泵閘工程在排水除澇體系中的應(yīng)用研究

韋珍娟

（廈門市市政工程設(shè)計(jì)院有限公司,福建 廈門 361000）

泵閘工程在排水除澇體系中發(fā)揮著排澇、引水和水資源調(diào)度的綜合功能。關(guān)于水閘、泵站樞紐的布置方式,一般有分建和合建兩大類[1]。泵閘工程由于將水閘和泵站統(tǒng)一進(jìn)行考慮,其規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行涉及到的影響因素更為復(fù)雜,對(duì)流態(tài)穩(wěn)定和施工條件要求也更高。本文以廈門翔安機(jī)場(chǎng)—大嶝北部片區(qū)排水除澇體系泵閘工程為例,系統(tǒng)梳理泵閘工程不同布置形式、選址條件等比選分析要素。

1 工程概況

翔安機(jī)場(chǎng)位于廈門市翔安區(qū)大嶝島境內(nèi),通過填海造地建設(shè)4 條跑道及配套航站樓,包括倉(cāng)儲(chǔ)及物流用地等。整個(gè)運(yùn)行區(qū)域的防洪除澇安全是保證機(jī)場(chǎng)建成后正常運(yùn)行的基本條件。廈門翔安機(jī)場(chǎng)二級(jí)排水系統(tǒng)的主要任務(wù)是通過排洪渠（溝）的整治和新建滯洪區(qū),包含新建護(hù)岸、河道清淤、新建泵閘,形成較為完善的排水除澇體系,以提高整體的排水除澇、蓄滯洪能力,達(dá)到保證廈門翔安機(jī)場(chǎng)—大嶝北部片區(qū)安全的目的。工程位置和二級(jí)排水工程見圖1、圖2。

圖1 項(xiàng)目所在地坐標(biāo)圖

圖2 流域面積及工程位置示意圖

2 泵閘工程研究

2.1 站址選擇

大嶝北部片區(qū)站址的選擇擬定以下三種選址方案以供比選。

方案一：在5 排洪渠出海口處新建泵閘

方案二：在舊站址處擴(kuò)建?，F(xiàn)狀1#和2#擋潮排澇泵閘閘孔寬度僅為2.0 m,水閘設(shè)計(jì)流量為16.1 m3/s,兩座泵站排澇流量均為3.15 m3/s,需拓寬至設(shè)計(jì)要求。

方案三：增大機(jī)場(chǎng)南部規(guī)劃1#或2#泵閘規(guī)模。

三種方案比選過程見表1。

表1 泵閘站址方案比較表

經(jīng)比選,方案一可增加調(diào)蓄水體的庫(kù)容,外側(cè)利用泵閘的攔擋潮水,5 排洪渠可采用堤防20 年一遇不超過控制水位的設(shè)計(jì)澇水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè),而不是按照海堤的標(biāo)準(zhǔn)200 年一遇防潮標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè),防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)降低將大大減少5 排洪渠的工程投資,進(jìn)出渠排水順暢,經(jīng)綜合分析考慮,本次將擬建的泵閘布置在5 排洪渠入?？谔?。

2.2 泵閘總體布置

2.2.1 泵閘站軸線布置

考慮到與5 排洪渠護(hù)岸的順接,以及建成后與周邊道路、景觀等的協(xié)調(diào),采用泵閘橫軸線與海堤軸線平行、縱軸線與河道縱軸線垂直的軸線布置方案,在進(jìn)水口兩側(cè)設(shè)置導(dǎo)流墻。

2.2.2 泵閘型式比選

方案一：分離式泵閘布置

排澇方式采用水閘和泵站分離式布置,即在河道的截面處設(shè)置水閘,在水閘一側(cè)或者兩側(cè)布置泵站。

方案二：一體化泵閘布置

一體化泵閘是將潛水泵安裝在閘門上,使水閘和泵站合二為一的裝置。當(dāng)內(nèi)河水位（水泵側(cè)）高時(shí),開啟閘門,內(nèi)河的水通過重力自流到外河；當(dāng)內(nèi)河水位低,外河（拍門側(cè)）水位高時(shí),關(guān)閉閘門,啟動(dòng)水泵,內(nèi)河水被泵送至外河。

兩種閘型示意見圖3,圖4,詳細(xì)比對(duì)見表2。

圖3 分離式泵站布置形式圖

圖4 一體化泵站布置形式圖

表2 泵閘型式比選表

經(jīng)比較,閘門和水泵分開布置便于安裝檢修,設(shè)備類型與機(jī)場(chǎng)南部規(guī)劃的2座泵閘型式一致,便于運(yùn)行管理,工程投資較一體化泵閘布置節(jié)省1250 萬元,本次泵閘型式推薦采用傳統(tǒng)的分離式泵閘布置。

2.3 水閘布置

根據(jù)閘址所處河道的地形及地質(zhì)情況,水閘布置在5 排洪渠主河槽段,閘室底板采用平底板型式,以達(dá)到最大程度行洪目的。閘址處上下游河道底高程為-1.40 m～-1.5 m,考慮內(nèi)河側(cè)及外海側(cè)泥沙淤積等因素,并與外海順暢銜接,最終確定閘底檻高程-1.5 m,過水總凈寬按照不小于15 m、并考慮到平板閘門凈寬、孔數(shù)要求,擬定新建水閘孔數(shù)和單孔凈寬有2 種方案進(jìn)行比較,2 種組合方案為：方案一,3 孔5.0 m,閘室總寬19.5 m,閘底高程-1.5 m；方案二,5 孔3.0 m,閘總寬21.9 m,閘底高程-1.5 m。根據(jù)上述方案,分別進(jìn)行調(diào)蓄計(jì)算,推求沿河各個(gè)控制斷面的設(shè)計(jì)水位。綜合設(shè)計(jì)頻率洪水閘上水位和工程可比性投資各方案指標(biāo)分析成果見表3。

表3 水閘規(guī)模及孔口尺寸方案比較表

方案一閘凈寬17.4 m,閘底高程 -1.5 m,滿足水閘的排洪擋潮規(guī)模要求,上游水位、過閘洪峰及洪水滯時(shí)均較為合適,工程性價(jià)比較高；方案二,閘凈寬同方案1,河底高程為-1.5 m,因中墩較多,造成閘門泄洪能力下降,上游水位與方案一相比較抬高明顯,工程效果較差,雖然墩墻量和基礎(chǔ)開挖量減少,但是底板過高會(huì)造成樁基量增加,其投資反而比方案一增加；且相應(yīng)增加了閘墩量和啟閉機(jī)數(shù)量,工程投資偏大,同時(shí)閘孔過多不利于管理。

經(jīng)綜合比較,方案一投資相對(duì)較少,上游水位較合適,總體較優(yōu),故推薦方案一,即3 孔,單孔寬5.0 m。

2.4 泵站布置

泵房分為主泵房和安裝間。主泵房順?biāo)飨蜷L(zhǎng)12.20 m,垂直水流向長(zhǎng)28.35 m。機(jī)組泵房底板高程-3.90 m,水泵層高程0.10 m,電機(jī)層高程7.00 m,泵房進(jìn)口墩頂部高程4.4 m。泵站進(jìn)口設(shè)置攔污柵和檢修閘門,進(jìn)口平臺(tái)設(shè)移動(dòng)式電動(dòng)葫蘆啟閉。泵房?jī)?nèi)設(shè)橋機(jī)一臺(tái)。安裝間為單層廠房結(jié)構(gòu),順?biāo)飨?2.0 m,垂直水流向長(zhǎng)度10.0 m,安裝間地面高程4.4 m,為地下室結(jié)構(gòu)。安裝間外回車場(chǎng)地面高程4.4 m,回車場(chǎng)與大堤頂部采用長(zhǎng)約70 m的進(jìn)場(chǎng)公路連接。

副廠房單獨(dú)布置在水閘啟閉房上游側(cè)閘墩頂上,地面高程為4.4 m。副廠房主要布置電容器、高、低壓配電設(shè)備及中控室等設(shè)施。根據(jù)使用和設(shè)備布置要求確定副廠房進(jìn)深為8.3 m。副廠房橫軸線方向的長(zhǎng)度根據(jù)各功能布置要求確定為22.15 m。

3 結(jié)語

泵閘工程的整體布置和選址對(duì)整個(gè)樞紐和排澇體系的運(yùn)行效果至關(guān)重要,同時(shí)內(nèi)部泵站和水閘的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案亦關(guān)系到閘站運(yùn)行的匹配度。在總體布置和選址中要綜合考慮防洪影響、施工難易、進(jìn)出水流態(tài)及工程總投資。通過對(duì)廈門翔安機(jī)場(chǎng)—大嶝北部片區(qū)排水除澇體系泵站工程的應(yīng)用研究和梳理,能夠?yàn)轭愃茀^(qū)域水環(huán)境治理和規(guī)劃泵閘工程提供借鑒。