沿海平原地區(qū)農(nóng)田水利工程中小型泵站設計研究

陳勝利

（山東同正勘察設計有限公司，山東 東營 257091）

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)對國家的經(jīng)濟發(fā)展、社會穩(wěn)定有著極為重要的作用。農(nóng)田水利工程與農(nóng)業(yè)產(chǎn)量密切相關，提高農(nóng)田水利工程的灌溉保證率是使農(nóng)田水利工程發(fā)揮作用的重要因素，提高灌溉保證率最有效的方式是建設提水泵站。平原地區(qū)廣泛存在著中大型灌區(qū)覆蓋不到的農(nóng)田，隨著農(nóng)田水利配套設施的日益完善，越來越多的中大型灌區(qū)外的農(nóng)田采用提水泵站提高灌溉保證率。而在實際使用過程中，沿海平原地區(qū)的小型提水泵站往往在設計階段存在各種不足之處，所以對小型泵站的優(yōu)化設計勢在必行。

1 沿海平原地區(qū)水利工程中小型泵站設計要點

1.1 小型泵站的分類

根據(jù)《泵站設計規(guī)范》（GB 50265—2011）（以下簡稱《規(guī)范》）［1］中對泵站等別的描述，本文中小型泵站是指設計流量小于10 m3/s、裝機容量小于1 MW的泵站。在實際的沿海平原地區(qū)農(nóng)田水利設計工作中，泵站規(guī)模一般受流量參數(shù)控制。

小型泵站中常用的泵房為濕式泵房和干式泵房，水泵一般采用軸流泵、混流泵及離心泵。

1.2 小型泵站的設計原則

泵站設計需首先對水泵進行選型，根據(jù)揚程選用不同的泵型。在沿海平原地區(qū)的農(nóng)田水利工程中，一般根據(jù)揚程確定泵型，然后根據(jù)流量大小確定水泵數(shù)量，最后根據(jù)確定的流量揚程查水泵廠家樣本，確定水泵的具體型號。

在實際應用中，一般軸流泵選用立式泵、濕式泵室，混流泵大多采用臥式泵、干式泵室，離心泵選用干式泵室。泵室的選型應盡量減少工程投資，提高泵站建設運行維護成本。干式泵房投資小于濕式泵房，因此一般優(yōu)先考慮干式泵房。但濕式泵房的潛水軸流泵檢修特別方便，而且基層運行管理單位往往有能力自己檢修，因此，應通過綜合考慮來確定合適的泵房型式。

1.3 小型泵站的設計要點

1.3.1 水泵選型要點。在泵站設計揚程小于10 m時，一般選用軸流泵；揚程為5～20 m時，一般選用混流泵；揚程大于15 m時，一般選用離心泵。一般泵站設計流量小于1 m3/s時選用2臺，泵站流量大于1 m3/s時選用3～5臺。

在確定泵型時，水泵樣本中對應一個葉片角度、電機功率的往往有3組流量沿程，應盡量將設計流量揚程與中間的一組數(shù)據(jù)相對應，以保證水泵的設計流量盡量處于水泵的高效工作區(qū)范圍。同時，應注意在水泵的性能曲線中，對應最低啟泵水位的揚程是否能夠滿足泵站要求。在保證水泵高效率的情況下，軸流泵盡量選取低轉速泵型。

1.3.2 泵室設計要點。根據(jù)確定的泵型，選用干式泵室或濕式泵室。小型泵站設計中，干式泵室埋深一般不大于3 m，濕式泵室埋深一般不大于8 m。如果滿足不了上述要求，需綜合對比后確定泵室類型及水泵類型。

設計濕式泵室時，應先根據(jù)水源的最低取水位，基于水泵樣本確定水泵進水口高程及泵室底板高程，再根據(jù)樣本確定水泵中心離正墻距離以及同泵室內(nèi)兩水泵中心線的距離。然后在滿足各距離的要求下確定泵室的尺寸，泵室的水下容積需滿足同一進水池內(nèi)所有水泵設計流量的30～50倍，若不足，需加寬或者加長泵室。小型濕式泵室往往埋深較深，自重較大，沿海平原地區(qū)的地基承載力往往不能滿足要求，因此，需要在有地勘資料的情況下驗算地基承載力。如果滿足不了要求，一般采用粉噴樁或者灌注樁。粉噴樁投資較少，因此，一般采取粉噴樁，但在計算粉噴樁的復合樁基承載力時需注意樁本身的結構強度。

設計干式泵室時，若泵室底板高于渠道加大水位或者河道的防洪水位，應在泵室集水坑設置自流管排水。若泵室底板低于渠道加大水位或者河道的防洪水位，應采取鋼筋混凝土整體結構，并且在泵室集水坑內(nèi)設置小型排水泵。水泵的安裝高程應根據(jù)汽化壓力值減去水泵的汽蝕余量、進水管路的水頭損失、安全余量確定。泵室的寬度應能布置開水泵及閥件，泵室的長度應滿足《規(guī)范》要求進出水管路的最小間距。在小型泵站的設計中，泵室的長度往往受水泵布置的影響，即進出水管路滿足《規(guī)范》的情況下水泵不能在相鄰管路之間布置，此時應加大管路間距，并且水泵與相鄰管道之間距離應滿足運行檢修的要求。此外，泵室上往往設置泵房，因此，泵室的尺寸還應與泵房的尺寸相配套。鋼筋混凝土干式泵室內(nèi)一般設置人行通道，人行通道應避免布置在水泵及電機正上方，以免水泵及電機無法吊運。

1.3.3 進水前池、出水池及進出水管路設計要點。濕式泵房一般采用進出水池，出水管路一般比較短，干式泵房進出水管路一般比濕式泵室長。

濕式泵房根據(jù)泵站位置，進水前池分為2種。泵室放置在緊靠水源時，一般進水前池僅設置八字墻及底板。泵室放置遠離水源時，進水前池一般設置鋼筋混凝土擋墻及底板。進水前池正向布置，坡底一般按照不陡于1∶4設計，擴散角一般按不小于40°設計，并且盡量縮短進水前池長度，減少工程投資。泵室出水池一般分為正向出水和側向出水，正向出水的水流條件好于側向出水，因此盡量按正向出水布置。

干式泵房中水泵安裝高程往往高于最低啟泵水位，因此，在設計過程中往往會增加抽真空設備。離心泵后往往設置排氣閥，因此應注意排氣閥位置，切不可將排氣閥放置在閘閥上游，避免無法抽真空。同時，除特殊要求外，一般不宜在離心泵前設置閘閥，避免錯誤操作，導致水泵損壞。離心泵及小型軸流泵的進水管道設計流速一般取1.5～2.0 m/s，流速過大會急劇增加進水管道的水頭損失，降低水泵安裝高程，增加土建工程量，流速過小會加大進水管路工程量。除流速外，泵站的進出水管路也應滿足《規(guī)范》中對進出水管路的要求。如果不滿足《規(guī)范》中對進水管路的要求時，應設置下沉式進水池，將進水管路伸入進水池內(nèi)，進水池一般采用鋼筋混凝土結構，以保證其耐久性。

2 沿海平原地區(qū)小型泵站設計中常見的問題及解決方式

2.1 水的腐蝕問題

沿海地區(qū)地下水及地表水含鹽量較大，對混凝土結構及鋼結構具有強腐蝕性。在部分沿海地區(qū)，水泵運行3年，部分鋼筋混凝土已經(jīng)腐蝕剝落，未進行防護的進出水管路及井筒往往已經(jīng)銹穿，因此，沿海地區(qū)小型泵站的設計必須考慮水對混凝土及鋼結構的腐蝕問題。

鋼筋混凝土防腐一般有3種方式，分別是混凝土中添加阻銹劑、采用抗硫酸鹽水泥、混凝土迎水面刷水泥基抗?jié)B涂料。其中，抗硫酸鹽水泥價格較高，水泥基抗?jié)B涂料不能解決地下水對鋼筋的腐蝕問題，因此，實際工作中常選用阻銹劑作為鋼筋混凝土防腐的方式。

濕式泵室的立式水泵一般采用混凝土井筒替代鋼制井筒，井筒厚度一般不小于30 cm，內(nèi)圓外方，整體澆筑在泵室正墻上，并且設置水泵梁承擔井筒及水泵自重［2］。小型泵站還應注意井筒與側墻距離不宜過小，避免無法立模板。

干式泵房的進出水管路一般采用內(nèi)外防腐措施，以保證正常使用。

2.2 泥沙的磨損問題

山東省東營市灌溉水大部分取自黃河水，而黃河水泥沙含量較大，多年運行后，往往對立式水泵的軸承磨損比較嚴重，水泵出現(xiàn)嚴重的抖動，效率下降甚至不能繼續(xù)使用。因此，在泥沙含量較大的取水泵站設計中，需要增加清水潤滑系統(tǒng)，采用設置水箱、循環(huán)泵、循環(huán)管路，減少高泥沙含量的水對水泵軸承的磨損。另外，為保證水泵安全耐久，水泵葉片及泵殼均應選用不銹鋼構件。

2.3 水泵安裝高程的安全余量問題

在泵站建成運行過程中，有些泵站往往在高于最低啟泵水位時依然無法取水。經(jīng)反復驗算，發(fā)現(xiàn)在水泵安裝高程的計算方面不重視安全余量。市場水泵產(chǎn)品質量參差不齊，小廠家水泵質量往往不如大品牌水泵質量，而在實際計算過程中，設計人員往往只有品牌水泵的水泵樣本，并且部分廠家汽蝕余量存在虛標情況。因此，在計算水泵的安裝高程時，應適當加大安全余量，確保泵站在水源水位高于最低啟泵水位時即可運行，提高灌溉保證率。

2.4 水泵管路安裝問題

在工程設計過程中，應注意設計與施工相結合，水泵進出水管路法蘭應離墻邊30 cm以上，離地面應10 cm以上，以保證有足夠的安裝空間［3］。

3 結語

泵站設計中需要注意的事項比較多，本文僅列舉了實際使用過程中應注意的事項，以及沿海平原地區(qū)泵站設計中常見的問題。實際上，設計人員應嚴格按照《規(guī)范》進行設計，保證泵站建成后高效運行，保證農(nóng)田灌溉系統(tǒng)發(fā)揮出有效的作用，以促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的提高。