一體化泵閘在福州內(nèi)河水系治理中的應(yīng)用

宋建大

(福州市水環(huán)境建設(shè)開發(fā)有限公司 福建福州 350001)

0 引言

福州市中心城區(qū)共有大小河道67條，主要承擔(dān)城區(qū)排澇、景觀的雙重功能。整個(gè)內(nèi)河水系呈樹枝狀，北高南低，西高東低，主河道均為由北向南流入閩江。隨著近年社會(huì)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展，各河道均受不同程度的污染，其中黑臭河道27條。為此，福州市全面開展了內(nèi)河水系綜合治理工程，通過清淤、截污、補(bǔ)水等措施解決河道水質(zhì)黑臭的問題，目前已初見成效。但在維持河道水質(zhì)長期可靠穩(wěn)定的問題上，由于受閩江潮水頂托以及內(nèi)河形狀的影響，存在許多河道上下游河底標(biāo)高接近，河水流速緩慢，水動(dòng)力不足，河水長期在某一區(qū)域內(nèi)滯留，造成水質(zhì)容易受影響等情況出現(xiàn)。為了解決河道水流不暢、流速過慢的問題，提高河道的水動(dòng)力，讓河道形成單向流，提高水環(huán)境容量，同時(shí)考慮到福州市城區(qū)水系周邊土地資源緊張等問題，本次內(nèi)河水系治理過程中，全國范圍內(nèi)首次引入一種新型設(shè)備一體化泵閘智能系統(tǒng)，徹底解決了土地資源緊張情況下提高河水流速、增強(qiáng)水動(dòng)力的問題。同時(shí)，下游水位較高的情況下，利用該泵閘及時(shí)抽排，對解決局部流域內(nèi)澇也發(fā)揮了積極作用。

1 一體化泵閘簡介

1.1 一體化泵閘理念

一體化泵閘是將水泵安裝在閘門上，閘門和水泵合二為一的一體化裝置。當(dāng)上游水位高時(shí)，開啟閘門，上游水自流至下游；當(dāng)上游水位低，下游水位高時(shí)，關(guān)閉閘門，啟動(dòng)水泵，上游水被泵送至下游。其運(yùn)行原理如下[1-3]:

正常狀態(tài)下，泵閘閘門開啟，水通過重力自流。工作狀態(tài)下，泵閘閘門關(guān)閉，啟動(dòng)水泵排水如圖1～圖2所示。

圖1 正常狀態(tài)下工作原理圖

圖2 工作狀態(tài)下工作原理圖

1.2 一體化泵閘構(gòu)造

一體化泵閘系統(tǒng)和傳統(tǒng)泵站系統(tǒng)類似，主要有以下設(shè)備組成：軸流水泵、一體化閘門、啟閉機(jī)、格柵除污機(jī)(自動(dòng)或人工)，液位傳感器、電氣控制系統(tǒng)，還可配置疊梁閘、拍門泥漿泵等設(shè)備。安裝在閘門上的軸流泵，是一款大流量低揚(yáng)程的水泵，帶有自清潔葉片及無堵塞性能。同時(shí)，安裝水泵的閘門也是經(jīng)過專門的特殊設(shè)計(jì)，除了最基本的密封擋水功能外,它還具有承受水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的載荷以及在泵閘開啟過程中平衡性特點(diǎn)。

1.3 一體化泵閘運(yùn)行工況

根據(jù)設(shè)計(jì)要求及工況的不同,安裝在閘上的水泵有臥式安裝、立式安裝及液壓缸3種形式，如圖3所示。為了滿足不同河道寬度及流量的設(shè)計(jì)要求,閘門和水泵的配置型式有如下兩種：①1個(gè)閘門配1臺(tái)水泵；②1個(gè)閘門配2臺(tái)水泵。同時(shí)，根據(jù)河寬的不同可以設(shè)置2～3個(gè)閘門。

圖3 3種泵閘安裝形式

1.4 一體化泵閘與傳統(tǒng)泵閘比較

(1)增大河道水動(dòng)力，形成單向流

泵閘一體可以使河道形成單向流，當(dāng)下游水位低時(shí)，開閘放水；當(dāng)下游水位高時(shí)，開泵排水。在內(nèi)外水位持平的情況下，也可通過開泵抽排增加水動(dòng)力。

(2)節(jié)約土地

由于一體化泵閘只有泵閘、拍門等設(shè)備，沒有配電室也可直接設(shè)置在閘室上，所有設(shè)備均可布置在河道里。與傳統(tǒng)泵站閘門相比，沒有另設(shè)排水泵站等，占地面積僅為傳統(tǒng)泵閘2/3，且基本不占用河道外土地，從而減少了征地拆遷成本。

(3)節(jié)省投資

泵閘一體，可整體調(diào)運(yùn)安裝，檢修方便，節(jié)省了另設(shè)泵房及附屬設(shè)備等投資，設(shè)備成本可降低1/3。

(4)運(yùn)行費(fèi)用低

高度集成化，節(jié)約大量配件，大大降低了泵閘的維護(hù)費(fèi)用。

(5)運(yùn)營維護(hù)方便

操作簡單，設(shè)備少，管理方便。安裝液位系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)無人值守。

2 工程實(shí)例陸莊河泵閘工程

陸莊河北接白馬河，南入新西河，全長1km，兩側(cè)駁岸已建設(shè)完成，左岸為道路，右岸為10m的沿河綠化帶，水體渾濁，河道流速較慢，污泥淤積，屬于較為黑臭河道之一。經(jīng)過清淤、截污管施工后，基本消除了入河污染源。但由于白馬河和新西河都有閩江補(bǔ)水，陸莊河兩端受補(bǔ)水頂托，上下游水位長期持平，水流流速低，水動(dòng)力不足。同時(shí)，陸莊河沿河兩岸均為靠駁岸居民小區(qū)，場地狹窄，不具備采用傳統(tǒng)泵閘建設(shè)的條件。為此，采用一體化泵閘進(jìn)行建設(shè)。

2.1 工程概況

該泵閘工程補(bǔ)水規(guī)模為2.88m3/S，采用液壓缸形式，共設(shè)置3個(gè)渠道，共3個(gè)泵閘，一閘配一泵，每個(gè)閘板長×高×厚分別為2m×5.62m×1m，每臺(tái)泵流量0.96m3/S，揚(yáng)程2m，液壓站功率11kW。工程整體呈長條形，東西長9.2m，南北長35.3m，首尾設(shè)置檢修疊梁閘，中間設(shè)置泵閘，泵閘前端設(shè)置可開啟機(jī)械格柵除污機(jī)。

2.2 泵閘建設(shè)

(1)基礎(chǔ)施工

首先在上下游各設(shè)置一道沙袋圍堰，圍堰間設(shè)置DN1000導(dǎo)流管，基礎(chǔ)采用DN600高壓旋噴樁，樁長10.8m，支護(hù)樁采用高壓旋噴樁加拉森鋼板樁結(jié)構(gòu)，樁長20m，支護(hù)樁及基礎(chǔ)樁經(jīng)樁基承載力檢驗(yàn)合格后，進(jìn)行基坑開挖，達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后進(jìn)行墊層、底板施工、鋼筋綁扎及混凝土澆筑。基礎(chǔ)施工的關(guān)鍵控制點(diǎn)，在于對深基坑的位移持續(xù)監(jiān)測、基坑內(nèi)支撐體系監(jiān)測、地下水位控制。

(2)主體施工

底板混凝土達(dá)到強(qiáng)度后，進(jìn)行翼墻及閘墩等結(jié)構(gòu)鋼筋綁扎，預(yù)埋液壓缸前支座和后支座連接件，跟主筋焊接，并預(yù)留設(shè)備安裝洞口，經(jīng)監(jiān)理檢驗(yàn)合格后，安裝模板，澆筑翼墻及閘墩等結(jié)構(gòu)混凝土。主體施工關(guān)鍵控制點(diǎn)在于各部位結(jié)構(gòu)坐標(biāo)點(diǎn)誤差控制，高支模體系的加固支撐水平及垂直度控制，混凝土澆筑前各專業(yè)管線預(yù)留、各洞口預(yù)留的正確性控制。

(3)設(shè)備安裝

主體結(jié)構(gòu)混凝土達(dá)到強(qiáng)度后，拆除模板，復(fù)核設(shè)備安裝預(yù)留洞與預(yù)埋件尺寸、位置、高程，先進(jìn)性設(shè)備埋件安裝并澆筑二期混凝土。同時(shí)，運(yùn)輸設(shè)備至現(xiàn)場開箱檢查后，進(jìn)行閘板、液壓壁支座、液壓站安裝，接著安裝軸流泵、格柵除污機(jī)，最后進(jìn)行電氣設(shè)備及自控系統(tǒng)安裝。設(shè)備安裝施工的關(guān)鍵控制點(diǎn)，在于預(yù)埋件的成品保護(hù)、大型設(shè)備吊裝現(xiàn)場安全控制，各設(shè)備安裝緊固情況復(fù)檢。

(4)設(shè)備調(diào)試

設(shè)備全部安裝完成后進(jìn)行調(diào)試。首先，進(jìn)行單機(jī)調(diào)試，主要包括閘門啟閉程度及密閉性、水泵出水性能及穩(wěn)定性、液壓站油壓及泄露情況等。單機(jī)調(diào)試合格后，進(jìn)行聯(lián)動(dòng)調(diào)試，通過自控系統(tǒng)發(fā)出命令，確保各設(shè)備及時(shí)準(zhǔn)確執(zhí)行。最后，進(jìn)行遠(yuǎn)程測試，確保無人值守情況下正常運(yùn)行。設(shè)備調(diào)試施工的關(guān)鍵控制點(diǎn)，在于各設(shè)備的電氣檢驗(yàn)試驗(yàn)，各設(shè)備的單機(jī)空載試驗(yàn)，各設(shè)備的單機(jī)負(fù)載試驗(yàn)，系統(tǒng)聯(lián)調(diào)參數(shù)達(dá)標(biāo)性，模擬各種工況下設(shè)備穩(wěn)定性，模擬各種故障觸發(fā)系統(tǒng)保護(hù)動(dòng)作及時(shí)性。

2.3 運(yùn)行效果

一體化泵閘從進(jìn)場施工到運(yùn)行歷時(shí)4個(gè)月，土建施工3個(gè)月，設(shè)備安裝及調(diào)試1個(gè)月，構(gòu)筑物占地325m2，所有設(shè)施、建筑基本位于河道上，不占用岸上土地，不設(shè)置值守、通過控制中心反映至遠(yuǎn)端控制中心，自動(dòng)控制設(shè)備啟閉。從運(yùn)行效果看，正式確定了河道從北往南流的單向流流向，明顯提高了河道流速，增強(qiáng)了水動(dòng)力，極大改善了該條河道水質(zhì)情況。同時(shí)，汛期在下游水位較高的情況下，利用該泵閘及時(shí)將該河段內(nèi)澇水強(qiáng)力抽排，對內(nèi)河排澇也發(fā)揮了積極作用。

4 結(jié)語

陸莊河一體化泵閘的順利實(shí)施，為福州市在全面完成水系治理截污清淤工程之后，解決部分河道水流流速偏慢、水動(dòng)力不足的問題提供了經(jīng)驗(yàn)，為非汛期的河道水量調(diào)配、保障水質(zhì)長期穩(wěn)定向好、保證水網(wǎng)景觀發(fā)揮了積極作用。同時(shí)，一體化泵閘占地小、投資小、操作方便、運(yùn)營維護(hù)方便等特點(diǎn)，具有較強(qiáng)的推廣價(jià)值。為該設(shè)備在全省乃至全國推廣提供了樣本與經(jīng)驗(yàn)，為全國治理黑臭河道提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。