復(fù)式排澇區(qū)泵站規(guī)模確定
——以壽縣劉帝排澇泵站為例

張功義（安徽省六安市水利水電規(guī)劃設(shè)計院 六安 237000）

科技論壇

復(fù)式排澇區(qū)泵站規(guī)模確定
——以壽縣劉帝排澇泵站為例

張功義
（安徽省六安市水利水電規(guī)劃設(shè)計院 六安 237000）

隨著全球氣候變化加劇，我國洪澇災(zāi)害十分頻繁。為了減輕洪澇災(zāi)害，排澇工程設(shè)計在水利工程中顯得至關(guān)重要。本文以安徽壽縣劉帝排澇泵站為例，對復(fù)式排澇區(qū)的排澇泵站規(guī)模確定進(jìn)行了探討，對實際工作中的排澇泵站的設(shè)計有一定的現(xiàn)實指導(dǎo)意義。

復(fù)式排澇區(qū) 排澇流量 圩區(qū) 調(diào)蓄區(qū) 劉帝排澇站

1 引言

復(fù)式排澇區(qū)通常指排澇區(qū)中有功能不唯一的區(qū)塊，比如有圩區(qū)或者調(diào)蓄區(qū)等。這一類的排澇區(qū)泵站排澇流量計算在實際操作中較為復(fù)雜，現(xiàn)有的規(guī)范比較原則和籠統(tǒng)，設(shè)計人員基于不同的考慮，計算方法不一而足，從而導(dǎo)致排澇流量的確定有一定偏差。因此，對于復(fù)式排澇區(qū)的排澇流量推算意義顯著。

安徽省壽縣正南洼地為淮河流域重點洼地之一，位于淮河南岸的壽縣西北部，洼地面積141km2，汛期淮河遇中小洪水，水位即高出洼地地面，而且時間長達(dá)2～3個月，“關(guān)門淹”的問題十分突出。其中，劉帝排澇區(qū)內(nèi)既有圩區(qū)，又有調(diào)蓄區(qū)。本文以劉帝排澇區(qū)為例，根據(jù)工作實際，就劉帝排澇泵站如何分析計算確定泵站排澇流量，作簡要介紹，供類似復(fù)式排澇區(qū)工程參考。

2 工程概況

壽縣正南洼地排澇區(qū)集水面積大，洼地內(nèi)共有建設(shè)圩、枸杞圩、迎北圩、肖嚴(yán)圩、正陽農(nóng)場、劉帝圩和時淠圩，另有一處肖嚴(yán)湖，為正南洼地的主要調(diào)蓄區(qū)，來水面積240 km2，根據(jù)規(guī)劃共有五座排澇泵站，分別為大店二站（排澇區(qū)為建設(shè)圩、枸杞圩）、大店站（排澇區(qū)為迎北圩、肖嚴(yán)圩）、正陽農(nóng)場站（排澇區(qū)為正陽農(nóng)場）、劉帝站（排澇區(qū)為劉帝圩和肖嚴(yán)湖）和時淠站（排澇區(qū)為時淠圩）。

劉帝排澇泵站排澇區(qū)為劉帝圩和肖嚴(yán)湖。劉帝圩排澇面積8.6km2，地面高程19.50～21.00m，圩內(nèi)耕地面積1萬畝；肖嚴(yán)湖為正南洼地的天然湖泊，也是正南洼地主要調(diào)蓄區(qū)，來水面積240 km2，流域長度約40 km，平均寬度6 km，流域形狀系數(shù)0.15，流域呈斜長梨狀，縱坡比降約0.28‰。劉帝排澇站主要功能：一是利用壽縣截澇渠抽排劉帝圩的澇水，二通過正南退水渠排泄肖嚴(yán)湖汛期洪水。因此劉帝排澇泵站排澇流量應(yīng)為上述二部分的疊加，具體分析計算過程詳見以下“排澇流量的確定”。

3 泵站排澇標(biāo)準(zhǔn)及主排澇期選定

根據(jù)安徽省水利廳編制的《安徽省大型泵站更新改造“十一五”規(guī)劃報告》中“沿淮低洼地排澇標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到5年一遇以上”，結(jié)合洼地內(nèi)農(nóng)業(yè)、水利和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃的要求，因地制宜地采取“自排、滯蓄、抽排”等綜合治澇措施；加強(qiáng)管理，優(yōu)化調(diào)度，及時騰空底水，充分利用溝塘滯蓄澇水，高水高排、低水低排，盡量減輕抽排負(fù)擔(dān)等原則，最終確定劉帝泵站抽排標(biāo)準(zhǔn)采用7年一遇。根據(jù)當(dāng)?shù)乇┯晏攸c，確定劉帝排澇站的主排澇期為5～9月。

4 排澇流量的確定

4.1 肖嚴(yán)湖排洪流量的確定

4.1.1 肖嚴(yán)湖設(shè)計洪水

肖嚴(yán)湖為正南洼地最大的調(diào)蓄區(qū)，來水面積240 km2，據(jù)實測降雨統(tǒng)計，該流域最大24小時點雨量均值為100mm，Cv=0.53，最大lh點雨量均值為45.5mm，Cv=0.50，Cs為3.5Cv。根據(jù)該流域地形為丘陵區(qū)特點，采用安徽省山丘區(qū)中、小面積設(shè)計洪水計算辦法，即根據(jù)流域及暴雨特性采用納希線性瞬時單位線模型進(jìn)行匯流計算的方法，推求設(shè)計洪水，具體計算過程不再詳細(xì)贅述，計算成果詳見表1。

表1 肖嚴(yán)湖設(shè)計洪水計算成果匯總表

表2 肖嚴(yán)湖洪水調(diào)節(jié)計算成果表

4.1.2 肖嚴(yán)湖洪水調(diào)節(jié)計算及排洪流量確定

根據(jù)上述設(shè)計洪水成果及肖嚴(yán)湖的水位～庫容曲線，進(jìn)行肖嚴(yán)湖洪水調(diào)節(jié)計算，肖嚴(yán)湖的洪水調(diào)節(jié)計算采用水量平衡方程式，起調(diào)水位取22.00m。為充分利用肖嚴(yán)湖的調(diào)洪能力，減輕劉帝泵站抽排負(fù)擔(dān)，根據(jù)肖嚴(yán)湖圩堤防洪標(biāo)準(zhǔn)（20年一遇）、堤防現(xiàn)狀及歷年運(yùn)行情況，肖嚴(yán)湖堤防在23.50m以下水位基本可以安全運(yùn)行而不破圩，因此洪水調(diào)節(jié)計算中假定若干個下泄流量值進(jìn)行試算，當(dāng)來水流量小于下泄流量，按來水流量下泄；當(dāng)來水流量大于下泄流量，按假定的下泄流量值下泄，最終取肖嚴(yán)湖洪水調(diào)節(jié)計算最高水位接近23.50m的水位對應(yīng)泄流量作為設(shè)計排洪流量。計算成果詳見圖1和表2所示。

因此，取35m3/s作為肖嚴(yán)湖的向正南洼地的排洪流量。4.2劉帝圩排澇流量確定

根據(jù)劉帝圩農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)、溝塘率等基本情況，參照相關(guān)規(guī)范，分析確定設(shè)計暴雨歷時為3天，排澇歷時也為3天。并根據(jù)周邊正陽關(guān)、魯臺子、安豐塘三個雨量站實測降雨資料，推求歷年最大3天設(shè)計暴雨，并根據(jù)降雨徑流關(guān)系，確定設(shè)計凈雨R。排澇模數(shù)計算通常有平均排除法、綜合單位線法、水量平衡法和各地區(qū)中小面積設(shè)計洪水計算辦法等，鑒于劉帝圩排澇面積較小且地形平坦，采用平均排除法計算劉帝圩排澇模數(shù)，計算公式如下：

M=（ahRt+as（Pt-ET-hs）+at（Pt-ET-ht））/3.6Tt

式中：M—排澇模數(shù)（m3/s/km2）；

ah、as、at—排澇區(qū)旱地率、水田率、溝塘率；

Pt—?dú)v時為T的設(shè)計暴雨（mm）；

Rt—?dú)v時為T的設(shè)計凈雨（mm）；

E—水面日蒸發(fā)量（mm/d）；

T—澇水排除時間（d），該工程取3；

hs—水田滯蓄水深（mm）；

ht—溝塘滯蓄水深（mm）；

t—1d排澇時間，該工程取22h。

經(jīng)計算劉帝圩7年一遇的抽排排澇模數(shù)為0.5m3/s/km2，排澇面積8.6 km2，則劉帝圩設(shè)計流量為4.3 m3/s。

圖1 肖嚴(yán)湖洪水調(diào)節(jié)計算成果圖（P=5%）

4.3 劉帝站排澇流量確定

經(jīng)以上分析計算，采用線性疊加的方式確定劉帝排澇泵站排澇流量：即為確保肖嚴(yán)湖20年一遇設(shè)計洪水時圩堤安全條件下的最大排洪流量（35 m3/s）與劉帝圩7年一遇設(shè)計抽排流量（4.3 m3/s）兩部分的疊加，因此最終確定得到劉帝排澇泵站排澇流量為39.3 m3/s。

5 結(jié)束語

以上討論了復(fù)式排澇區(qū)泵站排澇流量的計算方法，在實際工作中應(yīng)注意以下幾點：

（1）準(zhǔn)確掌握排澇區(qū)的農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)、河湖及溝塘等基本情況。

（2）應(yīng)綜合考慮澇區(qū)的地形地勢、排水面積、作物種類、田間滯蓄澇水能力等因素，經(jīng)論證合理確定設(shè)計暴雨歷時、排除時間。

（3）在條件許可的情況下，盡量采用實測降雨資料。

（4）不同類型排澇區(qū)的排澇流量計算方法應(yīng)結(jié)合澇區(qū)面積、地形和河湖水系條件、下墊面類型、排水方式，分別對待。主要有平均排除法、綜合單位線法、水量平衡法和各地區(qū)中小面積設(shè)計洪水計算辦法等。平均排除法主要用于排澇面積較小的且地形平坦的排澇區(qū)，該方法計算過程較簡單，在采用平均排除法時，對自排的排澇涵閘一般不考慮溝塘及水面調(diào)蓄作用，但對抽排泵站應(yīng)充分考慮溝塘及水面調(diào)蓄作用，避免排澇泵站裝機(jī)偏大而造成不必要的浪費(fèi)；綜合單位線法適宜排澇區(qū)地形平坦且排澇面積較大的區(qū)域；水量平衡法對各種類型排澇區(qū)均可采用，但對有溝塘調(diào)蓄排澇區(qū)，該方法計算成果更精確。各地區(qū)中小面積設(shè)計洪水計算辦法主要用于地形為丘陵地貌，有天然的排水溝渠的排澇區(qū)。對同一排澇區(qū)可采用多種方法計算的，應(yīng)對每種計算方法成果進(jìn)行對比分析，分析中重點考慮本市及周邊地區(qū)已建排澇工程實際運(yùn)用情況，合理選定。實際工作中用綜合單位線法、中小面積設(shè)計洪水計算辦法計算的設(shè)計流量均為洪峰流量，如確定排澇閘及排澇泵站等建筑物設(shè)計流量時應(yīng)適當(dāng)進(jìn)行削峰處理，避免設(shè)計流量偏大造成不必要的浪費(fèi)