一體化預(yù)制泵站在城市內(nèi)澇治理中的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

蒼曉藝

【摘要】受氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)影響，城市內(nèi)澇災(zāi)害頻發(fā)。排澇泵站作為解決內(nèi)澇問(wèn)題最行之有效的途經(jīng)之一被廣泛應(yīng)用。本文以實(shí)際工程為例，提出以一體化預(yù)制泵站代替?zhèn)鹘y(tǒng)排澇泵站，解決了傳統(tǒng)泵站占地面積大、施工周期長(zhǎng)、運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜等問(wèn)題。闡述了一體化預(yù)制排澇泵站的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，對(duì)解決城市內(nèi)澇問(wèn)題具有一定的參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】一體化預(yù)制泵站；城市內(nèi)澇

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，城市的不透水地面比例呈不斷上升趨勢(shì)，若發(fā)生強(qiáng)降水或連續(xù)性降水超過(guò)城市排水能力，就會(huì)發(fā)生城市積水災(zāi)害的內(nèi)澇現(xiàn)象。城市內(nèi)澇點(diǎn)一般位于城市中心，人車(chē)流量大，建設(shè)用地緊張。因此，對(duì)排澇泵站的建設(shè)，往往有占地少、施工周期短、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，對(duì)周邊環(huán)境影響低等要求。目前，我國(guó)雨水泵站大多采用傳統(tǒng)形式泵站。傳統(tǒng)泵站的泵池為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在泵池內(nèi)安裝水泵、格柵等設(shè)備，采用人工控制或液位控制等控制模式。泵站的建（構(gòu)）筑物除泵池之外，一般還需建設(shè)配電間、值班室、控制室等附屬建筑。傳統(tǒng)泵站具有占地面積大、土建投資高、施工周期長(zhǎng)、運(yùn)行維護(hù)成本高等問(wèn)題。為解決上述問(wèn)題，采用一體化預(yù)制泵站替代傳統(tǒng)泵站。

1、一體化預(yù)制雨水泵站的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用

一體化預(yù)制泵站是集預(yù)制泵池（多為玻璃鋼材質(zhì)）、水泵系統(tǒng)、格柵除污系統(tǒng)、控制系統(tǒng)于一體，采用地埋式安裝的新型泵站。對(duì)比傳統(tǒng)的混凝土泵站，一體化預(yù)制泵站具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）占地面積少。傳統(tǒng)泵站，各種設(shè)備、附屬用房平鋪；一體化預(yù)制泵站系統(tǒng)集成度高，水泵、格柵均集中于位于地下泵池內(nèi)，地上僅有一座控制箱。相比傳統(tǒng)泵站，極大的節(jié)約了土地。

（2）建設(shè)周期短。傳統(tǒng)污水泵站為鋼砼結(jié)構(gòu)，泵站底板、池壁、頂板分步施工，澆注和養(yǎng)護(hù)需要2-3個(gè)月工期；一體化預(yù)制泵站從勘察、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)再到泵坑挖掘、安裝、測(cè)試，所用的時(shí)間約為傳統(tǒng)混凝土泵站時(shí)間的一半。

（3）對(duì)周邊環(huán)境影響小。一體化泵站采用完全地埋式安裝，安裝后不影響周?chē)h(huán)境與景觀；傳統(tǒng)泵站一般建于地上，容易破壞周邊環(huán)境的整體性。

（4）無(wú)人值守。一體化預(yù)制泵站具有智能的控制系統(tǒng)，既能人工現(xiàn)場(chǎng)操作，又能通過(guò)移動(dòng)設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控，無(wú)需人為值班看守。

基于上述優(yōu)點(diǎn)，一體化預(yù)制泵站目前在市政污水工程中得到了較多應(yīng)用。然而，由于雨水泵站具有流量變化大、瞬時(shí)流量大、揚(yáng)程小的特點(diǎn)，一體化預(yù)制泵站在內(nèi)澇治理中應(yīng)用較少。

2、一體化預(yù)制雨水泵站設(shè)計(jì)

2.1項(xiàng)目背景

項(xiàng)目位于大連市某區(qū)，該區(qū)域周邊為居住小區(qū)、學(xué)校和部隊(duì)。由于該區(qū)域地勢(shì)低洼，周?chē)潘O(shè)施不完善，雨季常有內(nèi)澇現(xiàn)象發(fā)生，影響附近居民的正常出行，本項(xiàng)目的建設(shè)旨在解決該地區(qū)的內(nèi)澇問(wèn)題。

2.2泵站規(guī)模的確定

2.2.1雨水流量計(jì)算公式及參數(shù)確定

2.2.2水量預(yù)測(cè)

根據(jù)地形及區(qū)域排水現(xiàn)狀，確定該區(qū)域匯流面積約17公頃。屋面至小區(qū)雨水管網(wǎng)內(nèi)的地面集水時(shí)間t1取為10min。小區(qū)雨水管至泵站進(jìn)水管時(shí)間，取13min。（長(zhǎng)度512m，流速0.7m/s考慮）。綜上，計(jì)算匯流時(shí)間為23min。經(jīng)計(jì)算，雨水泵站流量為1.5m3/s。

2.3泵站揚(yáng)程

本泵站出水管接入附近現(xiàn)狀雨水管線，最終排?！，F(xiàn)狀雨水管底標(biāo)高為2.45m。泵站出水壓力管為一根DN1000球磨鑄鐵管，總長(zhǎng)度約940m，流速為1.94m/s，最高點(diǎn)管底標(biāo)高7.50m。管路沿程水頭損失hL為3.68m。局部水頭損失包含進(jìn)口1個(gè)（ζ=0.5），出口一個(gè)（ζ=1.0），90°彎頭5個(gè)（ζ=0.80），總的局部水頭損失系數(shù)ζ=5.50，另外考慮30%富裕，即取ζ=7.15?？偟木植克^損失hf為1.37m。因此，出水管總水頭損失為5.05m。

泵站內(nèi)最低水位為2.72m。

雨水泵的靜揚(yáng)程HZ為7.50+1.0-2.72=5.78m；

取富裕水頭為1.0m。

水泵揚(yáng)程H=HZ+hL+hf+1.0=5.78+3.68+1.37+1.0=11.83m，取為12m。

2.4泵站工藝設(shè)計(jì)

2.4.1泵站工藝流程

進(jìn)水→配水井→格柵破碎機(jī)→潛水排污泵→出水

2.4.2配水井

目前，單座預(yù)制泵站最大設(shè)計(jì)流量一般為1.37m3/s，而本項(xiàng)目設(shè)計(jì)流量1.5m3/s，必須采用兩座預(yù)制泵站并聯(lián)，因此井筒前需設(shè)置配水井，一方面保證兩井筒配水均勻，另一方面兼做沉泥井使用，以較少井筒中的泥沙量，從而延長(zhǎng)水泵等設(shè)備使用壽命。

配水井采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)尺寸L×B×H=7.7×2.7×4.5m。

2.4.3格柵

由于雨水泵站瞬間流量大，如果采用普通格柵，需設(shè)置多個(gè)除渣機(jī)器，本次設(shè)計(jì)采用粉碎格柵機(jī)，該設(shè)備可將水中柵渣粉碎成6～12 mm的顆粒，被粉碎的柵渣與雨水混合后由水泵提升排出，這樣能保證后續(xù)泵不被堵塞，并把長(zhǎng)期的維修費(fèi)用降為最低。

本項(xiàng)目選用粉碎式格柵流量Q=27000m3/h，P=7.5KW。

2.4.4水泵

根據(jù)泵站設(shè)計(jì)流量，選用4臺(tái)潛水軸流泵，雨季全開(kāi)單泵流量為1350m3/h，揚(yáng)程為12.0m，電機(jī)額定功率109kW/臺(tái)?？紤]雨水泵每年運(yùn)行次數(shù)有限，建議選用國(guó)產(chǎn)中質(zhì)量較好的水泵，在每年雨季之前進(jìn)行全面維護(hù)。

2.4.5進(jìn)、出水管

泵站進(jìn)水管為重力管，管徑DN1200；兩座泵站出水總管管徑DN700，流速1.95m/s。單泵出水管管徑DN500。

2.5結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一體化泵站結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，每個(gè)井筒只需結(jié)構(gòu)做一個(gè)混凝土基礎(chǔ)，基礎(chǔ)直徑Φ5000。本項(xiàng)目基坑采用鋼板樁支護(hù)為主，溝槽內(nèi)明排為主的降水方式，止水支護(hù)采用選用15.0米 4#拉森鋼板樁。

2.6電氣設(shè)計(jì)

一體化泵站設(shè)備自帶控制柜，只需對(duì)泵站進(jìn)線電纜進(jìn)行設(shè)計(jì)。電纜由箱式變電站引出，穿鋼管直埋敷設(shè)至一體化泵站自帶控制箱，每座一體化泵站容量為218KW，電纜采用YJV-0.6/1kV型號(hào)電纜。

本項(xiàng)目于2017年5月開(kāi)工，2017年8月投入使用，歷經(jīng)18年8月20日特大暴雨，本泵站服務(wù)范圍內(nèi)無(wú)內(nèi)澇積水現(xiàn)象。

結(jié)論：

（1）與傳統(tǒng)泵站相比，一體化預(yù)制泵站具有占地小、施工周期短、設(shè)計(jì)施工難度低、系統(tǒng)集成度高等優(yōu)點(diǎn)，可作為排澇泵站，解決城市內(nèi)澇問(wèn)題。

（2）一體化預(yù)制排澇泵站設(shè)計(jì)重點(diǎn)是確定泵站水量及揚(yáng)程。

（3）預(yù)制雨水泵站，推薦采用粉碎式格柵除污機(jī)。

（4）多井筒并聯(lián)泵站設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮配水的均勻性。

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