泵閘工程在排水除澇體系中的應用研究

韋珍娟

（廈門市市政工程設計院有限公司,福建 廈門 361000）

泵閘工程在排水除澇體系中發揮著排澇、引水和水資源調度的綜合功能。關于水閘、泵站樞紐的布置方式,一般有分建和合建兩大類[1]。泵閘工程由于將水閘和泵站統一進行考慮,其規劃、設計、運行涉及到的影響因素更為復雜,對流態穩定和施工條件要求也更高。本文以廈門翔安機場—大嶝北部片區排水除澇體系泵閘工程為例,系統梳理泵閘工程不同布置形式、選址條件等比選分析要素。

1 工程概況

翔安機場位于廈門市翔安區大嶝島境內,通過填海造地建設4 條跑道及配套航站樓,包括倉儲及物流用地等。整個運行區域的防洪除澇安全是保證機場建成后正常運行的基本條件。廈門翔安機場二級排水系統的主要任務是通過排洪渠（溝）的整治和新建滯洪區,包含新建護岸、河道清淤、新建泵閘,形成較為完善的排水除澇體系,以提高整體的排水除澇、蓄滯洪能力,達到保證廈門翔安機場—大嶝北部片區安全的目的。工程位置和二級排水工程見圖1、圖2。

圖1 項目所在地坐標圖

圖2 流域面積及工程位置示意圖

2 泵閘工程研究

2.1 站址選擇

大嶝北部片區站址的選擇擬定以下三種選址方案以供比選。

方案一：在5 排洪渠出海口處新建泵閘

方案二：在舊站址處擴建。現狀1#和2#擋潮排澇泵閘閘孔寬度僅為2.0 m,水閘設計流量為16.1 m3/s,兩座泵站排澇流量均為3.15 m3/s,需拓寬至設計要求。

方案三：增大機場南部規劃1#或2#泵閘規模。

三種方案比選過程見表1。

表1 泵閘站址方案比較表

經比選,方案一可增加調蓄水體的庫容,外側利用泵閘的攔擋潮水,5 排洪渠可采用堤防20 年一遇不超過控制水位的設計澇水標準進行建設,而不是按照海堤的標準200 年一遇防潮標準進行建設,防護標準降低將大大減少5 排洪渠的工程投資,進出渠排水順暢,經綜合分析考慮,本次將擬建的泵閘布置在5 排洪渠入海口處。

2.2 泵閘總體布置

2.2.1 泵閘站軸線布置

考慮到與5 排洪渠護岸的順接,以及建成后與周邊道路、景觀等的協調,采用泵閘橫軸線與海堤軸線平行、縱軸線與河道縱軸線垂直的軸線布置方案,在進水口兩側設置導流墻。

2.2.2 泵閘型式比選

方案一：分離式泵閘布置

排澇方式采用水閘和泵站分離式布置,即在河道的截面處設置水閘,在水閘一側或者兩側布置泵站。

方案二：一體化泵閘布置

一體化泵閘是將潛水泵安裝在閘門上,使水閘和泵站合二為一的裝置。當內河水位（水泵側）高時,開啟閘門,內河的水通過重力自流到外河；當內河水位低,外河（拍門側）水位高時,關閉閘門,啟動水泵,內河水被泵送至外河。

兩種閘型示意見圖3,圖4,詳細比對見表2。

圖3 分離式泵站布置形式圖

圖4 一體化泵站布置形式圖

表2 泵閘型式比選表

經比較,閘門和水泵分開布置便于安裝檢修,設備類型與機場南部規劃的2座泵閘型式一致,便于運行管理,工程投資較一體化泵閘布置節省1250 萬元,本次泵閘型式推薦采用傳統的分離式泵閘布置。

2.3 水閘布置

根據閘址所處河道的地形及地質情況,水閘布置在5 排洪渠主河槽段,閘室底板采用平底板型式,以達到最大程度行洪目的。閘址處上下游河道底高程為-1.40 m～-1.5 m,考慮內河側及外海側泥沙淤積等因素,并與外海順暢銜接,最終確定閘底檻高程-1.5 m,過水總凈寬按照不小于15 m、并考慮到平板閘門凈寬、孔數要求,擬定新建水閘孔數和單孔凈寬有2 種方案進行比較,2 種組合方案為：方案一,3 孔5.0 m,閘室總寬19.5 m,閘底高程-1.5 m；方案二,5 孔3.0 m,閘總寬21.9 m,閘底高程-1.5 m。根據上述方案,分別進行調蓄計算,推求沿河各個控制斷面的設計水位。綜合設計頻率洪水閘上水位和工程可比性投資各方案指標分析成果見表3。

表3 水閘規模及孔口尺寸方案比較表

方案一閘凈寬17.4 m,閘底高程 -1.5 m,滿足水閘的排洪擋潮規模要求,上游水位、過閘洪峰及洪水滯時均較為合適,工程性價比較高；方案二,閘凈寬同方案1,河底高程為-1.5 m,因中墩較多,造成閘門泄洪能力下降,上游水位與方案一相比較抬高明顯,工程效果較差,雖然墩墻量和基礎開挖量減少,但是底板過高會造成樁基量增加,其投資反而比方案一增加；且相應增加了閘墩量和啟閉機數量,工程投資偏大,同時閘孔過多不利于管理。

經綜合比較,方案一投資相對較少,上游水位較合適,總體較優,故推薦方案一,即3 孔,單孔寬5.0 m。

2.4 泵站布置

泵房分為主泵房和安裝間。主泵房順水流向長12.20 m,垂直水流向長28.35 m。機組泵房底板高程-3.90 m,水泵層高程0.10 m,電機層高程7.00 m,泵房進口墩頂部高程4.4 m。泵站進口設置攔污柵和檢修閘門,進口平臺設移動式電動葫蘆啟閉。泵房內設橋機一臺。安裝間為單層廠房結構,順水流向12.0 m,垂直水流向長度10.0 m,安裝間地面高程4.4 m,為地下室結構。安裝間外回車場地面高程4.4 m,回車場與大堤頂部采用長約70 m的進場公路連接。

副廠房單獨布置在水閘啟閉房上游側閘墩頂上,地面高程為4.4 m。副廠房主要布置電容器、高、低壓配電設備及中控室等設施。根據使用和設備布置要求確定副廠房進深為8.3 m。副廠房橫軸線方向的長度根據各功能布置要求確定為22.15 m。

3 結語

泵閘工程的整體布置和選址對整個樞紐和排澇體系的運行效果至關重要,同時內部泵站和水閘的詳細設計方案亦關系到閘站運行的匹配度。在總體布置和選址中要綜合考慮防洪影響、施工難易、進出水流態及工程總投資。通過對廈門翔安機場—大嶝北部片區排水除澇體系泵站工程的應用研究和梳理,能夠為類似區域水環境治理和規劃泵閘工程提供借鑒。