永修縣馬口聯圩長溪排澇泵站改建工程設計

張揚國

（永修縣水利局，江西 九江 330300）

排澇泵站作為水利工程的重要組成部分，可以保障人民生產生活，改善社會環境，對社會的穩定和區域經濟持續、快速、健康發展都將起到重要作用［1］。為了解決長溪排澇泵站保護面積內長溪等行政村0.5 萬余人、3500 hm2耕地的排澇問題，保證當地群眾的生產、生活條件不受內澇影響，提高保護區內治澇標準，充分發揮泵站排澇效益，促進當地經濟社會持續發展［2］，對長溪排澇泵站進行改擴建是非常必要的。

1 概況

永修縣馬口鎮是永修縣和九江市的南大門，長溪排澇泵站屬馬口聯圩防洪保護區范圍，位于馬口鎮甲赫村，排澇保護總面積2.53 km2，保護人口0.5萬人，保護農田耕地3500 hm2，規劃長溪排澇區與內河排澇區進行水系連通，使長溪排澇泵站承擔部分內河排澇任務。

長溪排澇泵站現狀排澇總裝機110 kW，設計排澇流量1.2 m3/s。由于該座排澇泵站興建年代較早，加上建設標準低，其排澇標準、排澇流量及裝機規模不滿足澇區排澇要求。經過近30多年的運行，主泵房框架結構混凝土構件碳化嚴重，強度較低，部分地面下沉；水泵過流部件磨損銹蝕嚴重，泵軸間隙大，工作效率低；電機電纜老化，絕緣低，開關設備陳舊，不符合安全運行要求；攔污柵、出水鋼管及拍門嚴重銹蝕、部分變形，不能正常和安全運行。經安全鑒定為Ⅲ類泵站，需要拆除重建。

2 泵址選擇

現狀長溪排澇泵站地處馬口聯圩內河片圩堤與長溪片外河圩堤相交處，歷史運行中有排澇方便、可以一步排出的優勢。該泵站若在原址重建，則無需重新開挖導流河道，工程量小，投資低。通過充分的對比分析，認為在原泵址改擴建泵站合適。

3 泵站設計流量、特征水位及特征揚程的確定

3.1 設計流量

長溪排澇泵站設計排澇標準為5 a一遇3 d暴雨3 d 排至作物耐淹深度，按電機每天工作22 h 計，其電排歷時為237600 s。該站設計流量采用《灌溉與排水工程設計規范》（GB50288-1999）中平均排除法和保護區內無較大湖泊、洼地作調蓄區時的設計排澇模數計算，經計算得泵站排澇流量為1.29 m3/s。根據規劃長溪排澇區與內河排澇區進行水系連通的情況，該站只承擔部分內河排澇任務，因此確定泵站排澇流量為3.06 m3/s。

3.2 特征水位及特征揚程

3.2.1 設計外水位

根據《江西省五河治理防洪工程永修縣馬口聯圩除險加固工程可行性研究報告》（深圳市水務規劃設計院，2017年）成果，長溪排澇泵站設計洪水位根據所在圩堤相應的設計洪水位確定為24.60 m（黃海高程，下同），設計外水位取5 a 一遇外河4—7 月3 d平均水位22.38 m。

3.2.2 設計內水位

根據泵站歷年運行內水位及確保保護區內重要的設施或建筑物（學校、工廠及居民區等）不被淹，確定保護區最高限制水位為19.70 m，經推算至長溪排澇泵站進水池水位為19.50 m。為了保護區內耕地（棉地）和附近菜地95%在限制水位不淹，保護區設計內水位為18.00 m，經推算至進水池水位為17.80 m。

3.2.3 特征揚程

根據長溪排澇泵站內外水位，計算出本泵站設計凈揚程和最高凈揚程。其中，設計凈揚程為4.58 m，最高凈揚程為6.50 m。

4 泵型選擇

4.1 設計揚程計算

水泵類型通常根據地區特點和泵站性質來選擇。一般來說，對揚程較高的泵站，宜選用離心泵和混流泵；揚程較低的泵站，常選用混流泵和軸流泵。一般情況下，揚程小于10 m時宜選用軸流泵。

長溪排澇泵站設計流量為3.06 m3/s，設計凈揚程為4.58 m，最高凈揚程為6.5 m。根據相關規范要求，當出水池最大運行水位與進水池最小運行水位遭遇概率較小時，可適當降低最高揚程。

長溪排澇泵站出流方式為一機一管出流，通過壓力鋼管直接排往外河。其揚程損失主要考慮管道沿程水頭損失和局部水頭損失。

（1）管道局部水頭損失計算公式為：

式中：S局為管道局部阻力系數（s2/m5）；Q為管道流量（m3/s）。

經計算，得管道局部水頭損失為0.705 m。

（2）管道沿程水頭損失計算公式為：

式中：S沿為管道局部阻力系數（s2/m5）；Q為管道流量（m3/s）。

經計算，得管道沿程水頭損失為0.204 m。

（3）揚程損失計算公式為：

經計算，得泵站揚程損失為0.91 m。

根據以上計算成果，經計算，泵站設計揚程為5.49 m，最大揚程為7.41 m。基于一般情況下揚程小于10 m 時宜選用軸流泵，所以長溪排澇泵站適合安裝軸流式水泵。

4.2 軸流泵類型比選

立式泵是目前國內泵站工程中常用的一種傳統結構，運行可靠，制造技術成熟，電機布置在廠房運行層，運行條件好。同時，立式泵徑向力小，導水軸承受力狀況好，水泵使用壽命長，運行可靠性高。

臥式泵主要用于低揚程泵站。通常，可以選擇潛水貫流泵，進出水路順直、變化平緩、水力損失小，裝置效率較高。其中，潛水貫流泵電機與水泵集成，安裝維護方便，不需要上廠房。然而，水泵結構比較復雜，對水泵的密封要求較高，相應的輔助系統也比較復雜，需要增加一個高位油箱等，由此增加了輔助設備方面的投資，同時不方便操作與管理。

斜軸泵泵軸傾斜放置后受力復雜，對導軸承要求高，故障發生較為頻繁，安裝、運行、維護皆不方便。同時，斜軸泵的整體尺寸也較大，廠房規模也相應增大，增加了廠房的占地面積和土建投資[3]。

通過對以上幾種軸流泵類型的分析可知，立式軸流泵結構簡單，制造技術成熟，維護方便，該地區在施工、安裝、運行和管理方面有著豐富的經驗。因此，該站擬選用立式軸流泵機組。

綜上，無論從泵站設計揚程還是從泵站類型比選考慮，選用立式軸流泵機組最為合適。

5 工程總體布置

本工程采用堤后式泵站，從南向北依次設置進水渠、前池、進口閘室、泵房、排水管道等構筑物。

5.1 進水渠

根據泵站改擴建現場地形及進、出水布置方式，為保證水流順暢，需修建長10.0 m 進水渠。進水渠根據現狀排澇溝寬度定為26.45 m，底坡0.05，進口底板頂高程15.68 m，末端底板高程15.20 m，底板采用500 mm厚的C20混凝土，下設10 cm厚碎石墊層，兩側設C25混凝土懸臂式擋墻。

5.2 前池

前池布置于進水渠與進口閘室之間，長6.0 m，寬由26.45 m 漸變為10.20 m，池底采用30 cm 厚C25鋼筋混凝土，邊墻采用C25 混凝土懸臂式擋墻。根據水泵安裝要求，結合泥沙淤積情況，前池底高程定為15.20 m。

前池邊墻采用C25 混凝土懸臂式擋墻，墻后回填砂卵石，填土高度為20.00～20.60 m，擋墻基礎寬2.7 m，墻體上部寬0.3 m、下部寬0.4 m，墻體與下部底板均為鋼筋混凝土結構。擋墻底板下設齒槽，以增大擋墻整體的抗滑穩定性，擋墻底板寬2.7 m，墻后填土長度2.1 m，回填土方增大墻體自重，提升擋墻抗傾覆穩定性。邊墻懸臂段墻體高4.8～5.4 m 不等，墻頂迎水面設高1.2 m 欄桿。具體布置，如圖1所示。

圖1 前池結構

5.3 進口閘室

進口閘室布置于前池與泵房之間，長8.0 m，底板高程15.20 m，寬度10.20 m。進口閘室采用40 cm厚C25鋼筋混凝土底板，下設10 cm厚C10混凝土墊層，C25鋼筋混凝土邊墩中間按水泵分流要求設2個60 cm厚分流墩，分流墩頂高程20.6 m，并設置寬1.5 m檢修便橋。進口閘室前段設3.0 m×3.0 m 檢修閘，啟閉平臺高程24.10 m，后段設攔污柵。檢修閘采用1扇平板鑄鐵閘門，閘門尺寸300 cm×300 cm，選用4臺QL-15-SD手電兩用螺桿式啟閉機。

5.4 泵房

長溪排澇泵站改擴建工程布置于老泵站原址，仍采用堤后式泵站。泵房采用濕室結構建設，順水流長6.0 m，垂直水流總寬18 m，底板頂高程15.50 m，電機層高程20.80 m，水泵安裝高程17.10 m。

泵房由進水層、水泵層和電機層三部分組成。進水層高程為15.50～17.10 m，主要布置進水喇叭管和水泵葉輪。水泵層高程為17.10～20.80 m，主要設有機泵彎管、伸縮器、翻板閥、異徑管、拍門、水泵轉軸等零部件。電機層高程位于20.80 m以上，主要設備為電機，共3 臺機組，間距3.6 m。泵房采用70 cm 厚C25 鋼筋混凝土底板，水泵層（梁柱）、電機層（梁板）、泵房排架和圈梁及樓（屋）面梁板等均采用C25鋼筋混凝土結構。具體布置，如圖2所示。

圖2 排澇泵站廠房正向立視

5.5 出水鋼管

本次設計擬對現狀出水鋼管進行拆除重建，鋼管高程根據出水口排澇期最大3 d平均水位22.38 m確定，經計算得出水鋼管出口管中心線高程為22.38 m。出水鋼管為內徑80 cm壓力鋼管，長27.0 m。

5.6 出口消能段

出水鋼管后接陡槽段，陡槽段長13.0 m、寬9.4 m，采用30 cm 厚C25 鋼筋混凝土底板，底板下設10 cm厚C10混凝土墊層。消力池底板長6 m，高程16.88 m，尾坎高程17.68 m，均采用50 cm 厚C25 鋼筋混凝土底板，底板下設10 cm 厚C10 混凝土墊層。陡槽段、消力池段兩側設C20 混凝土重力式邊墻，邊墻與底板間分沉降縫，縫內設瀝青杉板。出水渠段長10 m，采用40 cm 厚M7.5 漿砌石底板，底板下設10 cm 厚碎石墊層，邊墻采用M10 仰斜式邊墻，兩側邊墻內設75 mmPVC管排水孔，間距2 m，呈梅花型分布，排水孔后設排水反濾。

隨著長溪排澇泵站改擴建工程的逐步實施，社會效益和環境效益將會逐步得到充分體現，社會環境將會得到進一步改善，從而對當地社會穩定和促進經濟持續、快速、健康發展起到重要作用。