濟(jì)南市田山灌區(qū)排澇泵站設(shè)計(jì)方案的比較分析

摘 要 山東省濟(jì)南市的田山灌區(qū)一級(jí)泵站建設(shè)時(shí)間較早，設(shè)計(jì)年灌溉供水時(shí)間為57 d，汛期不供水。隨著田山灌區(qū)供水模式的多元化發(fā)展，灌區(qū)的年引水天數(shù)逐步增加，但是一級(jí)泵站排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低、排水口在引水口上游且相距不足100 m，汛期無(wú)法實(shí)現(xiàn)同時(shí)引水和排水，灌排矛盾凸顯，排洪排澇安全隱患日益加劇。基于此，為了提升泵站排水能力、保證周邊居民生產(chǎn)生活安全，同時(shí)根治洪澇災(zāi)害，實(shí)施一級(jí)泵站灌排分離工程，對(duì)泵站選址、建筑物結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行深入的論證比選，通過(guò)新建排澇泵站、排水箱涵將排澇與供水功能分開(kāi)，徹底解決灌排矛盾。

關(guān)鍵詞 田山灌區(qū)；灌排分離；防洪；排澇泵站；運(yùn)行管理；山東省濟(jì)南市

中圖分類號(hào)：TV73 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2025.05.043

山東省濟(jì)南市的田山灌區(qū)建成50多年來(lái)，隨著工程設(shè)施的改造和升級(jí)，功能逐步完善，服務(wù)范圍不斷拓展。特別是田山灌區(qū)與南水北調(diào)濟(jì)平干渠連通工程的建成，使灌區(qū)發(fā)展成為可以為山東省中東部廣大地區(qū)提供服務(wù)的重要水利樞紐，在優(yōu)化該省水資源配置、服務(wù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、保障應(yīng)急供水等方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。雖然田山灌區(qū)的工程設(shè)施建設(shè)在不斷完善，但仍存在一些短板和難以協(xié)調(diào)的矛盾，無(wú)法滿足灌區(qū)發(fā)展的要求。目前，灌區(qū)的一級(jí)泵站存在引水與排水功能交叉運(yùn)行，引排水矛盾難以協(xié)調(diào)，排澇能力不足；現(xiàn)有沉沙池容積小、淤積嚴(yán)重，輸水能力弱；配套輸水建筑物規(guī)模偏小，不能最大限度發(fā)揮供水能力等一系列問(wèn)題，因此急需對(duì)現(xiàn)有工程進(jìn)行改造以解決灌區(qū)發(fā)展遇到的瓶頸問(wèn)題，充分發(fā)揮工程效益。

1" 概況

1.1" 田山灌區(qū)概況

田山灌區(qū)是黃河下游最大的集抗旱、排澇、供水于一體的大型電力引黃灌排工程，設(shè)計(jì)灌溉面積為2.11萬(wàn)hm2，主體工程位于黃河下游平陰縣境內(nèi)，擔(dān)負(fù)著平陰縣城及周圍近57 km2農(nóng)田的排澇任務(wù)。田山灌區(qū)主要由一級(jí)泵站、一級(jí)總干渠、沉沙池、二級(jí)泵站、二級(jí)總干渠及相關(guān)建筑物組成。

作為山東省境內(nèi)重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)骨干基礎(chǔ)設(shè)施，田山灌區(qū)自建成運(yùn)行以來(lái)，通過(guò)不斷發(fā)展與創(chuàng)新，形成了服務(wù)農(nóng)業(yè)、生態(tài)、工業(yè)的多元化供水模式，灌區(qū)供水空間得到極大拓展。2013年4月，實(shí)施田山灌區(qū)與濟(jì)平干渠連通工程，在南水北調(diào)濟(jì)平干渠非輸水期利用田山灌區(qū)一級(jí)泵站引黃提水，以12 m3·s-1的水流量輸水入南水北調(diào)濟(jì)平干渠，年最大輸水能力達(dá)9 020萬(wàn)m3，利用濟(jì)平干渠為玉清湖水庫(kù)和小清河濟(jì)南市區(qū)段補(bǔ)水，減輕了玉清湖水庫(kù)北店子沉沙池的運(yùn)行負(fù)荷，提高了供水保證率和供水水質(zhì)。田山灌區(qū)在優(yōu)化水資源配置、改善水生態(tài)環(huán)境、服務(wù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，取得的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益巨大，是服務(wù)山東省中東部地區(qū)的重要水利樞紐。

1.2" 灌區(qū)一級(jí)泵站灌排情況

1.2.1" 灌溉功能

田山灌區(qū)一級(jí)泵站位于平陰縣城北4.5 km的黃河右岸田山腳下，始建于1968年，1971年建成使用。一級(jí)泵站共設(shè)有6個(gè)進(jìn)水前池，全部與黃河連通，均可作為引水前池使用。泵站裝設(shè)12臺(tái)軸流泵，設(shè)計(jì)引水流量為24 m3·s-1，設(shè)計(jì)揚(yáng)程為7.7 m。每臺(tái)軸流泵配備功率為260 kW的電機(jī)，其中1～6號(hào)水泵機(jī)組兼具排水排澇功能，設(shè)計(jì)排水流量為12 m3·s-1。灌區(qū)設(shè)計(jì)初期供水以農(nóng)業(yè)灌溉為主，設(shè)計(jì)引水天數(shù)為75 d，引水總量為1.335億m3，主要為春灌、秋灌和冬灌提供水源；排水主要集中于汛期，基本可兼顧灌排功能。

1.2.2" 排澇功能

平陰縣城區(qū)的雨水通過(guò)錦水河?xùn)|、西支流，流過(guò)濟(jì)平干渠，匯水至錦水河末端。錦水河末端與一級(jí)泵站1～3號(hào)進(jìn)水前池相連，經(jīng)泵站可自流或提排入黃河，提排出水口位于引水口上游約150 m處。錦水河末端水位一般控制在35～36 m，當(dāng)黃河水位在35.8 m以下時(shí)，一級(jí)泵站相機(jī)提閘自流排澇；當(dāng)黃河水位高于35.8 m時(shí)，開(kāi)啟一級(jí)泵站1～6號(hào)水泵機(jī)組提水至一級(jí)總干渠，經(jīng)泄洪閘（提排出水口）排入黃河，實(shí)現(xiàn)泵站的排澇功能。

1.2.3" 存在的主要問(wèn)題

田山灌區(qū)一級(jí)泵站是平陰縣內(nèi)唯一一座入黃河的排水工程。在沒(méi)有降雨的情況下，將平陰縣日常退水通過(guò)管道排入引水口下游，可實(shí)現(xiàn)最多10臺(tái)軸流泵同時(shí)引水。平均每7 d排放2次，每次8個(gè)臺(tái)時(shí)，排水5萬(wàn)m3左右。但遇到強(qiáng)降雨天氣并且黃河水位較高時(shí)，仍需要開(kāi)啟多臺(tái)軸流泵將洪水泵至壓力池、一級(jí)總干渠，通過(guò)一級(jí)總干渠泄洪閘進(jìn)行排水，此時(shí)因共用同一段渠道，排水時(shí)無(wú)法引水。即使黃河水位不高，因排水口在引水口上游，為保證引水水質(zhì)，也無(wú)法引水。田山灌區(qū)一級(jí)泵站具體灌排路徑布局如圖1所示。

田山灌區(qū)承擔(dān)向濟(jì)南市平陰縣及肥城市部分工業(yè)生產(chǎn)供水、為濟(jì)南市提供生態(tài)補(bǔ)水和城市供水及向膠東地區(qū)供水的任務(wù)，特別是向濟(jì)南市、膠東地區(qū)的供水工作，主要集中于汛期開(kāi)展；而汛期也是排澇任務(wù)最重的時(shí)期，引水與排水矛盾日益突出，引水工作無(wú)法順利開(kāi)展。

2" 一級(jí)泵站灌排分離工程建設(shè)的意義

2.1" 是解決灌排矛盾最有效的途徑

現(xiàn)有一級(jí)泵站排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低、排水口在引水口上游且相距不足1 km，存在排水效果不佳、灌溉與排水無(wú)法兼顧等問(wèn)題。隨著田山灌區(qū)多元化供水模式的發(fā)展，灌區(qū)的年引水天數(shù)逐步增加，現(xiàn)有泵站在汛期無(wú)法實(shí)現(xiàn)同時(shí)引水和排水，灌排矛盾凸顯，排洪排澇安全隱患日益加劇。因此，實(shí)施灌排分離工程，徹底解決灌排矛盾，對(duì)于提升供水能力、灌溉保證率十分必要。

2.2" 是平陰縣城區(qū)擺脫洪澇災(zāi)害的迫切需求

按照目前平陰縣城市防洪標(biāo)準(zhǔn)，保證縣城不受洪澇災(zāi)害的排澇流量需要達(dá)到30 m3·s-1，但現(xiàn)有一級(jí)泵站最大排澇流量?jī)H為12 m3·s-1，排澇能力明顯不足。因此，實(shí)施灌排分離工程，建立完善的、符合防洪標(biāo)準(zhǔn)要求的防洪治澇基礎(chǔ)設(shè)施保障體系，是非常必要、非常迫切的需求。

3" 主要建設(shè)內(nèi)容

3.1" 工程任務(wù)

灌排分離工程通過(guò)新建排澇泵站、排水箱涵，將灌溉輸水渠道與排水通道分開(kāi)，不再共用壓力池，實(shí)現(xiàn)灌排與排澇功能的分離，解決灌排矛盾，提升排灌能力[1]。同時(shí)，將出水口移至引水口下游，改善一級(jí)泵站的引水水質(zhì)。

3.2" 工程規(guī)模

根據(jù)《泵站設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50265—2022）中的設(shè)計(jì)流量章節(jié)，確定泵站設(shè)計(jì)流量。根據(jù)《錦水河（城市）防洪規(guī)劃》等方案，錦繡湖水庫(kù)有5個(gè)庫(kù)區(qū)，互相連通，總占地面積為1.71 km2，水面面積為1.51 km2，汛限水位為32.90 m，生態(tài)水位為35.30 m，防洪水位為36.87 m，庫(kù)容為633.00萬(wàn)m3，錦水河20年一遇洪水流量為270.80 m3·s-1，經(jīng)計(jì)算錦水河流域20年一遇洪水流量為654.20萬(wàn)m3。洪水需要通過(guò)倒虹吸穿過(guò)濟(jì)平干渠，由田山一級(jí)泵站排出，綜合考慮防洪需求、經(jīng)濟(jì)因素、倒虹吸過(guò)流能力及黃河防洪堤錦水河末端節(jié)制閘過(guò)流能力，確定排澇泵站排水能力為30 m3·s-1。

3.3" 工程總體布置

在錦水河末端建設(shè)1座排澇泵站，主要包括上游連接段、清污閘、進(jìn)水前池、進(jìn)水池、主廠房、副廠房、出水池、變電室及排水箱涵等。

4" 泵站選址

4.1" 泵站選址原則

泵站選址盡量靠近排澇河道，縮短進(jìn)出口連接建筑物長(zhǎng)度。地形條件應(yīng)滿足泵站建設(shè)要求，確保水流順直，杜絕紊流。地質(zhì)條件要基本滿足要求，同一站址不宜軟基和巖基并存。泵站排水口應(yīng)布置在原一級(jí)泵站引水口下游，減小澇水對(duì)引水口的影響[2]。

4.2" 站址方案比較

4.2.1" 設(shè)計(jì)方案

方案一擬在新建黃河大堤的錦水河末端節(jié)制閘上游處新建排澇泵站，優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)黃河大堤防洪，可降低泵站高度，減少泵站上游連接段及泵房工程投資；缺點(diǎn)是排澇泵站設(shè)在田山灌區(qū)一級(jí)泵站的管理區(qū)域之外，需要新增占地，新建管理道路較長(zhǎng)，且不利于與一級(jí)泵站統(tǒng)一調(diào)度管理[3]。

方案二擬在黃河大堤內(nèi)，錦水河末端節(jié)制閘下游、現(xiàn)狀清污閘上游處新建河道式排澇泵站，優(yōu)點(diǎn)是工程位于田山灌區(qū)一級(jí)泵站管理區(qū)域內(nèi)，工程移民投資少，并且施工時(shí)不影響黃河大堤及錦水河末端節(jié)制閘；缺點(diǎn)是站區(qū)位于黃河大堤內(nèi)，泵房高程比方案一高程高，泵房工程量較大。

4.2.2" 方案比選

通過(guò)對(duì)泵站站址進(jìn)行全面勘察，根據(jù)站址處的地形地質(zhì)條件及排水引水應(yīng)用條件分析，結(jié)合各專業(yè)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，2個(gè)新建泵站選址方案比較如下。

1）地形條件。兩方案所選站址均位于平陰縣錦水河下游，控制排澇面積大，水流條件好。

2）地質(zhì)條件。根據(jù)《地勘報(bào)告》，從工程地質(zhì)角度具體分析，方案二主廠房基礎(chǔ)座于中風(fēng)化白云巖上，可采用天然地基；而方案一主廠房基礎(chǔ)坐于黏性土上，需要進(jìn)行換填或地基加固處理。方案一基坑邊坡高度較小，基坑條件優(yōu)于方案二[4]。

3）對(duì)周邊現(xiàn)有建筑物的影響。方案一施工時(shí)，因新建泵站出口與黃河大堤上的錦水河末端節(jié)制閘連接，需要破壞黃河大堤及錦水河末端節(jié)制閘，施工難度較大。方案二站址位于錦水河末端節(jié)制閘下游，施工時(shí)對(duì)黃河大堤及錦水河末端節(jié)制閘不產(chǎn)生影響。

4）移民遷占。方案一位于田山灌區(qū)一級(jí)泵站管理區(qū)域外，新增占地大，管理道路長(zhǎng)。方案二位于田山灌區(qū)一級(jí)泵站管理區(qū)域內(nèi)，無(wú)新增占地。

5）工程投資。方案一建筑工程及移民投資估算約7 698.22萬(wàn)元；方案二建筑工程及移民投資估算約7 071.87萬(wàn)元。

綜合分析，2個(gè)站址方案的地形地質(zhì)條件基本相同，方案二在工程遷占、對(duì)周邊建筑的影響、工程投資等方面均優(yōu)于方案一。綜合考慮多方面因素，更推薦采用方案二。

5" 排澇泵站建筑物結(jié)構(gòu)類型選擇

5.1" 設(shè)計(jì)方案

考慮當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有灌排體系及水文、地形條件等，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，工程設(shè)計(jì)擬定仍采用提水泵站進(jìn)行強(qiáng)排。排水泵站根據(jù)進(jìn)水流向可采用河道式和岸坡式，即正向進(jìn)水和側(cè)向進(jìn)水2種形式[5]。

方案一擬定在現(xiàn)有清污閘上游50 m處設(shè)置岸坡式泵站。泵站采用側(cè)向進(jìn)水方式，進(jìn)水前池和進(jìn)水池均設(shè)置在錦水河道上，泵站、出水池布置在錦水河左岸，出口涵洞沿現(xiàn)有排澇涵洞的方向埋設(shè)至排水口上游100 m處。

方案二擬定在現(xiàn)有清污閘上游110 m處設(shè)置河道式泵站。泵站采用正向進(jìn)水，進(jìn)水前池、進(jìn)水池、泵站、出水池均設(shè)置在錦水河道上，出口涵洞沿現(xiàn)有引黃干渠埋設(shè)至老泵站引水口下游約500 m處[6]。

5.2" 方案比選

方案一優(yōu)點(diǎn)為出口涵洞短，工程量小；施工方便，對(duì)周圍建筑物影響小。缺點(diǎn)為進(jìn)口為側(cè)向進(jìn)水，出口位于黃河迎流頂沖段，水流條件差[7]；排出澇水順流而下，直接影響引黃河水質(zhì)。

方案二優(yōu)點(diǎn)為進(jìn)口是正向進(jìn)水，出口黃河河道順直，水流條件好；出水口位于引黃口下游，不影響引黃水質(zhì)，供水水質(zhì)有保證；工程占地小，遷占工作難度較小[8]。缺點(diǎn)為出口涵洞長(zhǎng)，工程量大；出口涵洞施工對(duì)現(xiàn)有建筑物有影響。

綜合兩方案的優(yōu)缺點(diǎn)，考慮工程擬建站址地形、地質(zhì)、水文、水質(zhì)及移民遷占等因素，更推薦選用方案二作為該工程泵站建筑物結(jié)構(gòu)類型。

6" 結(jié)語(yǔ)

新建排澇泵站工程，實(shí)現(xiàn)田山灌區(qū)一級(jí)泵站排灌功能分離，有利于增強(qiáng)錦水河的澇水強(qiáng)排能力，完善供水、排澇安全保障體系，提升田山灌區(qū)一級(jí)泵站供水功能，使其發(fā)揮更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。排澇泵站方案選取關(guān)系供排調(diào)度、工程投資及后期運(yùn)行成本，通過(guò)對(duì)排澇泵站站址、建筑物形式等主要方面進(jìn)行方案比選，最終確定排澇泵站設(shè)計(jì)方案，為類似泵站的選址、設(shè)計(jì)提供了一定參考。

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（責(zé)任編輯：劉寧寧）

收稿日期：2025-02-07

作者簡(jiǎn)介：丁尚進(jìn)（1993—），本科，工程師，主要從事水利水電工程研究。E-mail：2421002435@qq.com。