分組布置式泵站布局方案研究

耿建強(qiáng)

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）第六設(shè)計(jì)院有限公司，安徽 合肥 230061）

0 引言

泵站工程在水利工程中作為常用的排澇、灌溉設(shè)施，有著較為廣泛的應(yīng)用，通常泵站工程為發(fā)揮排澇或灌溉某一種功能，或解決某一個(gè)排區(qū)排澇而進(jìn)行建設(shè)的，布置相對(duì)簡單，運(yùn)行也較為簡便，但泵站工程設(shè)計(jì)中對(duì)多排區(qū)排澇及聯(lián)合調(diào)度等研究運(yùn)用成果較少，且設(shè)計(jì)條件不同，布置形式也有所差異。蚌埠市龍子河口綜合樞紐需同時(shí)解決排城、排湖、排圩三個(gè)排區(qū)的排澇，并通過聯(lián)合調(diào)度、互為代排，實(shí)現(xiàn)降低泵站裝機(jī)規(guī)模、提高泵站運(yùn)行效率、節(jié)約用地等多重目標(biāo)。通過對(duì)蚌埠市龍子河口綜合樞紐工程布局方案的研究，將為泵站設(shè)計(jì)中的多排區(qū)排澇、綜合功能發(fā)揮、聯(lián)合運(yùn)行調(diào)度提供參考，為工程建設(shè)節(jié)約投資和集約土地提供借鑒意義。

1 概況

蚌埠市位于淮河中游，主城區(qū)緊鄰淮河右岸，區(qū)域內(nèi)有多條支流匯入淮河。龍子河為淮河干流蚌埠閘下右岸的一級(jí)支流，位于蚌埠市區(qū)東部，蚌埠中心片區(qū)和東片地區(qū)之間，其水源于東、西蘆山，向北經(jīng)曹山閘、鄭家渡閘入淮河，河道長約10km。龍子河出口段上接曹山閘，下至淮河，河道長2.0km，沿線分布鄭家渡退補(bǔ)水涵、龍子湖站、鄭家渡閘、龍子河泵站、鄭家渡站等多個(gè)建筑物。

龍子河站、龍子湖站和鄭家渡站三個(gè)泵站分別服務(wù)于不同排區(qū)，其中龍子河站排澇流量為18m3/s，排澇范圍為3.37km2，排澇服務(wù)區(qū)為城市建成區(qū)（排城），控制最高排澇水位為17.5m；龍子湖站排澇流量為40m3/s，排澇范圍為140km2，排澇服務(wù)區(qū)為龍子湖洪水（排湖），控制最高排澇水位為19.0m；鄭家渡站排澇流量為8m3/s，排澇范圍為45.9km2，排澇服務(wù)區(qū)為方邱湖圩區(qū)（排圩），控制最高排澇水位為17.5m。

2 研究方案

2.1 研究重點(diǎn)

根據(jù)現(xiàn)狀條件，現(xiàn)狀龍子河站、龍子湖站為20年一遇排澇標(biāo)準(zhǔn)，不滿足蚌埠市30 年一遇排澇標(biāo)準(zhǔn)要求；鄭家渡站由于建設(shè)時(shí)代較久，存在設(shè)施老化，同時(shí)出水箱涵受淤積影響，進(jìn)出水不暢，嚴(yán)重影響該泵站效益的發(fā)揮。因此綜合上述情況，實(shí)施龍子河站、龍子湖站及鄭家渡站的拆除重建是必要和迫切的。

龍子河站、龍子湖站、鄭家渡站分屬不同排區(qū)，包括排城、排湖、排圩，排澇標(biāo)準(zhǔn)、排澇水位等各不相同，如何優(yōu)化工程布局，提高泵站運(yùn)行效率，降低工程建設(shè)成本是本次拆除重建方案研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)。

2.2 方案擬定

結(jié)合龍子河口封閉堤防建設(shè)，擬定兩個(gè)方案進(jìn)行比選，方案一為合建分排方案，方案二為分建分排方案。

2.2.1 合建分排方案

合并建設(shè)龍子湖站、龍子河站及鄭家渡站，排湖、排城、排圩三合一。為保證排水相對(duì)獨(dú)立，在前池設(shè)置隔墩，鄭家渡站右側(cè)進(jìn)水，龍子湖站中間進(jìn)水，龍子河站左側(cè)進(jìn)水，同時(shí)前池隔墩設(shè)置連通閘，通過連通閘的控制，實(shí)現(xiàn)泵站的聯(lián)合調(diào)度、互為代排（見圖1）。

圖1 合建分排布置示意圖

2.2.2 分建分排方案

龍子湖站結(jié)合封閉堤防，移址重建，建設(shè)堤后式排澇泵站，主要排龍子湖水；龍子河泵站原址擴(kuò)容，提標(biāo)至30 年一遇，針對(duì)龍子河出口排澇閘站建成后對(duì)龍子河出水口的影響，新建龍子河站出水箱涵直排淮河；鄭家渡站位于龍子湖站右側(cè)，獨(dú)立前池、獨(dú)立進(jìn)水，獨(dú)立運(yùn)行（見圖2）。

圖2 分建分排布置示意圖

2.3 方案比選

方案一與方案二在滿足排澇達(dá)標(biāo)的前提下，各具特點(diǎn)。方案一工程布置緊湊，有助于集約用地，同時(shí)考慮排城、排湖、排圩不同片區(qū)來水的錯(cuò)峰特點(diǎn)，通過聯(lián)合調(diào)度，有助于降低泵站裝機(jī)規(guī)模，提高泵站運(yùn)行效率，但由于聯(lián)合調(diào)度導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行管理復(fù)雜，對(duì)運(yùn)管人員要求較高。方案二基本維持了現(xiàn)有的排澇體制，獨(dú)立運(yùn)行，便于管理，但泵站裝機(jī)規(guī)模增大，同時(shí)泵站場區(qū)分散布置，不利于節(jié)約用地。綜合分析方案總體布置、裝機(jī)規(guī)模、調(diào)度條件、錯(cuò)峰代排、管理體制、環(huán)境影響、征占地條件等因素（見表1），合建分排方案更有利于聯(lián)合調(diào)度和運(yùn)行管理，也更符合現(xiàn)代化綜合樞紐的建設(shè)理念和智慧運(yùn)行的思路，因此推薦合建分排方案。

表1 方案比選表

3 方案總體布置

根據(jù)比選方案，為滿足方案分區(qū)排澇、聯(lián)合調(diào)度、互為代排的功能要求，本文創(chuàng)新性提出分隔前池、分組布置的總布置方式，總布置包括進(jìn)水渠、泵站場區(qū)、穿堤涵、出水渠及封閉堤防，其中封閉堤防為淮河大堤的組成部分，泵站為堤后式泵站，泵站共選用8 臺(tái)機(jī)組。

泵站場區(qū)作為龍子河口綜合樞紐最主要組成部分，為滿足分區(qū)進(jìn)水、分級(jí)調(diào)節(jié)和互為代排的運(yùn)行要求，本次泵站場區(qū)布置采用分隔前池、分組布置方式；自左至右依次布置為1 孔自排涵、4 臺(tái)泵站機(jī)組、2 孔自排涵、4 臺(tái)泵站機(jī)組和1 孔自排涵，前池由隔墩劃分為三個(gè)分區(qū)，分別為左側(cè)前池、中間前池和右側(cè)前池，前池隔墩設(shè)置溝通閘。灌溉泵站位于樞紐右側(cè)，自淮河提水后進(jìn)入泵站右側(cè)前池。

龍子河片區(qū)澇水經(jīng)進(jìn)水閘4 進(jìn)入左側(cè)龍子河進(jìn)水涵進(jìn)入左側(cè)前池，由左側(cè)自排涵或泵站機(jī)組排入出水箱涵，龍子湖澇水經(jīng)進(jìn)水閘2 進(jìn)入中間前池由中間自排涵或泵站機(jī)組排入出水箱涵，方邱湖片區(qū)澇水經(jīng)進(jìn)水閘5 進(jìn)入鄭家渡進(jìn)水涵，由右側(cè)自排涵或泵站機(jī)組排入出水箱涵，確保了在分區(qū)調(diào)度時(shí)的各排水分區(qū)獨(dú)立運(yùn)行。當(dāng)排區(qū)需聯(lián)合調(diào)度時(shí)，相應(yīng)打開溝通閘1 和溝通閘2，通過調(diào)節(jié)前池進(jìn)水，實(shí)現(xiàn)對(duì)三個(gè)排澇片區(qū)不同時(shí)段泵站抽排能力的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，提高機(jī)組運(yùn)行效率，具體泵站場區(qū)布置見圖3。

圖3 泵站場區(qū)布置圖

4 方案創(chuàng)新特色

4.1 多片區(qū)排澇

現(xiàn)狀該地區(qū)由龍子河站排城市澇水，鄭家渡站排圩區(qū)澇水，龍子湖站排湖區(qū)澇水。本次拆除龍子河站、鄭家渡站及龍子湖站，通過合建龍子河口綜合樞紐排除城市澇水、圩區(qū)澇水及湖區(qū)澇水。

4.2 多任務(wù)組合

龍子河口樞紐是集抽排與自排于一體，具有排澇和灌溉功能的綜合樞紐，既排城市澇水，又排山丘區(qū)湖水，還要排圩區(qū)澇水。在解決好排澇的任務(wù)的同時(shí)，兼顧方邱湖片區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉及龍子湖的補(bǔ)水，發(fā)揮龍子河口樞紐的綜合效益。

4.3 多工況調(diào)度

龍子河口綜合樞紐并不是龍子河站、龍子湖站和鄭家渡站單純的在物理空間意義上的合并建設(shè)，更重要的是通過聯(lián)合調(diào)度，實(shí)現(xiàn)多工況運(yùn)行，提高泵站運(yùn)行效率。龍子河口綜合樞紐運(yùn)行工況較多，包括抽排工況、自排工況、抽排與自排同步工況，互為代排工況等不同工況組合形式，其中代排工況為根據(jù)不同排區(qū)洪峰的錯(cuò)峰特點(diǎn)，利用其他排區(qū)空閑機(jī)組代排洪峰較早片區(qū)澇水，增加機(jī)組的使用效率，增加排澇能力。

為滿足多工況調(diào)度要求，針對(duì)不同工況條件下前池水位、進(jìn)出水要求不同的情況，本次創(chuàng)新性提出前池分隔、隔墩溝通的布置方案，配套布置工作閘門26 扇，通過閘門的啟閉調(diào)度，實(shí)現(xiàn)龍子河口樞紐的多工況靈活調(diào)度，滿足不同工況、不同條件、不同功能的需要。

4.4 多水位調(diào)節(jié)

龍子河口綜合樞紐排除多片區(qū)澇水，不同片區(qū)排澇水位不一樣，其中城排區(qū)及圩區(qū)最高內(nèi)澇水位不超過17.5m，龍子湖澇水最高水位不超過19.0m；為滿足多水位調(diào)節(jié)需要，泵站布置中創(chuàng)新性提出前池設(shè)置隔墩及連通閘，通過隔墩滿足不同水位的控制需要，同時(shí)通過隔墩連通閘實(shí)現(xiàn)泵站機(jī)組的聯(lián)合運(yùn)用，互為代排，提高運(yùn)行效率。

5 結(jié)論

龍子河口綜合樞紐是在現(xiàn)有水利設(shè)施條件下，為滿足排城、排湖、排圩的多重需要，進(jìn)行了工程布局的優(yōu)化，尤其通過分隔前池、分組布置，實(shí)現(xiàn)了分區(qū)進(jìn)水、分級(jí)調(diào)節(jié)和互為代排的運(yùn)行要求，有效減少了泵站總體裝機(jī)規(guī)模，降低了工程投資。但該布置方案較為復(fù)雜，控制閘門較多，對(duì)運(yùn)行管理要求高，在實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)加強(qiáng)信息化、智能化的建設(shè)，對(duì)運(yùn)行管理系統(tǒng)進(jìn)行互助式設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)綜合樞紐的高效、安全、穩(wěn)定運(yùn)行，為樞紐發(fā)揮綜合效益提供保障