城市雨水泵站設計問題研究

摘要：雨水泵站設計的好壞對泵站今后長期正常運轉起著決定性的關鍵作用，且雨水泵站的設計比較復雜，其投資在整個雨水工程中所占的比例較大。本文分析了雨水泵站雨水量的確定，雨水泵的選擇及雨水泵站設計中應注意的問題。

關鍵詞：泵站；設計；水利工程

1 引言

設計雨水管渠時，應盡可能重力排除雨水，但在平原地區，因地勢平坦，雨水管渠起點距河道較遠，管渠埋深較大，施工困難，雨水排出口管渠的水位較洪水水位低，或受海潮影響，不得不修建雨水泵站。雨水泵站設計的好壞對泵站今后長期正常運轉起著決定性的關鍵作用，且雨水泵站的設計比較復雜，其投資在整個雨水工程中所占的比例較大。如果設計不合理，所造成的浪費是無法補救的。

在平原型城市，由于其河道水體的水位較高，一般都采用泵排模式將城市區域內的雨水通過水泵將其排入河道水體。相應地，處于管網末端的雨水泵站應有城市防汛排澇的功能。為保證泵站運行的安全可靠性，雨水泵站常規的建設模式都采取“地上式”的方式:即格柵間、水泵電機間、泵站變配電間以及值班室等均設置在地面以上，以保證泵站的安全性。但泵站上部建筑因其專業特點(泵站本身也具有一定的噪聲，會產生臭氣)，較難與周邊環境相融合，因而常規的地上式泵站對周邊環境會產生一定的影響。隨著城市經濟的發展，人們對環境的要求愈來愈高，要求將泵站埋設于地下的呼聲也愈來愈多。

2 設計資料收集

在我國，工廠雨水泵站及排出管的位置可以設在廠區內，也可以設在廠區外。市政雨水泵站位置應根據市政規劃及設計需要而定。在雨水泵站及排出管的位置確定后，以1∶500或1∶1000的比例測量廠站的地形，并提出鉆探深度及征地要求。其測量范圍應根據泵站及附屬構筑物所需占地面積的大小而定，一般不宜小于泵站面積的四倍。而對雨水管及泵站排出管的測量范圍可以采用沿管道中心線兩側各20~30m。

雨水泵站設計前還應注意的另兩個主要因素是:準確的設計計算降雨強度;雨水排出口處的河、渠水文資料的可靠性、準確性。否則整個設計將建立在不可靠的基礎上，從而造成浪費。如某國外設計單位對洛陽澗河及洛河的水文地質資料了解不深入、不準確，該雨水泵站建成四十多年以來從未使用過，雨水一直從岔道排走，造成了不應有的浪費。

3 工藝流程

目前我國工廠及城市雨水泵站流程一般都采用以下方式:

雨水干管→格柵間→進水管→雨水調節池→雨水泵站→水泵壓力出水管→出流井(或緩沖池)→排水管(渠)→出口翼墻(有時還設有防洪閥門)→水渠→河流或海洋。

以上流程并不是一成不變的，可以根據每個地區的具體情況合并或減少。如格柵間、雨水調節池均可設在雨水泵站內，合并成一個構筑物。如遇高潮位及洪水位時，可設計成岔道，當中低潮位(中低洪水位)時自流排入水體，而在高潮位(高洪水位)時，用水泵將雨水排入水體。一般雨水泵站的平面布置比較緊湊，排水量大，故多采用軸流泵。這樣一來，設置格柵時，除了要考慮便于清理外，還應使進水穩定，不要造成漩渦，保證水泵在高效段運行穩定。

4 雨水量的計算

雨水量的計算要求準確，過大會造成浪費，過小會造成事故。如北京東郊某廠，由于設計計算降雨強度偏低，造成13000m2的廠房被淹，積水深達0.3m使該廠全面停產。雨水泵站的設計水量應和全廠或城市雨水管網的設計同時進行，必要時應考慮發展，設計時，除了根據廠區及城市雨水排水總干管的設計流量來進行設計外，還應用全部管網處于壓力流時的流量來校對。同時應考慮以下因素:

廠區或城市的地形及廠區或城市是否允許短時間內積水;降雨量是變量，雨水量波動較大，設計時應考慮初雨、小雨、中雨及暴雨的雨水水量的排除；廠區或城市雨水管網中都有一定數量被污染的廢水排入。如排入的生產廢水量不超過雨水量的8%，設計時可不考慮。如大于雨水量的10%，設計流量則應包括該流量。

5 雨水泵的選擇

國內大、中型雨水泵站，大多選擇軸流泵。據了解，上海地區雨水泵站多年運轉情況是，泵站中雨水泵的運轉時間一般為1 h左右，最長時間也不超過3天，而一年內水泵僅在雨季運轉，故一般不考慮經常電費。但必須保證所選用的每臺水泵在任何情況下都能及時運轉，在地面不積水的原則下，水泵運轉時間宜長。為了適應雨量變化的要求，雨水泵宜選擇多臺大、中或中、小型水泵組合，建議采用設計雨水量的1/2、1/3及1/4的組合。其中兩臺或一臺小泵宜選用無極變速電機或可調整葉片的軸流泵，使水泵可以利用電機變速或調整葉輪角度來調整水量，以便減少水泵臺數，使水泵使用率提高，運轉靈活，并可節約投資。

由于雨水泵流量大、功率高，故雨水泵站(包括土建及配套電器和設備、道路等)的一次投資高。建議所選用的雨水泵不得少于2臺，也不宜多于5臺。

當雨水泵的流量確定后，還要確定水泵的揚程。每臺泵單獨運轉時，有一定的啟止水位。如需另一臺泵參加運轉時，則另有啟止水位。雨水泵的啟動及停止一般是按積水深度來確定的。故第一臺水泵及第二臺水泵之間應有不同的啟止水位，但啟動及停止水位差不宜過大，通常在0.3~0.6m之間。

雨水泵揚程應根據水泵第一次啟動水位與壓力出水管標高差再加上所需的自由水頭和局部阻力來確定，并應用水泵停止水位來復核。

如果降雨歷時短而雨水徑流量集中，這時雨水管內易形成壓力流，那么所選雨水泵的臺數宜少，泵的流量大，否則，所選雨水泵的臺數宜多一些。單臺雨水泵的流量宜小一些。在選擇雨水泵的數量時，除了按設計流量考慮外，尚需考慮初雨及非暴雨的雨量的排除。水泵宜選用同一型號。當水量變化較大時，應考慮水泵大小搭配，但型號不宜過多，或采用可調速電機。不設備用泵。當有條件設置一定容量的雨水調節池時，可適當減少水泵數量。

6 雨水泵站設

雨水泵站應根據選用水泵的型號及規格，設計成干室淹設式。如水泵臺數為3臺及3臺以下，應采用圓形，如水泵臺數超過3臺，則宜采用矩形。水泵站內集水池的有效容量的計算應從全部水泵中的最低啟動水位計算到所有水泵中的最高停止水位。但不得小于全部水泵1分鐘的流量。如有生產廢水排入雨水泵站，則集水池內應考慮防腐措施。電機間的標高應高于最高水位0.5 m以上。集水池底標高根據水泵樣本和吸水喇叭口的要求確定。水泵壓力出流管在穿墻時應水平設置，并予埋套管，同時考慮減小轉動軸不平穩而產生的應力。應采用柔性接頭。水泵間除考慮水泵的布置外，還應考慮設置小泵排水，檢修場地。

7 地下式雨水泵站設計中值得注意的問題

地下式泵站因將變配電間、格柵間等均設置于地下，應選用性能可靠、運行穩定的設備，以盡可能減少設備維修的工作量。

必須安裝臭氣處理設施。目前，在國內真正實現嚴格的雨、污分流的地區極少。

地上式雨水泵站因進水簾格井升至地面上，環境空氣擴散條件較好，產生的臭氣較易擴散。地下式雨水泵站因進水簾格井位于地下空間，空氣擴散條件差，H2S、CO等有害氣體易積聚，為保護泵站管理人員的安全、降低酸性氣體對設備的腐蝕程度，必須保證地下空間內的空氣質量。

在地下的格柵間、污水截流泵房等處須設臭氣處理設施。

位于地下的格柵間與變配電間、風機房應完全分開，并單獨設置出入口，以免格柵間內產生氣體腐蝕電氣設備。應盡量提高沉井內部的電纜預留孔標高。建議電纜敷設采用“上進上出”的方式，以確保變配電間、風機房等生產用房的安全性。建議選用電機位于頂端的移動懸吊葫蘆抓爪式格柵除污機，并盡量提高格柵間內的配電箱、控制箱等的防護等級，最好采用IP68。從而保證即使在超標暴雨、集水井水位超過地下一層平臺的情況下，格柵除污機等設備也能正常工作。要根據所選設備對檢修的不同要求，分別考慮不同設備的檢修面。雨水泵、變壓器等大型、較重、檢修幾率較小的設備可考慮采用汽車吊裝的方式，為此，泵站道路設計中應考慮汽車吊設備的進出;對于變配電間、風機房內如控制柜、配電柜、風機等設備，可通過設備吊裝孔上所安裝的電動葫蘆進出。拍門、污水泵等重量較輕的設備則通過手拉葫蘆進行檢修。

參考文獻

[1]GB/T50265-97，泵站設計規范[S].

[2]丘傳忻.泵站[M].北京:中國水利水電出版社，2004.