杭嘉湖平原圩區(qū)小型灌排結(jié)合泵站設(shè)計(jì)

丁建強(qiáng)，楊晨鋒

（湖州南太湖水利水電勘測設(shè)計(jì)院有限公司，浙江 湖州 313000）

杭嘉湖平原是浙江省最大的堆積平原，位于太湖以南，錢塘江和杭州灣以北，天目山以東，地勢極為低平，河網(wǎng)密布，有京杭大運(yùn)河穿過。杭嘉湖平原地面形成東、南高起而向西、北降低的以太湖為中心的淺碟形洼地。平原表層沉積物以細(xì)顆粒泥沙（細(xì)粉沙、粘土）為主，屬河流湖泊堆積物，其南緣屬潮灘相沉積物，土質(zhì)粗而疏松，地面缺少湖泊、水系變稀，地形相對高亢。

平原內(nèi)這種地面高程、沉積物質(zhì)地和水文狀況的差異，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、水利設(shè)施及工程建設(shè)等方面有深刻影響，區(qū)內(nèi)人口密集，生產(chǎn)要素集聚，經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快，為浙江省主要產(chǎn)糧區(qū)，在平原圩區(qū)，河流眾多，形成了錯綜復(fù)雜的水系。

小型泵站對農(nóng)田灌溉排澇發(fā)揮了重要作用，在平原區(qū)既要解決灌溉的問題，又要考慮排澇降漬的要求，使兩者有機(jī)結(jié)合，最大限度地提高機(jī)電設(shè)備的利用率，發(fā)揮水泵的最大功效，即能排水又能灌溉，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，是一個現(xiàn)實(shí)而又緊迫的問題。

由于受到水位的限制，必須在圩區(qū)渠首水源處或排水干溝出口進(jìn)入容泄區(qū)的地方根據(jù)實(shí)際情況合理設(shè)計(jì)泵站，進(jìn)行抽灌和抽排操作。在平原河網(wǎng)或沿江濱湖等低洼地區(qū)，河湖的洪水位高于地面高程，必須筑堤成圩，擋水于圩外，同時(shí)在圩堤上或堤后設(shè)置水閘（節(jié)制閘）、涵閘和泵站等，使圩內(nèi)河網(wǎng)和圩外干河能根據(jù)需要或互相溝通或互相分開，圩內(nèi)澇水視圩內(nèi)、圩外水位的變化，或開閘自流排水，或通過水泵進(jìn)行抽排，從而保證圩內(nèi)人們的正常生產(chǎn)生活，平原圩區(qū)通過上千年歷代人民的探索和建設(shè)形成了基本固定的格局。

平原圩區(qū)小型灌排結(jié)合泵站如圖1 所示。

圖1 平原圩區(qū)小型灌排結(jié)合泵站

1 灌排結(jié)合泵站運(yùn)行原理

泵站按安裝使用形式，分為固定式、半固定式和移動式3 種；按主泵的類型，分為離心泵、軸流泵和混流泵等；按設(shè)計(jì)用途，分為灌溉泵站、排水泵站、灌排結(jié)合泵站等。

為便于布置進(jìn)出水等泵站建筑物，一般采用地埋式涵管進(jìn)出水。泵站平面布置如圖2 所示。

圖2 泵站平面布置圖（堤后式）

圖2 中進(jìn)水閘1 是調(diào)節(jié)灌溉水的，排水閘3 是調(diào)節(jié)排水的。當(dāng)需要灌溉時(shí)，關(guān)閉排水閘3，開啟進(jìn)水閘1，同時(shí)，開啟灌溉出水涵管上的閘閥2，關(guān)閉排澇出水涵管上的閘閥4，啟動水泵抽水到灌溉系統(tǒng)。當(dāng)需要排澇時(shí)，關(guān)閉進(jìn)水閘1，開啟排水閘3，同時(shí)，關(guān)閉灌溉出水涵管上的閘閥2，開啟排澇出水涵管上的閘閥4，水進(jìn)入排澇進(jìn)水涵管，經(jīng)水泵抽水排至外港，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，如同時(shí)需要排澇和灌溉則必須滿足排水要求，排出的水可用于灌溉[1]。

2 灌排結(jié)合泵站設(shè)計(jì)要點(diǎn)[2-3]

2.1 泵址的選擇

灌排泵站設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是根據(jù)建（泵）站地點(diǎn)的水文、氣象、地形、地質(zhì)、水源、能源和灌排區(qū)域的社會經(jīng)濟(jì)狀況等，確定泵站的揚(yáng)程與流量，進(jìn)行機(jī)電設(shè)備的優(yōu)化選型和建筑物的設(shè)計(jì)等。

泵站的布置一般應(yīng)按“低水低排，高水高排”和“均衡布置，方便管理”的原則，并結(jié)合圩區(qū)內(nèi)外河水系經(jīng)綜合比較后確定，平原區(qū)的排水泵站宜采用堤身式，布置時(shí)宜采用正向進(jìn)水、正向出水的方式；內(nèi)外水位差較大時(shí)排水泵站及灌排結(jié)合泵站宜采用堤后式布置，并在適當(dāng)位置配套建設(shè)圩外河道水位降低時(shí)的自排設(shè)施。

選擇泵址時(shí)，地形要有利于布置泵站建筑物，工程量較小，并有利于將來擴(kuò)建及改建；泵址應(yīng)選在地質(zhì)條件較好的地點(diǎn)，盡可能避開淤泥軟土或粉細(xì)砂地層；泵址應(yīng)該既靠近水源和容泄區(qū)，又靠近灌（排）區(qū)控制高程的地方，便于提灌或提排結(jié)合。取水建筑物和泄水建筑物的位置，要選擇在河流的直段或凹岸河床穩(wěn)定（即沖刷和淤積均較?。┑暮佣?，不應(yīng)當(dāng)引起泥沙淤積、河床變形、冰凌阻塞和航道擁擠等。灌排結(jié)合泵站的水源及容泄區(qū)應(yīng)能保證提供泵站所需的流量而且水質(zhì)符合要求。應(yīng)根據(jù)有利于外水內(nèi)引和內(nèi)水外排，并兼顧灌排渠系的合理布置等要求，經(jīng)綜合比較后確定。

2.2 進(jìn)出管道的布置與要求

按使用要求渠道分為排渠、灌渠、灌排兩用渠等，小型泵站進(jìn)出水一般采用地埋式涵管結(jié)構(gòu)，管道布置需考慮如下因素：便于交通，灌排方便；有利于提高灌排水質(zhì)量；節(jié)約土地，維護(hù)管理工作簡單等。

進(jìn)出水采用地下涵管有利于減少地面蒸發(fā)，節(jié)約灌溉用水，灌水效率高，不占地，節(jié)省了明渠的維修養(yǎng)護(hù)，灌水與其他田間作業(yè)可以同時(shí)進(jìn)行，有利于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化等優(yōu)點(diǎn)，具有節(jié)水、節(jié)地、節(jié)能、易管理、省工省時(shí)等綜合優(yōu)勢。

灌溉進(jìn)水涵管一般埋深較深，應(yīng)滿足枯水期最低運(yùn)行水位時(shí)的引水要求，同時(shí)為防止砂石草木等雜物進(jìn)入管道，進(jìn)口應(yīng)設(shè)置攔污柵。

排澇進(jìn)水涵管一般排澇時(shí)水位較高，涵管埋深可適當(dāng)抬高，以降低施工難度，但必須滿足排澇下限水位時(shí)（最低運(yùn)行水位）水泵排澇流量的要求。同時(shí)進(jìn)口應(yīng)設(shè)置攔污柵，防止漂浮物進(jìn)入管道。

灌溉出水涵管一般高程較高，應(yīng)能保證自流灌溉到田面。涵管埋深應(yīng)滿足拖拉機(jī)等耕作機(jī)械耕作時(shí)不致被壓壞，并要求埋設(shè)在凍土線以下，從一個管道向2個以上的管道分水時(shí)必須設(shè)置分水井，井中設(shè)插板閘門，分水井的主要作用是分配水量和控制水位。

排澇出水涵管一般埋深較淺，但需滿足埋深要求，管徑滿足排澇出水流量要求即可。

由于進(jìn)口采用攔污柵，影響水流流速，在相同流量情況下，灌溉與排澇進(jìn)水涵管應(yīng)比灌溉與排澇出水涵管孔徑相應(yīng)增大。

2.3 進(jìn)出水池的布置要求

水泵中專門為水泵而修建的水池稱為進(jìn)水池，對于小型泵站，流量較小時(shí)，前池可省略，前池和進(jìn)水池合二為一。進(jìn)水池一般可采用矩形空箱式進(jìn)水池。進(jìn)水池的尺寸、形狀、水泵在池中的位置，應(yīng)滿足進(jìn)水池中流水流態(tài)良好的要求，進(jìn)水池作為泵站泵房的基礎(chǔ)，空箱式濕室泵房結(jié)構(gòu)剛度大，能適應(yīng)軟基一定程度的沉陷，抗震性能好，機(jī)組布置緊湊，水泵進(jìn)水條件較好。

壓水池（出水池）一般為矩形，其容積根據(jù)調(diào)節(jié)流量要求及池內(nèi)分水閘門與運(yùn)用要求確定，池頂高程由灌溉出水涵管要求的水頭加超高要求確定，與外港相通時(shí)則還應(yīng)滿足外港承泄區(qū)洪水位加超高要求。

壓水池如連接2 條以上灌溉出水涵管，則各出水涵管入口處均應(yīng)設(shè)置閘門，如從壓水池側(cè)壁開口連接出水涵管，設(shè)插板式閘門，池頂應(yīng)覆蓋防護(hù)設(shè)施，并設(shè)警示標(biāo)志。

2.4 水泵選型

按水泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程的不同，可采用軸流泵、混流泵、離心泵等。水泵的性能基本相同，根據(jù)揚(yáng)程、流量、功率、效率、轉(zhuǎn)速以及允許吸上真空高度等基本參數(shù)要求選擇合適的水泵類型。

水泵選型原則：必須滿足設(shè)計(jì)流量和設(shè)計(jì)揚(yáng)程的要求，使水泵工作點(diǎn)盡量落在高效區(qū)內(nèi)，水泵建站投資和設(shè)備功率最小，機(jī)組盡量選用同型號的水泵，臺數(shù)最好不少于2 臺，一機(jī)多用，灌排兩用，根據(jù)圩區(qū)規(guī)模和需水情況、圩區(qū)排澇面積大小、水泵啟動功率及變壓器大小、動力設(shè)備與土建投資等要求選定水泵臺數(shù)。出口采用拍門斷流的水泵應(yīng)選用開啟角度大、水頭損失小、止水效果好、關(guān)閉撞擊力小的新型輕質(zhì)材料拍門或采取其他技術(shù)措施增大開啟角度、減小撞擊力。

2.5 水泵安裝高度的確定

水泵安裝高度指水泵葉輪中心至進(jìn)水池最低水位間的垂直高度，合理確定水泵的安裝高度，能夠保證水泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)。防止氣蝕，是水泵設(shè)計(jì)和使用中的一個重要問題。灌溉水泵一般按枯水期低水位控制水泵的安裝高程，排澇水泵按最低運(yùn)行水位控制水泵的安裝高程。灌排結(jié)合時(shí)，應(yīng)同時(shí)滿足兩者的要求，平原圩區(qū)一般枯水期低水位控制水泵的安裝高度。

2.6 地基與基礎(chǔ)處理

平原地區(qū)泵站位于湖沼堆積平原上，區(qū)域內(nèi)地勢平坦，河網(wǎng)密布，覆蓋著第四紀(jì)松散沉積物，成因復(fù)雜，巖相多變。

由于小型泵站一般為輕型結(jié)構(gòu)，根據(jù)實(shí)測與計(jì)算，完建期的最大地基應(yīng)力一般不超過60～70 kN/m2，一般土層可滿足要求。淤泥質(zhì)土可采用木樁、預(yù)制方樁等小型樁基進(jìn)行地基處理，以防止地基沉降和滿足泵站承載力要求。

2.7 其他要求

灌排兩用泵站一般需設(shè)置管理房，加工房按需配置，但不得影響泵房的正常使用。泵站一般配備電子防盜設(shè)備，對機(jī)電設(shè)備和門窗進(jìn)行全方位監(jiān)控。設(shè)備報(bào)警需達(dá)到室內(nèi)和遠(yuǎn)程報(bào)警要求，有條件的泵站可與當(dāng)?shù)嘏沙鏊?lián)網(wǎng)。

水泵門、窗需滿足建筑防盜要求，水泵管理范圍原則上要求不小于50 m2，因地制宜進(jìn)行綠化美化，四周設(shè)置通透式防護(hù)圍欄。

線路敷設(shè)要求：電源進(jìn)線采用鋼管埋地暗敷引入，照明支線采用PVC 電線管暗敷，動力用電線路采用明線線槽接入，確保接地。

管理制度要求：泵站設(shè)置統(tǒng)一的泵站銘牌，泵站概況、操作制度等必須上墻，發(fā)放泵站證，標(biāo)準(zhǔn)化管理。

3 結(jié)論

本文扼要介紹了杭嘉湖平原圩區(qū)灌排結(jié)合泵站設(shè)計(jì)的幾個要點(diǎn)，即灌排結(jié)合泵站的作用與控制運(yùn)行原理、泵址的選擇、進(jìn)出水管道的布置、進(jìn)水池及出水池的布置要求、水泵選型及水泵安裝高度的確定、地基與基礎(chǔ)處理等，同時(shí)對水泵進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度和管理，本文也提出了一些看法，對平原地區(qū)相類似的小型灌排結(jié)合泵站設(shè)計(jì)具有一定的借鑒意義。