河網(wǎng)連通工程排澇泵站提升規(guī)劃整治

羅文坤

(佛山市三水區(qū)機電排灌總站，廣東 佛山 528000)

1 概 況

三水新城所在范圍現(xiàn)狀以農(nóng)田為主，是半丘陵地區(qū)，地形地貌以沖積平原和低丘為主，多水塘等低洼地，現(xiàn)狀內(nèi)部水系主要有大棉涌、高豐涌、南渦涌、大塱渦涌等，擁有較好的河涌水網(wǎng)和大面積湖塘等自然景觀，但水環(huán)境質(zhì)量不佳，各村莊零散分布其中，區(qū)域內(nèi)現(xiàn)狀建設(shè)較少、房屋低矮破舊，已不適應(yīng)新城的需要[1]。

擬通過建設(shè)高豐泵站，樞紐工程位于三水新城啟動區(qū)東南側(cè)，站南路南側(cè)出口，為控規(guī)所確定的站址，內(nèi)接擬建的大棉涌干流，外排西南涌。本工程排澇范圍由兩部分組成：一是新城啟動區(qū)內(nèi)的大棉涌排水區(qū)，面積9.684 km2；二是西南街道片區(qū)，面積11.995 km2，兩片區(qū)合共21.679 km2。排區(qū)排澇標(biāo)準(zhǔn)確定采用“10 a一遇24 h暴雨1 d排完，且內(nèi)河涌水位不超控制水位”。

通過新建高豐泵站樞紐工程，再輔助河網(wǎng)建設(shè)，增強排水區(qū)排澇能力，保障該片區(qū)防洪排澇安全。

2 流域水系概況及排水整治規(guī)劃

2.1 水系概況

水系規(guī)劃的范圍為核心區(qū)57 km?？傮w布局為：一軸(中心水軸)兩湖(北湖、南湖)、四涌(改造的大棉涌、新建河涌、大塱渦涌、寶月涌)。旱季時利用中心水軸的高水位溢流入河網(wǎng)水系，雨季時中心水軸的上游洪水經(jīng)兩湖一軸調(diào)蓄錯峰后排入河網(wǎng)水系，再自排或過排澇泵站排入西南涌[2]。

將“三水新城”區(qū)域范圍劃分為三大流域，其中新城片區(qū)位于大棉涌流域分區(qū)新城啟動區(qū)內(nèi)，規(guī)劃將現(xiàn)狀大棉涌河道在該區(qū)域進行改道后，使大棉涌水軸以南的洪水不進入“三水新城”規(guī)劃的其他區(qū)域。通過調(diào)整區(qū)域內(nèi)的河網(wǎng)水系，并在新大棉涌河口設(shè)排澇泵站，實現(xiàn)該片區(qū)內(nèi)的排澇與排水目標(biāo)。

規(guī)劃水軸將現(xiàn)狀大棉涌截斷，并通過設(shè)置節(jié)制閘及規(guī)劃水系(人工湖、河網(wǎng)水系)與水軸以外現(xiàn)狀大棉涌連通。

2.2 排水設(shè)施

(1)排水區(qū)涉及的水系主要有西南涌、高豐涌，各水系分述如下：西南涌地處北江下游，跨越佛山、廣州兩市，起點位于三水區(qū)北江大堤的西南水閘(建成于1957年)，向東流經(jīng)三水高豐，在南海區(qū)的官窯附近與蘆苞涌匯合，再向東流經(jīng)南海的和順、里水等鎮(zhèn)，于廣州白云區(qū)的鴉崗附近匯入珠江，全長41.0 km，西南涌的主要功能是為北江分洪，設(shè)計分洪流量1100 m3/s；高豐涌：高豐涌屬于大棉涌的支流，起于百旺城市政管道出水口，終點十三圍和高豐電排站，河長4.85 km，流域面積8.8 km2。流域上游為已經(jīng)建設(shè)的城區(qū)，下游屬“三水新城”區(qū)域，現(xiàn)狀為農(nóng)田與魚塘。

2.3 排澇區(qū)規(guī)劃

在尊重原有水系的原則下，保留大塱渦涌、大棉涌等水系，并以大棉涌、大塱渦涌等為主要排水通道；同時考慮河湖分離理念，大棉涌不穿越水軸，在水軸以南直接排入西南涌。結(jié)合現(xiàn)狀與規(guī)劃地形，將新城劃分為0#～4#共五個排水分區(qū)。

其中，水軸以南片區(qū)、與新城范圍線圍合區(qū)域作為 1#排水分區(qū)，此排水分區(qū)利用部分現(xiàn)狀的大棉涌及規(guī)劃改道后的大棉涌作為主要的排水通道，從而取消原有的高豐涌；1#排水分區(qū)的河網(wǎng)水系是本次可研的研究范圍。為本工程研究的區(qū)域，在改道的大棉涌末端新建高豐排澇泵站，充分發(fā)揮河道調(diào)蓄功能。

整個排水區(qū)地勢西北高，東南低，能最大限度地匯集本工程排水區(qū)澇水的地點無疑是位于主排水通道大棉涌干流排至西南涌的出口處。本工程大棉涌干流出口位于站南路南側(cè)。因此，高豐泵站站址選取站南路南側(cè)出口，且此站址也是控規(guī)所確定的泵站規(guī)劃站址。

3 排澇泵站設(shè)計

外江(西南涌)設(shè)計洪水位，采用西南涌堤防設(shè)計水面線成果，查得泵站站址處設(shè)計洪水位7.25 m。堤頂超高取1.0 m。故本工程工程范圍內(nèi)堤頂高程均按超高1.0 m設(shè)計，定為8.25 m。

區(qū)域排澇標(biāo)準(zhǔn)選取10 a一遇不受澇。《佛山市排澇規(guī)劃》中心組團片區(qū)標(biāo)準(zhǔn)為近期10 a一遇最大24 h設(shè)計暴雨1 d排完且不致災(zāi)，遠(yuǎn)期20 a一遇最大24 h設(shè)計暴雨1 d排完且不致災(zāi)[3]。

3.1 泵站工程總體規(guī)模

泵站選用4臺1800ZXB12-4.8斜式半調(diào)節(jié)軸流泵方案，配套電機功率950 kW，總裝機容量為3800 kW。

通過對涵閘過流能力、主排河涌過流能力進行計算分析，為滿足排澇(自流搶排)要求，本工程新建一座涵閘，按三孔布置，閘孔凈寬3.0 m×4.5 m，底板面高程-0.5 m，涵閘最大排水流量為113.0 m3/s。

近期為解決舊城區(qū)的排澇問題，先期實施泵站與現(xiàn)狀大棉涌的連接段，將此河段納入高豐泵站樞紐工程，從而實現(xiàn)現(xiàn)狀大棉涌與高豐泵站的連通，解決近期的排澇問題。本工程涉及河涌包括：(1)大棉涌干流(二)，沿站南路至泵站，長約700 m，面寬50 m，底坡1.0/8000。(2)大棉涌干流(一)，從南豐大道至站南路，長約1363 m，面寬46 m，底坡1.5/10 000。(3)北分流渠，南豐大道至大棉涌干流，長約994 m，面寬20 m，底坡1.0/8000。各段河涌均為復(fù)式斷面[4]。通過計算分析，在不同電排工況不同水面線下，河涌過流量及流速均滿足要求。

3.2 總平面布置

涵閘位于北側(cè)，泵站和涵閘縱軸線與大棉涌干流平行，與外江防洪堤縱軸線斜交約50.8°，涵閘位于泵站北側(cè)，涵閘與泵站縱軸線之間的距離為33.25 m。泵站主要由粗?jǐn)r污柵、清污機段、前池、泵房、出水壓力箱涵、防洪閘和上、下游連接段組成，泵房設(shè)4臺斜式軸流泵；涵閘主要由閘室、箱涵和上下游連接段組成，三孔布置，單孔凈寬4.5 m[5]；電排站與新建涵閘，涵閘與泵房之間均采用隔離島連接。確定新建涵閘和電排站的縱軸線與大棉涌干流縱軸線平行，與外江防洪堤縱軸線斜交50.8°布置。涵閘縱軸線與泵站縱軸線距離為33.25 m，兩者之間采用隔離島連接。

3.3 涵閘主要建筑物結(jié)構(gòu)布置

3.3.1 涵閘閘室

(1)閘室長度。根據(jù)防滲、穩(wěn)定、地基承載力、上部結(jié)構(gòu)(啟閉室、人行便橋)等布置的要求，同時考慮與防洪堤布置相協(xié)調(diào)，本工程涵閘閘室順?biāo)鞣较蜷L度取12.1 m。

(2)閘室寬度。根據(jù)設(shè)計過流量要求，涵閘閘室垂直水流方向三孔布置，孔凈寬3.0 m×4.5 m。邊墩厚0.9 m，中墩厚1.2 m，閘室底總寬度為17.7 m。

(3)閘室高程及結(jié)構(gòu)布置。涵閘閘室采用三孔一聯(lián)整體式底板鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。閘室底板面高程為-0.50 m，底板厚1.0 m。為增加抗滑阻力及防滲，閘底板上、下游各設(shè)一道1.0 m深的齒墻，并在閘底板上游側(cè)(外江側(cè))設(shè)置深9 m的防滲鋼板樁。為防止側(cè)繞滲，在兩側(cè)邊墩的上、下游端各設(shè)一道刺墻[5]。

為減小閘門高度，閘室設(shè)置胸墻，胸墻底高程為3.0 m，閘門孔口尺寸為B×H=4.5 m×3.5 m。設(shè)置檢修平臺，高程4.0 m；涵閘閘門及啟閉室布置在外江側(cè)，啟閉室地面高程9.45 m，布置3臺固定式卷揚提升設(shè)備。

3.3.2 箱 涵

箱涵為鋼筋混凝土整體式底板三孔箱型結(jié)構(gòu)，長103.0 m，單孔凈寬5.0 m，凈高3.5 m，底板厚0.6 m，側(cè)墻、中墻及頂板厚0.5 m。

3.3.3 后閘室

后閘室為鋼筋混凝土整體式底板三孔箱型結(jié)構(gòu)，長10.1 m，單孔凈寬4.7 m，凈高4.5 m，底板厚0.5 m，側(cè)墻厚55 cm，中墩厚90 cm，頂設(shè)人行橋，板厚40 cm，每孔留檢修閘門門槽，門槽頂設(shè)簡易提吊架，裝電動葫蘆起吊[6]。

3.3.4 內(nèi)外江連接段

涵閘內(nèi)江連接段總長78.5 m，渠底高程-0.5 m，其中靠近涵閘護坦段總長63.5 m，分為5段，每段長12.7 m，采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，板厚0.5 m；其余長15 m，采用40 cm厚干砌塊石護底，下鋪15 cm厚的砂石墊層，面層采用C20素混凝土15 cm厚護面。兩岸邊墻采用鋼筋混凝土懸臂式擋墻結(jié)構(gòu)，擋墻頂高程3.0 m。連接箱涵段底板設(shè)置排水孔和反濾體[6]。

涵閘外江連接段由消力池段和海漫段兩部分組成。消力池段長20.0 m，池底高程-1.4 m，底板厚度0.7 m，為鋼筋混凝土護坦結(jié)構(gòu)，底板進口與前閘閘室底板之間采用1∶4斜坡段相連。邊墻采用鋼筋混凝土懸臂式擋墻，墻頂高程4.0～8.2 m。消力池后為海漫段，渠底高程為0 m，護底干砌石厚40 cm，下鋪15 cm厚的砂石墊層，面層采用15 cm厚C20混凝土護面。海漫末端設(shè)置拋石防沖槽。

4 泵站機組方案論證

4.1 泵站基本參數(shù)

充分考慮泵站輸水管線以及各部分的沿程和局部損失，各供水部分的基本參數(shù)如表1。

表1 泵站基本參數(shù)

4.2 泵站機組設(shè)備選擇

按照本工程流量49.5 m3/s，凈揚程6.11 m左右的條件，本工程為低揚程大流量的泵站工程，適合采用軸流泵機組。軸流泵機組安裝型式有立式、臥式和斜式，而斜式機組由于安裝角度較小，其結(jié)構(gòu)更接近臥式機組，因此斜式和臥式統(tǒng)一歸屬為斜臥式。本工程可以考慮采用斜臥式機組或者立式機組。

斜臥式機組，其水力模型效率高、高效區(qū)寬，運行穩(wěn)定。進出水流道與機組布置平滑順暢，管路損失小，裝置效率高。配套電動機功率較小，長時間運行綜合耗電量較小，節(jié)能效果明顯[7]。機組設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便，技術(shù)成熟可靠，市場應(yīng)用廣泛，后期管理維護簡單，費用低廉。同時，斜臥式安裝的機組，主廠房開挖深度小，建筑高度小，占地面積適中，建材消耗較少，主廠房的綜合造價較低[7]。

斜臥式機組目前國內(nèi)運用較多，結(jié)構(gòu)型式有15°、30°、45°，傳動方式有直接傳動，齒輪箱減速傳動；調(diào)節(jié)方式有全調(diào)節(jié)和半調(diào)節(jié)；水導(dǎo)軸承有非金屬水潤滑軸承，油(油脂、稀油)潤滑金屬軸承，葉輪直徑從1.6～4.1 m，設(shè)計制造、加工工藝、安裝運行已日趨完善。大型斜式軸流泵由于其水力模型效率高、高效區(qū)寬，運行穩(wěn)定。進出水流道與機組布置平滑順暢，管路損失小，裝置效率高。配套電動機功率較小，長時間運行綜合耗電量較小，節(jié)能效果明顯[8]。機組設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便，技術(shù)成熟可靠等優(yōu)點，越來越受到不同用戶的高度關(guān)注，尤其是低揚程，大流量工況下，在傳統(tǒng)立式、臥式機組不適應(yīng)使用，貫流機組價格比較高的情況下，斜式機組是一種比較好的選擇[8]。

根據(jù)泵站設(shè)計規(guī)范，主泵的臺數(shù)選擇主要考慮經(jīng)濟性和運行調(diào)度靈活性，臺數(shù)宜為3～9臺，流量比較穩(wěn)定的泵站，臺數(shù)宜少。決定機組臺數(shù)的主要因素為可靠性、經(jīng)濟性與運行調(diào)度要求。選用以下泵型與臺數(shù)做機組選型方案比較：4臺1800ZXB12-4.8型斜式半調(diào)節(jié)軸流泵機組，葉輪直徑D=1800 mm，轉(zhuǎn)速n=250 r/min。

在水泵性能曲線圖上分別制作泵站管路特性曲線，求得水泵在特征揚程下的工作點見圖1。

圖1 1800ZXB12-4.8型斜式軸流泵工作性能曲線及工作點確定

5 結(jié) 論

(1)泵站主要由粗?jǐn)r污柵、清污機段、前池、泵房、出水壓力箱涵、防洪閘和上、下游連接段組成，泵房設(shè)4臺斜式軸流泵；涵閘主要由閘室、箱涵和上下游連接段組成，三孔布置，單孔凈寬5.0 m。

(2)基于建設(shè)成本績效與運行管理維護便利，本階段設(shè)計推薦選用4臺1800ZXB12-4.8斜式半調(diào)節(jié)軸流泵方案，配套電機功率950 kW，總裝機容量為3800 kW。