一體化預制泵站在城市內澇治理中的設計及應用

文/蒼曉藝 大連市市政設計研究院有限責任公司 遼寧大連 116000

隨著城市化進程的不斷加快，城市的不透水地面比例呈不斷上升趨勢，若發生強降水或連續性降水超過城市排水能力，就會發生城市積水災害的內澇現象。城市內澇點一般位于城市中心，人車流量大，建設用地緊張。因此，對排澇泵站的建設，往往有占地少、施工周期短、運行維護簡單，對周邊環境影響低等要求。目前，我國雨水泵站大多采用傳統形式泵站。傳統泵站的泵池為鋼筋混凝土結構，在泵池內安裝水泵、格柵等設備，采用人工控制或液位控制等控制模式。泵站的建（構）筑物除泵池之外，一般還需建設配電間、值班室、控制室等附屬建筑。傳統泵站具有占地面積大、土建投資高、施工周期長、運行維護成本高等問題。為解決上述問題，采用一體化預制泵站替代傳統泵站。

1、一體化預制雨水泵站的優點及應用

一體化預制泵站是集預制泵池（多為玻璃鋼材質）、水泵系統、格柵除污系統、控制系統于一體，采用地埋式安裝的新型泵站。對比傳統的混凝土泵站，一體化預制泵站具有以下優點：

（1）占地面積少。傳統泵站，各種設備、附屬用房平鋪；一體化預制泵站系統集成度高，水泵、格柵均集中于位于地下泵池內，地上僅有一座控制箱。相比傳統泵站，極大的節約了土地。

（2）建設周期短。傳統污水泵站為鋼砼結構，泵站底板、池壁、頂板分步施工，澆注和養護需要2-3個月工期；一體化預制泵站從勘察、設計、生產再到泵坑挖掘、安裝、測試，所用的時間約為傳統混凝土泵站時間的一半。

（3）對周邊環境影響小。一體化泵站采用完全地埋式安裝，安裝后不影響周圍環境與景觀；傳統泵站一般建于地上，容易破壞周邊環境的整體性。

（4）無人值守。一體化預制泵站具有智能的控制系統，既能人工現場操作，又能通過移動設備遠程監控，無需人為值班看守。

基于上述優點，一體化預制泵站目前在市政污水工程中得到了較多應用。然而，由于雨水泵站具有流量變化大、瞬時流量大、揚程小的特點，一體化預制泵站在內澇治理中應用較少。

2、一體化預制雨水泵站設計

2.1 項目背景

項目位于大連市某區，該區域周邊為居住小區、學校和部隊。由于該區域地勢低洼，周圍排水設施不完善，雨季常有內澇現象發生，影響附近居民的正常出行，本項目的建設旨在解決該地區的內澇問題。

2.2 泵站規模的確定

2.2.1 雨水流量計算公式及參數確定

雨水流量計算公式為Q=q＊F＊ψ，查閱《給水排水設計手冊》本地區暴雨強度公式采用大連地區暴雨強度公式：

式中：Ψ－綜合徑流系數，取0.6；F－匯水面積（公頃）；P－設計降雨重現期（年），2年；t= t1+t2；t－設計降雨歷時（min）。

t1－地面集水時間（min），10min。t2－管渠內流引時間（min）。

2.2.2 水量預測

根據地形及區域排水現狀，確定該區域匯流面積約17公頃。屋面至小區雨水管網內的地面集水時間t1取為10min。小區雨水管至泵站進水管時間，取13min。（長度512m，流速0.7m/s考慮）。綜上，計算匯流時間為23min。經計算，雨水泵站流量為1.5m3/s。

2.3 泵站揚程

本泵站出水管接入附近現狀雨水管線，最終排海。現狀雨水管底標高為2.45m。泵站出水壓力管為一根DN1000球磨鑄鐵管，總長度約940m，流速為1.94m/s，最高點管底標高7.50m。管路沿程水頭損失hL為3.68m。局部水頭損失包含進口1個（ζ=0.5），出口一個（ζ=1.0），90°彎頭5個（ζ=0.80），總的局部水頭損失系數ζ=5.50，另外考慮30%富裕，即取ζ=7.15。總的局部水頭損失hf為1.37m。因此，出水管總水頭損失為5.05m。

泵站內最低水位為2.72m。

雨水泵的靜揚程HZ為7.50+1.0-2.72=5.7 8m；

取富裕水頭為1.0m。

水泵揚程H=HZ+hL+hf+1.0=5.78+3.68+1.37+1.0=11.83m，取為12m。

2.4 泵站工藝設計

2.4.1 泵站工藝流程

進水→配水井→格柵破碎機→潛水排污泵→出水

2.4.2 配水井

目前，單座預制泵站最大設計流量一般為1.37m3/s，而本項目設計流量1.5m3/s，必須采用兩座預制泵站并聯，因此井筒前需設置配水井，一方面保證兩井筒配水均勻，另一方面兼做沉泥井使用，以較少井筒中的泥沙量，從而延長水泵等設備使用壽命。

配水井采用鋼筋混凝土結構，設計尺寸L×B×H=7.7×2.7×4.5m。

2.4.3 格柵

由于雨水泵站瞬間流量大，如果采用普通格柵，需設置多個除渣機器，本次設計采用粉碎格柵機，該設備可將水中柵渣粉碎成6～12 mm的顆粒，被粉碎的柵渣與雨水混合后由水泵提升排出，這樣能保證后續泵不被堵塞，并把長期的維修費用降為最低。

本項目選用粉碎式格柵流量Q=27000m3/h，P=7.5KW。

2.4.4 水泵

根據泵站設計流量，選用4臺潛水軸流泵，雨季全開單泵流量為1350m3/h，揚程為12.0m，電機額定功率109kW/臺。考慮雨水泵每年運行次數有限，建議選用國產中質量較好的水泵，在每年雨季之前進行全面維護。

2.4.5 進、出水管

泵站進水管為重力管，管徑DN1200；兩座泵站出水總管管徑DN700，流速1.95m/s。單泵出水管管徑DN500。

2.5 結構設計

一體化泵站結構簡單，每個井筒只需結構做一個混凝土基礎，基礎直徑Φ5000。本項目基坑采用鋼板樁支護為主，溝槽內明排為主的降水方式，止水支護采用選用15.0米 4#拉森鋼板樁。

2.6 電氣設計

一體化泵站設備自帶控制柜，只需對泵站進線電纜進行設計。電纜由箱式變電站引出，穿鋼管直埋敷設至一體化泵站自帶控制箱，每座一體化泵站容量為218KW，電纜采用YJV-0.6/1kV型號電纜。

本項目于2017年5月開工，2017年8月投入使用，歷經18年8月20日特大暴雨，本泵站服務范圍內無內澇積水現象。

結論：

（1）與傳統泵站相比，一體化預制泵站具有占地小、施工周期短、設計施工難度低、系統集成度高等優點，可作為排澇泵站，解決城市內澇問題。

（2）一體化預制排澇泵站設計重點是確定泵站水量及揚程。

（3）預制雨水泵站，推薦采用粉碎式格柵除污機。

（4）多井筒并聯泵站設計，應考慮配水的均勻性。