城市排澇泵站規(guī)模規(guī)劃與可行性研究

劉梓初

【摘要】確定排澇泵站的規(guī)模是城市排澇工程規(guī)劃設(shè)計的重點，合理確定泵站規(guī)模不僅關(guān)系到城市防洪安全，還影響排澇工程的投資和運行效益，因此本文對城市排澇泵站規(guī)模規(guī)劃與可行性進行了探討研究。

【關(guān)鍵詞】排澇泵站；規(guī)模規(guī)劃；可行性分析

1、排澇泵站規(guī)模的規(guī)劃方法

1.1 排澇泵站規(guī)模的主要指標

排澇泵站規(guī)模指標包括設(shè)計流量、裝機容量、特征水位、特征揚程等，但其中影響規(guī)模最重要的指標是設(shè)計流量，所以本文主要討論排澇泵站設(shè)計流量的確定方法。

1.2 排澇泵站設(shè)計流量的確定方法

按照《水利工程水利計算規(guī)范》（SL 104）規(guī)定，排澇泵站設(shè)計流量應通過排水要求的計算確定，具體分為以下3種情況：（1）將澇水直接排至河道的規(guī)劃泵站應通過河道設(shè)計排水流量的計算來確定；（2）澇水先經(jīng)河道自流或通過內(nèi)排站排至蓄澇區(qū)，再由規(guī)劃泵站排到承泄區(qū)，應根據(jù)設(shè)計暴雨及蓄澇區(qū)入流過程線的調(diào)蓄計算結(jié)果，取最大出流量為泵站設(shè)計流量的依據(jù)；（3）規(guī)劃泵站兼有澇區(qū)澇水和蓄澇區(qū)積水的排放時，應按照先排澇區(qū)、后排蓄澇區(qū)的原則分別計算排水流量，并以流量計算最大者作為泵站的設(shè)計流量依據(jù)。河道設(shè)計排水流量可按排水模數(shù)法、排澇期平均排除法以及產(chǎn)匯流推演法進行計算；而利用河道涌容進行調(diào)蓄時，可采用調(diào)蓄演算法進行計算。無論采用哪種方法，都無法回避標準的選用以及各種計算方法的選擇問題。由于水利部門和城建部門排澇標準的出發(fā)點不同，前者適于排澇面積較大水系或河涌，設(shè)計暴雨重現(xiàn)期為10年一遇24h暴雨3d排除；后者適于排水面積較小的區(qū)域，如城市雨水管道排水系統(tǒng)的設(shè)計，設(shè)計暴雨重現(xiàn)期為1～2年，降雨歷時分為5～120min九個時段。由于暴雨樣本選樣及重現(xiàn)期上的差別較大，排澇計算結(jié)果必然會有較大差異。而不同計算方法適用范圍與條件不同，計算出的峰值流量也會有較大差別，如推理公式法與毛雨概化峰值法在計算10km2以內(nèi)面積區(qū)域時峰值流量差別可能會達到1倍以上。采用水文計算時同樣會有這個情況，平均排除法與平湖法計算出的排澇流量可能相差5倍。因此，在規(guī)劃排澇泵站規(guī)模時必須弄清項目的使用條件和范圍，如推理公式法適于樹葉型分布區(qū)域，毛雨概化峰值法適合有魚塘、水田等錯峰蓄水的地類。還有一種情況是排澇區(qū)域同時有城區(qū)和農(nóng)田時，不能簡單地把兩類區(qū)域流量疊加作為排澇泵站的設(shè)計流量，而應分別確定兩個地類的排澇標準，再分別計算兩個地類在設(shè)計標準下的排澇流量，取兩者之和作為規(guī)劃區(qū)域排澇泵站的設(shè)計流量。

1.3 排澇泵站設(shè)計流量計算方法應用

某河涌匯水面積18.53km2，排澇標準為10年一遇24h設(shè)計暴雨1d排完。洪峰流量計算結(jié)果為：采用綜合單位線法計算洪峰流量為81.74m3/s，推理公式法計算洪峰流量為76.8m3/s，毛雨概化法計算洪峰流量為70.55m3/s，可見這幾個結(jié)果偏差不太大。水文計算結(jié)果如下：比降法計算排澇流量為47m3/s，平湖法計算排澇流量為40m3/s，平均排除法計算排澇流量為18.53m3/s。這幾個計算結(jié)果中平均排除法得到的規(guī)劃流量明顯偏低，這是因為平均排除法僅以總水量平均排除，而不考慮內(nèi)河涌水位對致災效果的影響，所以偏差較大；平湖法假定澇區(qū)內(nèi)的河涌為一個湖，然后根據(jù)總水量平衡的原理確定河涌水位的變化，以此判斷排澇方案是否滿足設(shè)計要求，但沒有考慮水流流動時水面線的比降，所以計算結(jié)果偏小，但已比平均排除法合理得多；比降法考慮了水流流動時水面線的比降，更接近實際排澇過程，因而計算結(jié)果最合理。

2、排澇泵站的可行性分析

2.1 排澇泵站的可行性分析方法

排澇泵站的可行性分析內(nèi)容包括工程投資、運行費用、工程效益等方面的內(nèi)容，而比較的前提是必須進行多方案比較，也包括與同類工程的比較。制定多個方案，目的是從不同的方案中選擇最佳方案。與同類工程比較，可以體現(xiàn)規(guī)劃工程的水平在同類工程中處于什么地位，是否具有先進性和創(chuàng)新性。工程投資是可行性分析的重要內(nèi)容，一般采用排澇泵站單位流量或單位裝機容量進行計算，但這種方法較為粗糙，在可行性研究階段應以初步設(shè)計成果，并按照相關(guān)標準進行逐項計算，精確度較之前高出不少。運行費用一般采用年運行費用，包括直接年運行費用和間接運行費，前者包括動力費、維修保養(yǎng)費、行政管理費、觀測與試驗研究費、其他費用幾項，后者主要是固定資產(chǎn)折舊。排澇泵站的工程效益包括直接排澇效益和間接排澇效益，前者是指泵站因排除澇水而減免的洪澇損失，后者包括減少的分洪損失、減少的防汛費用及產(chǎn)生的其他效益等。

2.2 排澇泵站的可行性目標與優(yōu)化方法

從經(jīng)濟角度考慮，排澇泵站建設(shè)的目標應當使總投資最小化，而要減少排澇泵站規(guī)模（裝機容量），可以充分利用河道涌容進行調(diào)蓄，這就需要在設(shè)計暴雨條件下使河道設(shè)計水位不超過控制水位，而河道設(shè)計水位與河道涌容、泵站設(shè)計流量有關(guān)。

假定排澇泵站機組單機的設(shè)計流量為（m3/s），裝機容量為（kW），機組共臺，河道最大蓄水容積與水泵啟動時的蓄水容積分別為、（單位均為m3），單位機組和渠道投資分別為、（單位均為萬元/臺），則排澇泵站優(yōu)化設(shè)計目標可用以下關(guān)系式表示：

式（1）、（2）中，表示總投資，表示河道來水的過程；其中、分別表示排澇泵站機組起調(diào)與終調(diào)的時刻，也就是來水流量降到或外江水位降到自排水位以下的時刻。

利用上面的關(guān)系式可以充分協(xié)調(diào)河道涌容與排澇泵站的設(shè)計流量，以實現(xiàn)城市排澇規(guī)劃總投資的最小化。

3、結(jié)語

城市排澇泵站的規(guī)劃設(shè)計是一項比較復雜的工作，規(guī)劃設(shè)計人員在確定泵站規(guī)模時應當保持清晰的思路，正確運用規(guī)劃方法，這樣復雜的問題也可以簡化。層層推進，步步精心，再加上前后驗證和反復比較，必能得到可靠性高的規(guī)劃設(shè)計方案，從而為城市防洪排澇事業(yè)做出自己的貢獻。

參考文獻：

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