遼渾蒲泵站排水流量及特征水位的確定方法

孫文偉

（遼寧省營(yíng)口水文局，遼寧 營(yíng)口 115003）

1 概述

臺(tái)安縣遼渾蒲泵站地處遼寧省中部鞍山市臺(tái)安縣境內(nèi)，遼渾蒲泵站是遼寧省大型泵站之一，是以渾河及其回水支流外遼河、遼臺(tái)排干為排水河道的大型電力排灌泵站，由三界排水站、湘水排水站、郁坨子排水站、偏養(yǎng)子排水站、頭臺(tái)子排水站、兀拉排水站、竇家排水站、李套子排灌站、張臺(tái)子排灌站等9 座泵站組成，總裝機(jī)68 臺(tái)，總裝機(jī)功率11 005 kW，設(shè)計(jì)流量110 m3/s。遼渾蒲澇區(qū)總?cè)丝?0.4 萬(wàn)人，遼渾蒲泵站擔(dān)負(fù)著區(qū)域內(nèi)271.82 km2的排水任務(wù)。設(shè)計(jì)灌溉保證率75%，實(shí)際灌溉保證率為48%；設(shè)計(jì)灌溉面積1.8 萬(wàn)畝，有效灌溉面積0.8 萬(wàn)畝；設(shè)計(jì)排澇面積24.82 萬(wàn)畝，實(shí)際排澇面積24.82萬(wàn)畝；主要受益鄉(xiāng)鎮(zhèn)有韭菜臺(tái)鎮(zhèn)、高力房鎮(zhèn)和黃沙坨鎮(zhèn)，年產(chǎn)糧食1.55億kg，年產(chǎn)值49億元。

臺(tái)安縣遼渾蒲泵站9 座泵站全部列入《全國(guó)大型灌溉排水泵站更新改造規(guī)劃》進(jìn)行更新改造。截至目前，其中三界排水站、郁坨子排水站、兀拉排水站、張臺(tái)子排灌站、湘水排水站和頭臺(tái)子排水站等6座泵站已更新改造完成，本次設(shè)計(jì)只需對(duì)剩余偏養(yǎng)子排水站、李套子排灌站和竇家排水站等3 座泵站進(jìn)行更新改造設(shè)計(jì)。

2 工程等級(jí)劃分及防洪標(biāo)準(zhǔn)

2.1 工程等別

根據(jù)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB5065-2010），遼渾蒲泵站規(guī)模為大（2）型，泵站等別為Ⅱ等。

本工程只對(duì)偏養(yǎng)子排水站、李套子排灌站和竇家排水站進(jìn)行更新改造，根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2017）和《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50265-2010），并結(jié)合3 座泵站的設(shè)計(jì)流量、裝機(jī)容量和排澇面積（見(jiàn)表1）可知，偏養(yǎng)子排水站主要建筑物級(jí)別為3級(jí)，次要建筑物級(jí)別為4級(jí)，臨時(shí)性建筑物級(jí)別為5 級(jí)；李套子排灌站主要建筑物級(jí)別為3級(jí)，次要建筑物級(jí)別為4級(jí)，臨時(shí)性建筑物級(jí)別為5級(jí)；竇家排水站主要建筑物級(jí)別為4級(jí)，次要建筑物級(jí)別為5 級(jí)，臨時(shí)性建筑物級(jí)別為5 級(jí)。同時(shí)根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，泵站穿堤建筑物級(jí)別不低于所在堤防等級(jí)（見(jiàn)表2），因此偏養(yǎng)子排水站出水池級(jí)別為2級(jí)；李套子排灌站穿堤涵級(jí)別為2級(jí)。

表1 遼渾蒲泵站設(shè)計(jì)流量和裝機(jī)容量匯總表

2.2 防洪標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50265-2010）可知，偏養(yǎng)子排水站設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇，校核防洪標(biāo)準(zhǔn)為100 年一遇，偏養(yǎng)子排水站出水池設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇，校核防洪標(biāo)準(zhǔn)為200 年一遇；李套子排灌站設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇，校核防洪標(biāo)準(zhǔn)為100 年一遇，李套子排灌站穿堤涵設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇，校核防洪標(biāo)準(zhǔn)為200 年一遇；竇家排水站設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為20 年一遇，校核防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。

根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL303-2017）和工程實(shí)際情況，偏養(yǎng)子排水站臨時(shí)工程導(dǎo)流建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇，李套子排灌站臨時(shí)工程導(dǎo)流建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)為5 年一遇，竇家排水站臨時(shí)工程導(dǎo)流建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)為5年一遇。

2.3 排澇標(biāo)準(zhǔn)

考慮到工程所在范圍的重要性，并根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50288-2018）和區(qū)域?qū)嶋H情況，確定遼渾蒲泵站排澇標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇。

3 排水流量確定

3.1 排澇面積復(fù)核

根據(jù)遼渾蒲泵站安全鑒定中的排澇面積，對(duì)比《臺(tái)安縣治澇現(xiàn)狀及規(guī)劃布置圖1∶50 000》，各站排澇面積都沒(méi)有變化。同時(shí)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查詢問(wèn)，水、旱田的面積并無(wú)大的變化，基本維持原狀。本次排澇面積復(fù)核仍按原排澇面積復(fù)核其排水流量。

3.2 設(shè)計(jì)排水流量

根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50288-2018）及遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院編制完成的《遼寧省治澇規(guī)劃報(bào)告（含田間配套工程）》，結(jié)合我省實(shí)際情況，采用10 年一遇24 h 降雨旱作區(qū)2 d排除、水稻區(qū)3 d降雨3～5 d排除的排澇標(biāo)準(zhǔn)對(duì)排澇規(guī)模進(jìn)行復(fù)核。

設(shè)計(jì)排澇歷時(shí)T取2（3～5）d，計(jì)算排澇模數(shù)如下：

（1）平原區(qū)旱地設(shè)計(jì)排澇模數(shù)計(jì)算公式：

式中：Mh為旱地設(shè)計(jì)排澇模數(shù)，m3/（s·km2）；R 為歷時(shí)為T(mén) 的設(shè)計(jì)暴雨所產(chǎn)生的凈雨，mm；T 為澇水排出時(shí)間，d。

（2）平原區(qū)水田設(shè)計(jì)排澇模數(shù)計(jì)算公式：

式中：Ms為水田設(shè)計(jì)排澇模數(shù)，m3/（s·km2）；Rs為水田需要排除的澇水深，mm；PT′為歷時(shí)為T(mén)′的設(shè)計(jì)暴雨，mm；hs為水田滯蓄水深，mm，我省為30 cm；f 為歷時(shí)為T(mén) 的水田滲漏量，mm，一般采用1.0～2.2 mm/d；E為水田日蒸發(fā)量，mm，一般采用4～6 mm。

（3）平原區(qū)旱地和水田綜合設(shè)計(jì)排澇模數(shù)計(jì)算公式：

式中：Mz為綜合設(shè)計(jì)排澇模數(shù)，m3/（s·km2）；Ah為旱地面積，km2；As為水田面積，km2。

根據(jù)《遼寧省治澇規(guī)劃報(bào)告（含田間配套工程）》，參照渾河右岸澇區(qū)遼中澇片10年一遇旱田排水模數(shù)0.39 m3/（s·km2）及10 年一遇水田排水模數(shù)0.24 m3/（s·km2）計(jì)算各泵站設(shè)計(jì)排水流量。計(jì)算成果見(jiàn)表3。

表3 泵站設(shè)計(jì)排水流量表

由遼渾蒲泵站原設(shè)計(jì)資料、安全鑒定資料、1∶5萬(wàn)規(guī)劃圖與近期規(guī)劃設(shè)計(jì)流量對(duì)比可知，近期規(guī)劃設(shè)計(jì)流量小于建站時(shí)設(shè)計(jì)流量，經(jīng)綜合考慮，本次設(shè)計(jì)采用建站時(shí)設(shè)計(jì)流量（見(jiàn)表4）。

表4 遼渾蒲泵站設(shè)計(jì)流量對(duì)比表 m3/s

4 特征水位的確定

4.1 進(jìn)水池設(shè)計(jì)運(yùn)行水位

4.1.1 偏養(yǎng)子排水站進(jìn)水池設(shè)計(jì)運(yùn)行水位

偏養(yǎng)子排水站推求進(jìn)水池設(shè)計(jì)水位，選取排澇區(qū)內(nèi)地面低洼處，本設(shè)計(jì)選取2處地面低洼處，分別位于孫家房身村北側(cè)和引渠渠首（大高村南側(cè)），地面高程分別為4.94 m和5.36 m，引渠長(zhǎng)8.90 km。排水溝按四級(jí)布設(shè)，起點(diǎn)水位低于地面0.30 m。排水溝過(guò)橋損失為0.05 m，農(nóng)溝比降1/2000，斗溝比降1/3000，支渠比降1/4000，干溝比降1/5000，計(jì)算至站前水位，具體成果見(jiàn)表5。

表5 偏養(yǎng)子排水站設(shè)計(jì)水位推求表

由表5 可知，排除澇區(qū)澇水推求到站前水位最低為2.70 m，經(jīng)綜合考慮，本次改造偏養(yǎng)子排水站進(jìn)水池設(shè)計(jì)運(yùn)行水位為2.70 m。

4.1.2 李套子排灌站進(jìn)水池設(shè)計(jì)運(yùn)行水位

李套子排灌站推求進(jìn)水池設(shè)計(jì)水位，選取排澇區(qū)內(nèi)地面低洼處，本設(shè)計(jì)選取4處地面低洼處，分別位于引渠渠首（大柳樹(shù)村東側(cè)）、水灣子村北側(cè)、郭印子村東側(cè)和水灣子村南側(cè)，地面高程分別為5.64、4.49、4.79 和4.26 m，引渠長(zhǎng)7.55 km。排水溝按四級(jí)布設(shè)，起點(diǎn)水位低于地面0.30 m。排水溝過(guò)橋損失為0.05 m，農(nóng)溝比降1/2000，斗溝比降1/3000，支渠比降1/4000，干溝比降1/5000，計(jì)算至站前水位具體成果見(jiàn)表6。

表6 李套子排灌站設(shè)計(jì)水位推求表

由表6 可知，排除澇區(qū)澇水推求到站前水位最低為3.35 m，經(jīng)綜合考慮，本次改造李套子排灌站進(jìn)水池設(shè)計(jì)運(yùn)行水位為3.35 m。

4.1.3 竇家排水站進(jìn)水池設(shè)計(jì)運(yùn)行水位

竇家排水站推求進(jìn)水池設(shè)計(jì)水位，選取排澇區(qū)內(nèi)地面低洼處，本設(shè)計(jì)選取2處地面低洼處，分別位于吳家窩棚村南側(cè)和引渠渠首（西螞蚱廟村南側(cè)），地面高程分別為5.95 m 和7.58 m，引渠長(zhǎng)5.45 km。排水溝按四級(jí)布設(shè)，起點(diǎn)水位低于地面0.30 m。排水溝過(guò)橋損失為0.05 m，農(nóng)溝比降1/2000，斗溝比降1/3000，支渠比降1/4000，干溝比降1/5000，計(jì)算至站前水位，具體成果見(jiàn)表7。

表7 竇家排水站設(shè)計(jì)水位推求表

由表7 可知，排除澇區(qū)澇水推求到站前水位最低為4.76 m，經(jīng)綜合考慮，本次改造竇家排水站進(jìn)水池設(shè)計(jì)運(yùn)行水位為4.65 m。

4.2 進(jìn)水池最低運(yùn)行水位

泵站進(jìn)水池最低運(yùn)行水位是按排澇區(qū)大部分耕地的平均高程減去水、旱田適宜地下水埋深，再減0.20 m，同時(shí)考慮水泵運(yùn)行時(shí)要求的最低水位[1～3]，經(jīng)綜合確定排水站最低運(yùn)行水位（見(jiàn)表8）。

表8 排水站進(jìn)水池最低運(yùn)行水位成果表

4.3 進(jìn)水池最高運(yùn)行水位

進(jìn)水池最高運(yùn)行水位是泵站排澇區(qū)允許最高澇水位的要求推算到站前的水位[4～7]，同時(shí)考慮到引渠最高水位的要求，具體成果見(jiàn)表9。

表9 排水站進(jìn)水池最高運(yùn)行水位成果表 m

4.4 出水池運(yùn)行水位

出水池運(yùn)行水位根據(jù)泵站實(shí)際多年觀測(cè)水位確定，結(jié)果見(jiàn)表10。

表10 泵站出水池運(yùn)行水位 m

5 結(jié)語(yǔ)

臺(tái)安縣遼渾蒲泵站是以渾河及其回水支流外遼河、遼臺(tái)排干為排水河道的大型電力排灌泵站，必須保障控制區(qū)域內(nèi)的排澇得到有效地解決[8、9]，使其達(dá)到設(shè)計(jì)排澇標(biāo)準(zhǔn)，為當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)快速發(fā)展提供保障。