城市防洪排澇泵站設計的問題分析

(東莞市運河治理中心，廣東 東莞 523000）

引言

隨著經濟的快速發展，大量的人口涌入城市去尋求更好的發展機遇，城市聚集了大量的人口。一個城市的市容市貌、基礎建設的好壞決定了該城市的宜居程度，是本城市居民工作、學習、生活以及城市可持續建設發展的基礎。近些年來，暴雨、臺風、海嘯等自然災害發生的頻率越來越高，給城市造成洪澇災害。如果城市的防洪排澇體系建設不夠完善，存在疏漏，那么在洪澇產生的時候就會對該城市產生嚴重的后果，嚴重影響居民的正常工作生活。因此，為了消除城市發展的制約因素，加快城市的經濟建設發展，就要著重關注城市防洪排澇基礎設施的建設。基于此，本文針對當前城市防洪排澇設計的相關問題進行分析，提出關于城市防洪排澇泵站的設計以及管理的可行性建議，從而改善城市的防洪排澇體系，保證城市在洪澇災害產生時的安全，保障城市居民的正常工作生活，進而為城市的經濟快速發展保駕護航。

1.城市防洪排澇泵站的設計前提背景知識

1.1 城市防洪排澇泵站設置位置。設置站點要考慮整體的城市水環境治理，一方面大多要靠近該城市天然內河、市政排污出口；另一方面大多設置在工廠排污出口或城市排水出口與外河外江的連接處。結合該城市原有排水系統規劃布置進行站點位置選擇。

1.2 城市防洪排澇泵站運行機制。正常情況下，當城市內的水涌量高于江河水位線時，關閉防洪排澇泵站，使得城市內水流自然流出；當暴雨或者汛期時，外部江河的水位也會上升，當關閘水位與其等同于，城市積水涌入泵站前池，此時水流量開始頻繁工作，抽排水量；當非暴雨期、非汛期時，涌入泵站前池的水則會自然干涸。

1.3 防洪排澇泵站每年的運行工作時間相對短暫集中，只有在該城市進入雨期、汛期、臺風天氣時才會啟動運行，我國城市多在赤道以北，因此，啟動的時間多集中于5 月至10 月。每次啟動運行時間為4 天至8 天，每年的累積運行時間不會超過一個月。

1.4 防洪排澇泵站在施工建設時要保證避開暴雨期汛期，要保證施工過程中不會發生洪澇災害，要在枯水期完成泵站主體結構的工程建設，枯水期差不多在11 月至來年的4 月。

2.城市防洪排澇泵站設計方案制定

2.1 泵站工程結構設計

防洪排澇泵站的主泵房的進水結構主要包含泵站前池和進水池。同時進水池結構前面要設計閘門檢修以及清污設備。還要配備泵機室以及出水箱，為了后期的維修管理，設計相對應的辦公房以及配電室。下圖1 為某市防洪排澇泵站的工程布置示意圖。

圖1 某市防洪排澇泵站的工程布置示意圖

2.2 泵站工程方案設計

2.2.1 工程參數選定。某泵站預計1780kw 功率的總裝機需要4 臺，排水量流量設計為20.76m3/s，表1 為該泵站工程的基本設計信息統計。

表1 泵站工程基本信息統計表

2.2.2 泵站的水泵型號選定原則。1）所需水泵必須滿足排水量設計值、凈揚程設計值以及不同情況下的排水要求。2）揚程設計時水泵要設計在高校區工作運行，當揚程值在最大值和最小值時，水泵都能夠安全工作運行。3）科學選定裝機的數量，根據防洪排澇的水流量以及整個城市的系統調度安排，主泵臺設計在3 至10 臺最為適宜。4）泵機的選擇還要綜合滿足經濟指標，即整個泵站的投資要求，同時功率盡量小。5）還要考慮后期泵站的運營維修，因此在泵機選用時，優先選用同一型號，便于后期的維修以及綜合利用。下圖2 為某工程防洪排澇泵站機組設計現場示意圖。

圖2 某工程防洪排澇泵站機組設計現場示意圖。

2.2.3 泵站進水池設計。防洪排澇泵站通常設置在該城市天然河道的出江口，因此，為了減少泵站進水池的建設工程，可以根據該建設的天然河沖溝的容積以及面積進行設計，再結合實際的排水量進行適當的加深或者加寬的方案設計。尺寸的最終設計根據該原定的排流量進行具體計算，本文工程排流量設計值為20.76m3/s，最終的泵站進水池尺寸為50 倍的排流量設計值。根據機器設備的使用說明說以及泵站規范的相關要求，水泵的運行與電機的運行要至少間隔5 分鐘，啟動運行不可太過于頻繁。當暴雨汛期洪澇災害發生時，為了保證泵機設備的使用安全，避免損失和多次維修，進行進水池的設計時，要保證單臺機組5 分鐘的運行容積。

2.2.4 泵站防洪排澇水位設計。管渠水位是泵站水位的最高值，因此防洪排澇水位設計最大值的設計選定要依據管渠水位，最適宜的設計高度應比頂部低20cm 至30cm。根據上文提到的泵機啟動運行要求，5 分鐘左右啟動一次，當管渠水位的高度達到一定量時，要提前啟動一臺泵機，即提前5 分鐘啟動泵機，然后依次啟動運行其余泵機。當水位達到某個設計適宜值時，此時泵站所有水泵均在工作運行狀態，此時排水體系也在同步工作，這樣形成一個科學合理的抽水、排水的運行狀態，使得整個泵站的排洪防澇處于正常工作狀態。

2.2.5 泵站防洪排澇揚程設計。水泵設計的基本參數即揚程設計，該設計參數包含揚程設計值、揚程最大值以及揚程最小值三個指標。這都是根據該泵站選擇的泵機轉速、功率、型號等指標記性計算。揚程設計值計算公式是內江與外江的水位差再加水力損失值。揚程最大值即內江最低水位與外江最高水位之間的水位差再加上水力損失值得到的揚程值。揚程最小值的作用為，當設計防洪排澇站進行洪水排流時，為了提高排流能力，降低防洪排澇成本，從而設置閘門，當內江水位高于外江水位時，打開閘門，利用水勢高低自然排水，當閘門關閉時出現的揚程值即為最小值。

2.2.6 泵站防洪排澇排流量設計。在整個防洪排澇站設計的過程中，醉的影響因素為排流量，不僅影響泵機型號、功率、臺組的選定，還會影響泵站因地制宜制定排洪方式，前水池容積、排水標準等。因此，在進行城市的泵站防洪排澇設計時，要根據當地的地勢地貌、水文條件、氣候條件因地制宜的進行調研和分析，結合歷年的防洪排澇情況接力制定排流量，調節當地的排洪能力。

2.3 泵站工程消防設計

泵站在非暴雨期、非汛期，不需要防洪排澇工作時，處于停止工作狀態，這個時間段，由于機器長期閑置，線路容易老化，一旦發生電線電纜的故障，容易引起火災，再加上泵站位置偏遠，當在夜間時更難以及時發現險情并且排除救援隊員進行撲救。泵站周圍可能會有工業廠房的布置，為了降低火災損失，泵站內要設計自動報警裝置。在選擇自動滅火裝置時要考慮資金投入以及實際泵站需求，氣體類滅火裝置資金投入多，后期維護貴，再加上泵站功率范圍并未大功率，在進行消防設備選擇時可以考慮干式絕緣變壓器、電動機選用高壓異步、同時機具設備盡量選擇用油量少的設備。通過設備選用消防功能的機具設備來提高消防的水平，避免產生火災等危害。

3.結論

綜上，本文對城市防洪排澇泵站的設計進行了研究和分析，闡述了泵站設計的原則，對泵站設計方案進行梳理，主要介紹了泵站的結構設計、主要參數設計，包括泵站泵機機組的選定、揚程設計值、排流量、進水池尺寸的設計問題，最后進行泵站小風設計問題的分析。本文通過進行泵站防洪排澇設計方案的問題分析，為其他的城市泵站設計提供了可行性的參考意見，有利于城市在汛期、暴雨期的洪水排流，降低城市經濟損失，保障居民正常的工作生活、促進城市的經濟快速發展。