防洪排澇站工程設(shè)計(jì)探討

　摘要：排澇站工程是現(xiàn)代化城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施，也是公用事業(yè)的重要組成部分，對(duì)城市防洪安全有著較大的影響。本文結(jié)合工程應(yīng)用實(shí)例，重點(diǎn)圍繞防洪治撈標(biāo)準(zhǔn)、水文計(jì)算、工程規(guī)模布置和設(shè)計(jì)計(jì)算等方面探討了防洪排澇站工程的設(shè)計(jì)工作，并提出一些見(jiàn)解，以供參考。

　　關(guān)鍵詞：排澇站；防洪標(biāo)準(zhǔn)；水文計(jì)算；排澇流量

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，政府加大了對(duì)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投資力度，各種水利設(shè)施工程數(shù)量日益增加。排澇站是城市基礎(chǔ)設(shè)施中常見(jiàn)的水工建筑物，擔(dān)負(fù)著城市防洪、排澇和供水等重任，在改善城市生態(tài)環(huán)境、確保居民日常生活和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面發(fā)揮著不可替代的作用。但目前許多泵站管理人員對(duì)于排澇站工程的設(shè)計(jì)工作并不是十分重視，加上設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中無(wú)從下手，很難抓住設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在，這就造成防洪排澇站投入使用后無(wú)法發(fā)揮出應(yīng)有的使用功能，嚴(yán)重情況下還可能出現(xiàn)嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。因此，加強(qiáng)防洪排澇站工程的設(shè)計(jì)工作就顯得十分重要了。本文通過(guò)探討防洪排澇站工程設(shè)計(jì)中各個(gè)環(huán)節(jié)的工作，希望對(duì)往后的設(shè)計(jì)工作有所幫助。

　　1確定防洪治澇標(biāo)準(zhǔn)?

泵站設(shè)計(jì)第一步就是確定防洪治澇標(biāo)準(zhǔn)與工程規(guī)模，之后才能進(jìn)行水文計(jì)算。根據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)程規(guī)范的要求準(zhǔn)確確定工程的標(biāo)準(zhǔn)和級(jí)別。有很多城市防洪工程已經(jīng)列入了前期城市水利工程規(guī)劃中，已明確工程的級(jí)別和標(biāo)準(zhǔn)，這類(lèi)工程不需要確定標(biāo)準(zhǔn)和級(jí)別，只有復(fù)核正確就可以了。

某防洪排澇站按《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-94）、《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB0286-98）、和《東莞市城市防洪規(guī)劃報(bào)告》（修編）審查意見(jiàn)，確定相應(yīng)防洪標(biāo)準(zhǔn)為50a一遇。該電排站的治澇標(biāo)準(zhǔn)為20a一遇，1d最大暴雨加1d污水量排出不淹重要建筑物高程。

　2水文計(jì)算?

水文計(jì)算一定要精準(zhǔn)，對(duì)有疑問(wèn)地方一定要反復(fù)論證，以便為確定泵站規(guī)模提供科學(xué)依據(jù)。

2.1設(shè)計(jì)排澇水量

2.1.1治澇分區(qū)與治澇標(biāo)準(zhǔn)

該電排站總匯水面積10.73km2。區(qū)內(nèi)地墊南北高，中間低，一般地面高程18.50～23.00m，該區(qū)域來(lái)水皆由城市管網(wǎng)匯入湖區(qū)內(nèi)。工業(yè)園開(kāi)發(fā)前，該區(qū)域來(lái)水采用自排、電排相結(jié)合的方式排入江。根據(jù)《東莞市城市防洪規(guī)劃（修編）》安排，為了統(tǒng)籌解決該區(qū)域治澇問(wèn)題，并提高區(qū)域的治澇標(biāo)準(zhǔn)，采取改擴(kuò)建原電排站成站閘結(jié)合的方案，集中將區(qū)域來(lái)水排入江。

2.1.2設(shè)計(jì)暴雨

移用與治澇區(qū)域鄰近的排澇站設(shè)計(jì)暴雨為治澇區(qū)設(shè)計(jì)點(diǎn)暴雨，根據(jù)排澇站設(shè)計(jì)暴雨分析成果，20a一遇最大1d暴雨量為186.8mm。

2.1.3污水量

電排站污水量為居民生活污水加工業(yè)廢水。目前，工業(yè)園下污水處理廠(chǎng)正在規(guī)劃當(dāng)中，還未建設(shè)。根據(jù)工業(yè)園區(qū)的建設(shè)規(guī)模及工業(yè)園區(qū)管委會(huì)相關(guān)部門(mén)的意見(jiàn)，在本次設(shè)計(jì)中，該區(qū)域廢污水量按10萬(wàn)m3/d計(jì)算。

2.1.4設(shè)計(jì)排澇水量

排澇區(qū)內(nèi)無(wú)流量觀(guān)測(cè)資料，設(shè)計(jì)排澇水量通過(guò)設(shè)計(jì)暴雨途徑推求。由于排澇區(qū)面積不大，區(qū)域暴雨點(diǎn)面折算系數(shù)取1.0。考慮城區(qū)房屋屋面、混凝土和瀝青路面等不透水覆蓋面面積大，綜合徑流系數(shù)取0.9；生產(chǎn)、生活廢污水按10萬(wàn)m3/d計(jì)。

電排站排澇標(biāo)準(zhǔn)為20a一遇1d暴雨一日排至不淹重要建筑物高程。20a一遇最大1d暴雨為186.8mm，相應(yīng)凈雨水量為180.39萬(wàn)m3，1d內(nèi)總污水量為11萬(wàn)m3，總水量為190.39萬(wàn)m3。考慮40萬(wàn)m3的調(diào)蓄水量后，總排水量為150.39萬(wàn)m3。計(jì)算成果見(jiàn)表1。 CAD自學(xué)網(wǎng)

表1 電排站排澇計(jì)算成果表

2.2特征水位

蓄區(qū)正常蓄水位為16.0m（景觀(guān)水位），最高蓄澇水位為17.50m，起調(diào)水位（即電排站起排水位）為16.50m，調(diào)蓄水深1.0m。

設(shè)計(jì)最高內(nèi)水位：由于區(qū)域內(nèi)調(diào)蓄較小，且區(qū)內(nèi)城市建設(shè)用地高程基本已填至19m以上，電排站最高內(nèi)水位按略高于地面高程確定，取為19.20m。 ug自學(xué)網(wǎng)

設(shè)計(jì)內(nèi)水位：根據(jù)調(diào)蓄要求，取調(diào)蓄區(qū)平均水位為設(shè)計(jì)內(nèi)水位，為16.50m。

最高運(yùn)行內(nèi)水位：取調(diào)蓄區(qū)最高蓄澇水位，為17.50m。

最低運(yùn)行內(nèi)水位：根據(jù)城市規(guī)劃及排湖要求確定，為15.00m。

防洪外水位：取相應(yīng)外江50a一遇洪水位，為22.22m。設(shè)計(jì)外水位：取排水期外江20a一遇最高3d平均水位，為21.65m。

最高運(yùn)行外水位：取相應(yīng)外江50a一遇洪水位22.22m為最高運(yùn)行外水位。

最低運(yùn)行外水位：采用起排內(nèi)水位加0.1m作為最低運(yùn)行外水位，最低運(yùn)行外水位為16.60m。特性水位見(jiàn)表2。

表2 電排站特征水位表

3工程規(guī)模和工程布置

水文計(jì)算完成后，可進(jìn)行水力學(xué)計(jì)算，計(jì)算出泵站設(shè)計(jì)排水流量，據(jù)此確定泵站規(guī)模，進(jìn)行設(shè)備選型。

3.1確定排澇流量

電排站總匯水面積10.73km2。其排水量為該治澇區(qū)域內(nèi)的雨水加污水量。據(jù)表1成果，區(qū)域內(nèi)需排水總量為150.39萬(wàn)m3，按電排站日開(kāi)機(jī)時(shí)間22h計(jì)，用平均排除法求得電排站的設(shè)計(jì)排水流量為18.99m3/s。

電排站為站閘結(jié)合工程，其調(diào)度運(yùn)行原則的確定依據(jù)為：平均湖底高程約為14.0～14.5m，根據(jù)景觀(guān)要求與市政下水管出口高程要求，湖正常蓄水位（即景觀(guān)水位）為16.5m；據(jù)水文分析，電排站出口處西江汛期平均水位約16.5m；經(jīng)綜合分析，自排閘關(guān)閘水位和電排站起排水位確定為16.5m；最高蓄澇水位為17.5m，調(diào)蓄水深為1.0m。據(jù)此，電排站的運(yùn)行方式確定為：當(dāng)外江水位低于16.5m時(shí)，由自排閘控制下泄水量等于來(lái)水量并維持內(nèi)湖水位為景觀(guān)水位16.0m；當(dāng)外江水位高于16.5m時(shí)，閘門(mén)關(guān)閉，啟動(dòng)電排站抽排來(lái)水并使內(nèi)湖水位盡可能維持在16.5m，當(dāng)來(lái)水大于排水能力時(shí)，來(lái)水滯蓄于調(diào)蓄區(qū)內(nèi)，直至最高蓄澇水位；當(dāng)外江水位在16.0～16.5m時(shí)，仍由自排閘自泄來(lái)水，以減少電排站的運(yùn)行費(fèi)用，但此時(shí)內(nèi)湖水位將超出景觀(guān)水位，由于超出較少，對(duì)景觀(guān)水位影響不大。團(tuán)購(gòu)電影票

3.2泵站規(guī)模和基本布置

按照《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/T50263-97，泵站規(guī)模屬中型，泵站等別為Ⅲ等，泵站主要建筑物級(jí)別為3級(jí)，次要建筑物4級(jí)。

電排站設(shè)計(jì)排澇流量為18.99m3/s，采用4臺(tái)1400QZB-70型潛水軸流泵，單機(jī)功率為500kW，排澇總裝機(jī)容量為2000kW，另外為湖區(qū)換水之用的提灌設(shè)計(jì)流量為2.5m3/s，采用兩臺(tái)700QZB-50型潛水泵，提灌裝機(jī)容量為320kW，電排站排、灌總裝機(jī)容量為2320kW，泵站由進(jìn)水系統(tǒng)、泵房、出水系統(tǒng)、消力池及提灌系統(tǒng)組成。進(jìn)水建筑物主要包括進(jìn)水渠、檢修閘、攔污柵、工作橋、前池等。 廢品回收加盟

　4部分要點(diǎn)計(jì)算詳解?

4.1設(shè)計(jì)揚(yáng)程計(jì)算

4.1.1泵站凈揚(yáng)程Hst

確定內(nèi)外河水位差

4.1.2裝置揚(yáng)程

1）進(jìn)口水頭損失

（計(jì)算公式查泵站設(shè)計(jì)手冊(cè)公式）

包括閘墩的水頭損失、攔污柵的水頭損失、閘門(mén)水頭損失

2）出口水頭損失

3）管道損失揚(yáng)程

4.1.3考慮出水池水位最大涌高電排出水時(shí)有一個(gè)出水涌高，出水池水位最大涌高計(jì)算如下：

1）最大水位涌高計(jì)算

式中：YM為最大水位涌高值，見(jiàn)《給排水設(shè)計(jì)手冊(cè)第5冊(cè)》（3-16）式；Q為水泵出水量，m3/s；L為出水總管長(zhǎng)度，m；A為出水池面積，m2；a為出水總管斷面積，m2；g為重力加速度，9.81m/s。

2）出水池至放流河道之間的全部水頭損失

式中：YO為出水箱涵的全部水頭損失，見(jiàn)《給排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第5冊(cè)3-17式）；V為出水總管流速，m/s；C為流速系數(shù)；R為出水總管水力半徑，m；ζ進(jìn)為出水總管進(jìn)口水頭損失系數(shù)；ζ出為出水總管出口水頭損失系數(shù)。

3）出水池最大涌水高程

Z=ZO+YM+YO（m） （3）

式中：ZO為放流河道最高水位。本工程出水池的水位涌高計(jì)算，按照調(diào)壓塔原理分析計(jì)算，確定最大涌水位高程。

泵站設(shè)計(jì)揚(yáng)程為凈揚(yáng)程Hst加上以上損失之和。

4.2進(jìn)水閘設(shè)計(jì)計(jì)算

1）進(jìn)水閘水力計(jì)算按《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（A.0.1-1）公式計(jì)算：

式中：B為總凈寬，m；Q為過(guò)閘流量，m3/s；（設(shè)計(jì)流量18.99m3/s）；σ為堰流淹沒(méi)系數(shù)；ε為堰流側(cè)收縮系數(shù)；m為堰流流量系數(shù)，取m=0.35；H0為計(jì)入行進(jìn)流速水頭的堰上總水深，m；按泵站設(shè)計(jì)內(nèi)水位，設(shè)計(jì)流量控制及泵站最低內(nèi)水位，設(shè)計(jì)流量的1/4控制，經(jīng)計(jì)算滿(mǎn)足上述條件，進(jìn)水閘底板高程13.30m，閘孔寬度3.0m。

2）閘室抗滑穩(wěn)定計(jì)算：

①抗滑穩(wěn)定按《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（7.3.6-1）公式計(jì)算，

式中：[Kc]為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)允許值；Kc為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；ΣG為全部豎向荷載之和；ΣH為全部水平荷載之和；f為基底磨擦系數(shù)。 設(shè)計(jì)學(xué)徒自學(xué)網(wǎng)

②水閘基底應(yīng)力計(jì)算按《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（7.3.4-1）公式計(jì)算。

式中：Pmax，Pmin為水閘基礎(chǔ)底面應(yīng)力的最大值或最小值，kPa；ΣM為水閘基底以上全部豎向和水平荷載對(duì)基座垂直水流向的形心軸的力矩KN?M；W為水閘基底對(duì)該面垂直水流向的形心軸的截面矩，m3。

根據(jù)進(jìn)水閘各工況驗(yàn)算閘室穩(wěn)定情況，驗(yàn)證閘室能否滿(mǎn)足抗滑要求及基礎(chǔ)能否滿(mǎn)足承載能力。

其它常用計(jì)算在給類(lèi)水力學(xué)書(shū)中都有敘述，也可參考泵站設(shè)計(jì)規(guī)范，在此就不重復(fù)介紹。

　　5結(jié)論?

防洪排澇工程設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工作，它的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，對(duì)技術(shù)要求也比較高。因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員必須掌握正確的方法，結(jié)合防洪排澇的標(biāo)準(zhǔn)，提出一套思路清晰的設(shè)計(jì)思路，并制定出科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案。同時(shí)設(shè)計(jì)人員還應(yīng)加強(qiáng)設(shè)計(jì)過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)的監(jiān)控力度，從而設(shè)計(jì)出高質(zhì)量高水平的排澇泵站。

　參考文獻(xiàn)：?

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