分房屋建筑進水，路面被淹，濕地植物園內(nèi)的地下長廊全部被淹沒。隨著城市化進程的加快，特別是小和山高教園區(qū)的建設，填高了大量農(nóng)田，該區(qū)塊原有的滯洪功能不復存在，水體調(diào)蓄作用減小，更加重了該地區(qū)的防洪壓力。

近年來，杭州市政府十分重視城西的防洪排澇問題，實施了一系列防洪工程，如“上攔”閑林水庫、橋涵拓寬、河道浚拓等工程，使城西地區(qū)的防洪問題有所改觀，但仍缺少外排工程，城西的洪水只能通過運河外排，遇強降雨時受澇危險仍然存在［5］。

上泗地區(qū)向錢塘江排水能力較低，主要依靠沿江閘站，包括四五排澇閘站、赤通浦閘站、白茅湖閘站、三陽閘站、四號浦閘站、社井閘、小江閘、龍王沙閘等，機排排澇流量為113.00 m3/s，排澇裝機容量不能滿足排澇需要。大刀沙泵站新增排澇功能后，上泗地區(qū)可以通過現(xiàn)狀通道排入引水入城箱涵，從而澇水排入錢塘江，提升強排能力。

5 大刀沙泵站的功能拓展

針對大刀沙泵站所在的城西地區(qū)和上泗地區(qū)存在的突出問題，利用大刀沙泵站位于錢塘江與錢塘江引水入城工程交叉口的有利地理位置，充分利用錢塘江引水入城工程這一勾通錢塘江與城西地區(qū)的水利通道，以大刀沙已建泵站為依托，通過技術改造，實現(xiàn)枯水期錢塘江向城西地區(qū)配水、洪水期城西澇水向錢塘江排泄的目的。

5.1 配水功能的實現(xiàn)

為解決錢塘江低水位時錢塘江引水入城工程引用流量不足的問題，在控制錢塘江引用總水量及引用流量的情況下，利用大刀沙泵站提升功能，在遭遇錢塘江低水位且水廠無需提水期間，進行綜合利用，提升沉沙調(diào)蓄池水位，從而增加引水入城工程在外江低水位時的引用流量，解決城西水生態(tài)環(huán)境用水供需時程分布矛盾。2010年9月依托建成投入運行的大刀沙泵站，進行技術改造，增加配水功能。

5.1.1 工程布置

配水工程由輸水管道、閥門井、鎮(zhèn)墩、出水消能池等組成。利用大刀沙泵站出水池預留D2 600 mm鋼管，新建71.79 m長D2 600 mm鋼管至沉沙調(diào)節(jié)池，出口設消能池。在樁號0 + 040.0 m處設閥門井，井內(nèi)設D941X - 2.5D 2 600 mm蝶閥及伸縮節(jié)，用于節(jié)制；出水消能池主要由分水導墻，消能池底板、扶壁式擋墻、消能坎及下游護坦組成［6］。新增配水功能概化示意見圖3。

圖3 新增配水功能概化示意圖

5.1.2 工程規(guī)模

大刀沙泵站的流量設計流量為26.00 m3/s，錢塘江引水入城工程設計引水流量為25.00 m3/s。杭州市引水入城工程低水位配水工程，其規(guī)模取決于引水入城工程設計流量，即為25.00 m3/s。工程實施后，杭州市引水入城工程引水量工程規(guī)模仍不突破總配水量3.9億m3。

5.1.3 運行原則

當錢塘江水位位于1.80 ～ 4.00 m，杭州市引水入城工程不能滿足設計引用流量，同時錢塘江水質(zhì)能滿足河道配水要求時，通過大刀沙泵站副取水口抽水至沉沙調(diào)蓄池進行配水。

對泵站新增配水任務后，各工程任務間相沖突時按《錢塘江河口水資源配置工程調(diào)度辦法》進行調(diào)度，優(yōu)先滿足城市居民生活用水。

5.1.4 工程效益

配水工程批復概算679.90萬元，即增加了向城西地區(qū)配水26 m3/s的能力，據(jù)測算平均增加提水成本0.045元/ m3，以較少的資入解決了錢塘江引水入城工程在外江低水位時的引用流量不足的問題，解決了城西水生態(tài)環(huán)境用水供需時程分布矛盾，取得了巨大的社會效益。

同時，按建設成本折算每個流量的建設費為26.15萬元，遠低于常規(guī)配水工程每個流量的建設成本。

工程于2013年1月建成投入運行后，時任杭州市人大主任王國平給予“意義重大，很有必要”的評價。工程在2016年杭州G20峰會期間，有效保障了城西西溪濕地一帶水環(huán)境用水需求。

5.2 排澇功能的實現(xiàn)

杭州市委市政府十分重視城西地區(qū)的防洪排澇問題，數(shù)次召開會議進行專題研究。2014年11月市政府專題會議明確，研究錢塘江引水入城工程反向排澇工程建設問題，并列入2015年《政協(xié)杭州市委員會關于開展“‘五水共治’長效機制建設”專項集體民主監(jiān)督的實施方案》。杭州市林水局將大刀沙新增排澇功能工程列入2016年“五水共治”計劃，并被列入G20峰會保障項目。

5.2.1 工程布置

通過大刀沙泵站配水管道開孔接出，接出后擴管為DN3 000 mm埋管，埋管中心高程4.50 m，新建DN3 000 mm鋼埋管末端也與原副取水口引水管道通過鋼制三通連接，三通連接處設閥門井控制，最終由原副取水口取水管穿江堤入江，原取水管中心高程- 1.50 m［7］。引水入城工程反向排澇示意見圖4。新增排澇功能概化示意見圖5。

圖4 引水入城工程反向排澇示意圖

圖5 新增排澇功能概化示意圖

5.2.2 工程規(guī)模

大刀沙泵站新增排澇功能，排澇揚程低于原取水抗咸的揚程，其規(guī)模取決于現(xiàn)狀泵站的流量，設計排澇流量為26.00 m3/s，鑒于引水入城工程反向排水能力限制，近期實際排澇流量為13.00 m3/s（開機2臺），待城西地區(qū)反向排澇工程實施和上泗地區(qū)河網(wǎng)連通后，可發(fā)揮排澇流量為26.00 m3/s（開機4臺）。

5.2.3 運行原則

本工程調(diào)度主要排澇、配水、抗咸和應急供水等3種水情，排澇期不會發(fā)生同時抗咸、配水的情況，排澇與配水、抗咸為相互獨立事件。新增排澇功能的調(diào)度，不會影響配水、抗咸調(diào)度。大刀沙泵站排澇由杭州市城區(qū)防汛辦統(tǒng)一運行調(diào)度。

（1）當分流河（東穆塢溪留下河口）水位達到2.76 m，大刀沙開啟1臺泵反向起排，排澇流量6.50 m3/s；

（2）當分流河（東穆塢溪留下河口）水位達到3.40 m，大刀沙開啟2臺泵反向起排，排澇流量13.00 m3/s；

（3）遠期城西加大排澇流量或上泗地區(qū)澇水排入，大刀沙泵站開啟水泵臺數(shù)可再增加至3 ～ 4臺，最大排澇設計流量26.00 m3/s。

5.2.4 工程效益

新增配水工程批復概算投資800.00萬元，即增加向錢塘江26.00 m3/s的機排能力，占上泗片已有機排能力的23%，按建設成本折算每個流量的建設費為30.77萬元，是新建1座中型排澇泵站建設費用無法比擬的。作為G20峰會的保障項目，工程于2016年8月投入試運行，大大增加了城西地區(qū)（主要是留下區(qū)域）以及之江地區(qū)（主要是上泗區(qū)域）的排澇能力。作為城西尋找內(nèi)澇外排出路的寶貴通道，作為上泗地區(qū)提升排澇能力的措施，利用現(xiàn)狀泵站技術改造新增排澇功能，便可增加城西以及上泗地區(qū)26.00 m3/s的排澇流量，排澇效益顯著，對保障杭州市社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展、保障民生和區(qū)域免遭洪澇侵襲作用明顯。

6 結語與建議

6.1 結 語

大刀沙泵站經(jīng)過2次技術改造，在原有抗咸、應急供水功能的基礎上，同時具備配水功能、排澇功能，實現(xiàn)了一座泵站同時具有“保供水、排澇水、治污水”功能的效果，取得“一泵治三水”的成效，應該說在泵站建設史上也是比較少見的。泵站的2次技術改造，均在原征地范圍內(nèi)，使工程能一旦決策、立即建設、立見成效，得益于杭州市林水局開拓創(chuàng)新的治水理念，得益于得天獨厚的地理位置，得益于適當超前的建設思路。

6.2 建 議

作為水利基礎設施的大中型泵站，具有建設費用高、建設周期長、功能相對單一、無直接經(jīng)濟效益等特點，一般在一個區(qū)域內(nèi)建設數(shù)量有限，為此，更需充分挖掘每座泵站的潛力，提高泵站的綜合應用能力，發(fā)揮最大的社會效益。

（1）對于工程規(guī)劃，水利工程是社會基礎設施，關系國計民生，必須有統(tǒng)籌性、前瞻性，在規(guī)劃編制時，對骨干泵站的規(guī)模宜留有適當余地、功能宜綜合考慮。

（2）對于已建泵站，可結合周邊水系情況和實際需要，進行適當?shù)募夹g改造，在保留現(xiàn)有功能的基礎上考慮拓展，發(fā)揮最大效益。

（3）對于新建泵站，結合標準化建設，在建設用地、工程布置、泵型選擇等方面作系統(tǒng)的考慮，并為今后功能拓展留好余地。

（4）對于泵站運行調(diào)度，由于杭州相關水利設施管理權限的特殊性，對大刀沙泵站來說，供水由九溪水廠提出調(diào)度，配水由市配水辦調(diào)度，排澇由城區(qū)防辦調(diào)度，建議供水、配水、排澇運行宜建立統(tǒng)一、明確的協(xié)調(diào)調(diào)度機制。

[1] 楊企平.杭州市泵站錄[R].杭州：杭州市林業(yè)水利局，2015.

[2] 馮建中，潘根孝，陳照威，等.杭州市閑林水庫樞紐大刀沙泵站工程初步設計報告[R].杭州：杭州市水利水電勘測設計院，2008.

[3] 扈曉雯，田建海，金建峰，等.杭州市閑林水庫工程初步設計報告[R].杭州：華東勘測設計研究院，2009.

[4] 金建峰，黃正榮，朱航威，等.杭州市區(qū)河道引配水規(guī)劃[R].杭州：杭州市水利水電勘測設計院，2007.

[5] 周鳴浩，蔣建靈，金建峰，等.杭州市區(qū)西部水系防洪規(guī)劃[R].杭州：杭州市水利水電勘測設計院，2008.

[6] 馮建中，唐建強，吳浩，等.杭州市閑林水庫樞紐大刀沙泵站工程新增配水方案設計報告[R].杭州：杭州市水利水電勘測設計院，2010.

[7] 唐建強，周簫韻，吳浩，等.大刀沙泵站新增排澇功能工程初步設計報告[R].杭州：杭州水利水電勘測設計院有限公司，2015.

（責任編輯 郎忘憂）

TU992

B

1008 - 701X(2017)05 - 0072 - 05

10.13641/j.cnki.33 - 1162/tv.2017.05.020

2016-12-13

金建峰(1975 - )，男，高級工程師，大學本科，主要從事工程設計與建設管理。