聊城市東昌府區沙鎮俎店渠大常泵站工程設計分析

鐘 偉

（東昌府區水利局，山東 聊城 252000）

根據近年來水資源統計調查結果，聊城市東昌府區由于農田灌溉水源保證率低，水源得不到保證，正常年份農田無法適時灌溉，形成了“地下水超采”，糧食增產潛力大，且群眾對農田水利工程建設積極性高，有能力自行解決工程遷占問題，并承擔工程建后管護責任的區域。計劃在俎店渠沙鎮大常新建泵站1 座，設計灌溉面積39115 畝[1]。本文針對其新建泵站設計工程進行分析。

1 項目概況

東昌府區是聊城市市轄區，為魯西政治、經濟、文化中心，重要的交通樞紐。該區位于山東省西部，地面高程31 m～38 m（黃海高程），東與經濟技術開發區接壤，西接冠縣、莘縣，南與江北水城旅游度假區、陽谷縣為鄰，北和臨清市相連，總面積829.46 km2，區轄 7 個鎮、5 個街道辦事處、2 個園區，共 643 個行政村，現有人口77.1 萬人，耕地面積80.49 萬畝。

2017 年俎店渠沙鎮大常泵站建設項目區分布在沙鎮的31個行政村，以及福和種植專業合作社，涉及耕地面積39115 畝。

2 工程地質分析

2.1 泵站岸坡穩定評價

泵站邊坡主要由砂壤土組成，厚度較大，抗沖蝕能力差，運行后河水容易對邊坡沖蝕破壞，因此采取對河道坡進行防滑處理、增加臨水邊坡面防護等措施，減少對邊坡的沖蝕、滲透等不利影響[2]。

2.2 泵站天然地基分析評價

泵站邊坡主要由砂壤土組成，厚度較大，抗沖蝕能力差，河道正常運行時邊坡容易產生坍塌和剝落破壞。綜合考慮場地的工程地質條件、工期、經濟和環境等方面的因素：

第1 層素填土（局部雜填土），土質不均，物理力學性質較差，不宜作天然地基，全部挖除。

以第2 層砂壤土作為天然地基持力層，第2 層砂壤土的承載力特征值為110 kPa。

考慮到泵站建于堤坡及泵站的震動力，采取加強地基基礎及上部結構剛度措施，以減少不均勻沉降。對泵站邊坡進行防滑處理，內側采取有效措施，以便提高堤身的防沖刷能力及防滲性能，使河堤處于滲流穩定狀態。

3 泵站工程設計

根據地形、地塊、道路、水源位置等情況，并按照控制面積最大，方便農民灌溉使用的原則，進行泵站位置布置。大常泵站位于沙鎮鎮大常村境內，俎店渠右岸、大常村西南，軍屯涵閘下游側，提水入原灌排支渠。大常泵站從俎店渠提水，包括泵站進口段、前池段、進水池、泵房、出水管、出水池等部分。泵站進水池水位為俎店渠設計水位，出水池水位為灌排支渠設計水位。

3.1 水泵運行工況分析

泵站損失局部損失包括進水流道、彎頭、異徑管、伸縮器、止回閥、出水口，沿程水頭損失主要是出水管道等。為保證水泵安全穩定運行，在前池最低水位運行時，應保證水泵的最低淹沒要求，水泵安裝高程（喇叭進口高程）為最低水位下1.07 m。

（1）設計灌水定額

按下式計算設計灌水定額：

式中：m 為設計灌水定額，m3/hm2；γs為計劃濕潤層土壤干容重，kN/m3；h 為土壤計劃濕潤層深度，m；β1為適宜土壤含水量上限，取田間持水率的95%；β2為適宜土壤含水量下限，取田間持水率的65%。

設計灌水定額m 按單位mm 計，計劃濕潤層土壤干容重γs，按單位 g/cm3計，則上式可變為：

式中：β 為田間持水率，取23%。

經計算：m=0.1×1.45×0.6×23×(95-65)=60 mm，合 40 m3/畝。

（2）泵站灌區設計流量確定

根據相關設計規范及標準，灌溉設計流量按下式計算確定。

式中：Q設為管道系統的灌溉設計流量（m3/h）；m 為設計灌水定額（m3/畝）；α 為控制性的作物種植比例，取 100%；η 為灌溉水利用系數，取0.8；t 為每天開機灌水時間，取22 h；A 為控制灌溉面積，畝；T 為每次輪灌期的天數，取10 d。

設計灌水定額m 按單位m3/畝計，控制灌溉面積按單位“畝”計，則上式可變為：

大常泵站的設計流量為：Q設=40×33.1×1500×0.7/（0.8×10×22）=7898 m3/h，取 Q設=2.2 m3/s 作為設計流量。

3.2 進、出水池設計

進、水池前設引水段，泵站引水段前設5 m×15 m（長×寬）的M10 漿砌塊石護底，護坡采用30 cm 厚M10 漿砌料石；前池段喇叭口擴散角23°，護底坡比1∶9.35，護底采用30 cm厚M10 漿砌塊石，下設10 cm 碎石，靠近進水池設直徑5 cmPVC排水管2 排，側墻采用M10 漿砌塊石擋土墻，外露面采用30 cm 厚M10 漿砌料石鑲面；進水池長7.85 m、凈寬2.5 m，深3.0 m，深度5.0 m，底板厚0.5 m；泵站進水池前設攔污柵兩扇，攔污柵與水平面成70°的傾角設置。

出水池長4 m，寬6 m，高2.0 m，出水口直徑1 m，流速1.75 m/s，間距2.1 m。出水池為M10 漿砌塊石結構，外露面采用30 cm 厚M10 漿砌料石鑲面；上游側3 m 長M10 漿砌塊石護底、平面護坡，下游側5 m 長M10 漿砌塊石護底、平面護坡，護砌長度12m。

3.3 機房

泵站機房地面高于俎店渠設計水位，故采用干室型機房。機房采用磚混結構，平面尺寸為13 m×4.7 m，機房墻體及基礎采用M7.5 水泥砂漿砌筑Mu10 粘土磚，機房頂采用鋼筋混凝土蓋板，頂層用瀝青防水層。

泵站采用半地下結構，進水池單孔凈寬2.5m，邊墩厚頂寬40cm，底寬80 cm，中墩厚0.6 m，前墻、后墻厚40 cm，底高程30.43 m，泵房內凈深4.2 m、開間5.6 m，地面以下采用C25 鋼筋砼結構，地面以上采用磚混結構，檢修間、控制室地面采用水泥砂漿地面。

3.4 泵站電氣設計

3.4.1 電氣設備選型

提水泵站總裝機容量180 kW，該泵站設軟啟啟動柜兩臺，采用VV-3×185+1×95 電纜由專用315 kVA 變壓器接出，照明和配電箱采用BV-3×6-PVC32 電纜接至機房配電箱，長度55 m；高壓線長度85 m；泵站負荷計算見表1。

表1 泵站負荷計算表

設桿上變壓器1 臺，容量為315 kVA, 桿式變壓器設計量箱。泵站異步電動機的額定電壓為380 V，水泵電動機、泵站及站用電均從水泵控制柜引接。

3.4.2 短路電流計算

泵站最大運行方式下短路電流計算，按電力系統為最大運行方式，泵站除備用機組外的其他機組全部運行考慮。泵站最小運行方式，泵站按2 臺機組運行考慮。10 kV 線路因無詳細資料，阻抗按0.4 Ω/km 考慮。

變壓器變比為10+5%/0.4，10 kV 配電裝置采用高壓跌落式熔斷器、高壓隔離開關及熔斷器。低壓配電柜選用GCK 型低壓配電柜。10 kV 高壓電纜選用YJV22 型銅芯交聯聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套鎧裝電力電纜，低壓電纜選用V22-3×185+1×95,0.6/1 kV 型銅芯交聯聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套鎧裝電力電纜。

4 結論及建議

結合聊城市東昌府區大常泵站工程地質條件，對河道坡進行防滑處理、增加臨水邊坡面防護，減少對邊坡的沖蝕、滲透等不利影響。提高堤身防沖刷及防滲性能，消除滲流變形破壞的隱患，使河堤處于滲流穩定狀態，確保堤身不會產生滲流變形破壞。同時，考慮到泵站建于堤坡及泵站的震動力，采取加強地基基礎及上部結構剛度措施，以減少不均勻沉降。在此基礎上根據計算確定。

（1）水泵安裝高程（喇叭進口高程）為最低水位下1.07 m。設計供水定額合40 m3/畝，每天凈工作時間為22 h。設計流量為2.2 m3/s。

（2）出水池長4 m，寬6 m，高2.0 m，出水口直徑1 m，流速1.75 m/s，間距2.1 m。出水池為M10 漿砌塊石結構，外露面采用30 cm 厚M10 漿砌料石鑲面；上游側3 m 長M10 漿砌塊石護底、平面護坡，下游側5 m 長M10 漿砌塊石護底、平面護坡，護砌長度12 m。泵站采用半地下結構，進水池單孔凈寬2.5 m，邊墩厚頂寬40 cm，底寬80 cm，中墩厚0.6 m，前墻、后墻厚40 cm，底高程30.43 m，泵房內凈深4.2 m、開間5.6 m，地面以下采用C25鋼筋砼結構，地面以上采用磚混結構，檢修間、控制室地面采用水泥砂漿地面。

（3）提水泵站總裝機容量180 kW，設軟啟啟動柜兩臺，采用VV-3×185+1×95 電纜由專用315 kVA 變壓器接出，照明和配電箱采用BV-3×6-PVC32 電纜接至機房配電箱，長度55 m；高壓線長度85 m。

泵站是水利工程的重要結構，與水利工程的質量安全及運行效益密切相關。在實際設計工作中，應緊密結合水利工程區的地質水文條件，經過計算，確定合適的設計參數，以完成泵站設計，改善項目區的農業生產狀況，推動農業生產的全面發展。