城市防洪排澇泵站設(shè)計的問題分析

(東莞市運(yùn)河治理中心，廣東 東莞 523000）

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大量的人口涌入城市去尋求更好的發(fā)展機(jī)遇，城市聚集了大量的人口。一個城市的市容市貌、基礎(chǔ)建設(shè)的好壞決定了該城市的宜居程度，是本城市居民工作、學(xué)習(xí)、生活以及城市可持續(xù)建設(shè)發(fā)展的基礎(chǔ)。近些年來，暴雨、臺風(fēng)、海嘯等自然災(zāi)害發(fā)生的頻率越來越高，給城市造成洪澇災(zāi)害。如果城市的防洪排澇體系建設(shè)不夠完善，存在疏漏，那么在洪澇產(chǎn)生的時候就會對該城市產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，嚴(yán)重影響居民的正常工作生活。因此，為了消除城市發(fā)展的制約因素，加快城市的經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展，就要著重關(guān)注城市防洪排澇基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)?；诖耍疚尼槍Ξ?dāng)前城市防洪排澇設(shè)計的相關(guān)問題進(jìn)行分析，提出關(guān)于城市防洪排澇泵站的設(shè)計以及管理的可行性建議，從而改善城市的防洪排澇體系，保證城市在洪澇災(zāi)害產(chǎn)生時的安全，保障城市居民的正常工作生活，進(jìn)而為城市的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展保駕護(hù)航。

1.城市防洪排澇泵站的設(shè)計前提背景知識

1.1 城市防洪排澇泵站設(shè)置位置。設(shè)置站點(diǎn)要考慮整體的城市水環(huán)境治理，一方面大多要靠近該城市天然內(nèi)河、市政排污出口；另一方面大多設(shè)置在工廠排污出口或城市排水出口與外河外江的連接處。結(jié)合該城市原有排水系統(tǒng)規(guī)劃布置進(jìn)行站點(diǎn)位置選擇。

1.2 城市防洪排澇泵站運(yùn)行機(jī)制。正常情況下，當(dāng)城市內(nèi)的水涌量高于江河水位線時，關(guān)閉防洪排澇泵站，使得城市內(nèi)水流自然流出；當(dāng)暴雨或者汛期時，外部江河的水位也會上升，當(dāng)關(guān)閘水位與其等同于，城市積水涌入泵站前池，此時水流量開始頻繁工作，抽排水量；當(dāng)非暴雨期、非汛期時，涌入泵站前池的水則會自然干涸。

1.3 防洪排澇泵站每年的運(yùn)行工作時間相對短暫集中，只有在該城市進(jìn)入雨期、汛期、臺風(fēng)天氣時才會啟動運(yùn)行，我國城市多在赤道以北，因此，啟動的時間多集中于5 月至10 月。每次啟動運(yùn)行時間為4 天至8 天，每年的累積運(yùn)行時間不會超過一個月。

1.4 防洪排澇泵站在施工建設(shè)時要保證避開暴雨期汛期，要保證施工過程中不會發(fā)生洪澇災(zāi)害，要在枯水期完成泵站主體結(jié)構(gòu)的工程建設(shè)，枯水期差不多在11 月至來年的4 月。

2.城市防洪排澇泵站設(shè)計方案制定

2.1 泵站工程結(jié)構(gòu)設(shè)計

防洪排澇泵站的主泵房的進(jìn)水結(jié)構(gòu)主要包含泵站前池和進(jìn)水池。同時進(jìn)水池結(jié)構(gòu)前面要設(shè)計閘門檢修以及清污設(shè)備。還要配備泵機(jī)室以及出水箱，為了后期的維修管理，設(shè)計相對應(yīng)的辦公房以及配電室。下圖1 為某市防洪排澇泵站的工程布置示意圖。

圖1 某市防洪排澇泵站的工程布置示意圖

2.2 泵站工程方案設(shè)計

2.2.1 工程參數(shù)選定。某泵站預(yù)計1780kw 功率的總裝機(jī)需要4 臺，排水量流量設(shè)計為20.76m3/s，表1 為該泵站工程的基本設(shè)計信息統(tǒng)計。

表1 泵站工程基本信息統(tǒng)計表

2.2.2 泵站的水泵型號選定原則。1）所需水泵必須滿足排水量設(shè)計值、凈揚(yáng)程設(shè)計值以及不同情況下的排水要求。2）揚(yáng)程設(shè)計時水泵要設(shè)計在高校區(qū)工作運(yùn)行，當(dāng)揚(yáng)程值在最大值和最小值時，水泵都能夠安全工作運(yùn)行。3）科學(xué)選定裝機(jī)的數(shù)量，根據(jù)防洪排澇的水流量以及整個城市的系統(tǒng)調(diào)度安排，主泵臺設(shè)計在3 至10 臺最為適宜。4）泵機(jī)的選擇還要綜合滿足經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，即整個泵站的投資要求，同時功率盡量小。5）還要考慮后期泵站的運(yùn)營維修，因此在泵機(jī)選用時，優(yōu)先選用同一型號，便于后期的維修以及綜合利用。下圖2 為某工程防洪排澇泵站機(jī)組設(shè)計現(xiàn)場示意圖。

圖2 某工程防洪排澇泵站機(jī)組設(shè)計現(xiàn)場示意圖。

2.2.3 泵站進(jìn)水池設(shè)計。防洪排澇泵站通常設(shè)置在該城市天然河道的出江口，因此，為了減少泵站進(jìn)水池的建設(shè)工程，可以根據(jù)該建設(shè)的天然河沖溝的容積以及面積進(jìn)行設(shè)計，再結(jié)合實際的排水量進(jìn)行適當(dāng)?shù)募由罨蛘呒訉挼姆桨冈O(shè)計。尺寸的最終設(shè)計根據(jù)該原定的排流量進(jìn)行具體計算，本文工程排流量設(shè)計值為20.76m3/s，最終的泵站進(jìn)水池尺寸為50 倍的排流量設(shè)計值。根據(jù)機(jī)器設(shè)備的使用說明說以及泵站規(guī)范的相關(guān)要求，水泵的運(yùn)行與電機(jī)的運(yùn)行要至少間隔5 分鐘，啟動運(yùn)行不可太過于頻繁。當(dāng)暴雨汛期洪澇災(zāi)害發(fā)生時，為了保證泵機(jī)設(shè)備的使用安全，避免損失和多次維修，進(jìn)行進(jìn)水池的設(shè)計時，要保證單臺機(jī)組5 分鐘的運(yùn)行容積。

2.2.4 泵站防洪排澇水位設(shè)計。管渠水位是泵站水位的最高值，因此防洪排澇水位設(shè)計最大值的設(shè)計選定要依據(jù)管渠水位，最適宜的設(shè)計高度應(yīng)比頂部低20cm 至30cm。根據(jù)上文提到的泵機(jī)啟動運(yùn)行要求，5 分鐘左右啟動一次，當(dāng)管渠水位的高度達(dá)到一定量時，要提前啟動一臺泵機(jī)，即提前5 分鐘啟動泵機(jī)，然后依次啟動運(yùn)行其余泵機(jī)。當(dāng)水位達(dá)到某個設(shè)計適宜值時，此時泵站所有水泵均在工作運(yùn)行狀態(tài)，此時排水體系也在同步工作，這樣形成一個科學(xué)合理的抽水、排水的運(yùn)行狀態(tài)，使得整個泵站的排洪防澇處于正常工作狀態(tài)。

2.2.5 泵站防洪排澇揚(yáng)程設(shè)計。水泵設(shè)計的基本參數(shù)即揚(yáng)程設(shè)計，該設(shè)計參數(shù)包含揚(yáng)程設(shè)計值、揚(yáng)程最大值以及揚(yáng)程最小值三個指標(biāo)。這都是根據(jù)該泵站選擇的泵機(jī)轉(zhuǎn)速、功率、型號等指標(biāo)記性計算。揚(yáng)程設(shè)計值計算公式是內(nèi)江與外江的水位差再加水力損失值。揚(yáng)程最大值即內(nèi)江最低水位與外江最高水位之間的水位差再加上水力損失值得到的揚(yáng)程值。揚(yáng)程最小值的作用為，當(dāng)設(shè)計防洪排澇站進(jìn)行洪水排流時，為了提高排流能力，降低防洪排澇成本，從而設(shè)置閘門，當(dāng)內(nèi)江水位高于外江水位時，打開閘門，利用水勢高低自然排水，當(dāng)閘門關(guān)閉時出現(xiàn)的揚(yáng)程值即為最小值。

2.2.6 泵站防洪排澇排流量設(shè)計。在整個防洪排澇站設(shè)計的過程中，醉的影響因素為排流量，不僅影響泵機(jī)型號、功率、臺組的選定，還會影響泵站因地制宜制定排洪方式，前水池容積、排水標(biāo)準(zhǔn)等。因此，在進(jìn)行城市的泵站防洪排澇設(shè)計時，要根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡貏莸孛病⑺臈l件、氣候條件因地制宜的進(jìn)行調(diào)研和分析，結(jié)合歷年的防洪排澇情況接力制定排流量，調(diào)節(jié)當(dāng)?shù)氐呐藕槟芰Α?/p>

2.3 泵站工程消防設(shè)計

泵站在非暴雨期、非汛期，不需要防洪排澇工作時，處于停止工作狀態(tài)，這個時間段，由于機(jī)器長期閑置，線路容易老化，一旦發(fā)生電線電纜的故障，容易引起火災(zāi)，再加上泵站位置偏遠(yuǎn)，當(dāng)在夜間時更難以及時發(fā)現(xiàn)險情并且排除救援隊員進(jìn)行撲救。泵站周圍可能會有工業(yè)廠房的布置，為了降低火災(zāi)損失，泵站內(nèi)要設(shè)計自動報警裝置。在選擇自動滅火裝置時要考慮資金投入以及實際泵站需求，氣體類滅火裝置資金投入多，后期維護(hù)貴，再加上泵站功率范圍并未大功率，在進(jìn)行消防設(shè)備選擇時可以考慮干式絕緣變壓器、電動機(jī)選用高壓異步、同時機(jī)具設(shè)備盡量選擇用油量少的設(shè)備。通過設(shè)備選用消防功能的機(jī)具設(shè)備來提高消防的水平，避免產(chǎn)生火災(zāi)等危害。

3.結(jié)論

綜上，本文對城市防洪排澇泵站的設(shè)計進(jìn)行了研究和分析，闡述了泵站設(shè)計的原則，對泵站設(shè)計方案進(jìn)行梳理，主要介紹了泵站的結(jié)構(gòu)設(shè)計、主要參數(shù)設(shè)計，包括泵站泵機(jī)機(jī)組的選定、揚(yáng)程設(shè)計值、排流量、進(jìn)水池尺寸的設(shè)計問題，最后進(jìn)行泵站小風(fēng)設(shè)計問題的分析。本文通過進(jìn)行泵站防洪排澇設(shè)計方案的問題分析，為其他的城市泵站設(shè)計提供了可行性的參考意見，有利于城市在汛期、暴雨期的洪水排流，降低城市經(jīng)濟(jì)損失，保障居民正常的工作生活、促進(jìn)城市的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展。