全地下式多功能雨水泵站的工藝設計

冀偉江,紀 碩,邢芳芳

(中冶京誠工程技術有限公司,北京100176)

全地下式多功能雨水泵站的工藝設計

冀偉江,紀 碩,邢芳芳

(中冶京誠工程技術有限公司,北京100176)

結合南京河西新城南部地區新梗雨水泵站工程實例，介紹了全地下式泵站的布置形式、泵站規模的計算方法、引水工程設計。新梗雨水泵站兼有排水及引水功能，使城市景觀河道起到“活水”效果。同時，利用泵站前池上部空間，設維修、物資倉庫。

全地下式雨水泵站；規模；引水工程；工藝設計

1 工程概況

南京河西新梗泵站現狀：該泵站原為農用泵站，主要存在如下問題：

（1）泵站建設標準低、規模小。其排澇模數僅為0.748 m3/(s·km2)，無法滿足該地區排澇要求。

（2）泵站建設歷史久遠，設備陳舊老化嚴重。原泵站機械設備陳舊老化、建筑物陳舊，給運行帶來了潛在的危險。

（3）設施配套不全。在泵站入口處未設置人工格柵，一旦撈污不及時，就會造成阻水，影響泵房正常運行。

河西新城正在發展成為現代化新南京的中心區和標志區，為使泵站的排澇能力與該地區匯水面積相適應，使泵站建設標準與現代城市發展相協調，新建新梗泵站已顯得非常必要。

新建新梗雨水泵站北側為規劃新河路、西側為規劃雙閘街，南側為秦淮新河大堤，服務面積535 hm2，規模為24 m3/s。

2 地下式雨水泵站設計

2.1 工藝設計

2.1.1 工藝流程

新梗雨水泵站主要工程包括：泵站工藝設計、進水箱涵設計、出水箱涵設計、引水工程。工藝流程圖見圖1。

圖1 新梗雨水泵站工藝流程圖

2.1.2 雨水泵站規模的確定

（1）河道設計流量的確定

雨水由暗管和明渠共同參與徑流，按河道匯水面積為535 hm2，重現期P越20年，徑流系數鬃越0.65計算，河道設計流量為41.06 m3/s。

（2）河道調蓄容量的確定

河道調蓄容量按V=L×B×H計算得出；

式中V--河道調節容量,m3；

L--河長,m；

B--河寬,m；

H--調蓄水深,m。河道調蓄容量主要通過暴雨前騰空河道，降低河道水位來實現。當河道調蓄水深0.80 m，河道調蓄水量為75690 m3。

（3）泵站設計規模的測算

雨水泵站規模按近似法公式V=(1-α)1.5×Qmax×子0計算。

式中子0--設計匯流時間,s；

α--下游設計流量折減系數；

Qmax--泵站匯水區內河道設計流量,m3/s；

Q--泵站進水總管設計流量,m3/s。

計算得：

=0.57

泵站設計流量Q=α×Qmax=0.57×41.06=23.4 m3/s。

根據《室外排水設計規范》（GB50014-2006）（2011年版）用于削減排水管道洪峰流量時的公式

校核雨水泵站規模。

式中：V--調蓄池有效容積,m3；

α--脫過系數，取值為調蓄池下游設計流量和上游設計流量之比；

Q--調蓄池上游設計流量Q,m3；

b、n--暴雨強度公式參數；

t--降雨歷時,min。

計算得α=0.717，泵站設計流量Q=α×Qmax= 0.717×41.06=29.4 m3/s。

新梗雨水泵站排水能力28.8 m3/s。雖《室外排水設計規范》（GB50014-2006）（2011年版）用于削減排水管道洪峰流量時的公式適用于雨水調蓄池計算，將本工程河道假設為雨水調蓄池，經上述計算，本泵站基本滿足校核流量29.4 m3/s的要求。

2.1.3 雨水泵站設計

（1）前池

雨水經進水箱涵重力流進入前池，根據總平面布置圖及格柵的總寬度不宜小于進水渠道寬度的2倍原則，設計漸寬部分展開角度12毅，漸寬部分長度29.6 m。前池斷面為梯形斷面，上、下口寬分別為8.60 m、20.90 m，前池凈高3.25 m。前池容積為：888 m3。

（2）格柵間

為保證混流泵的穩定運行，設置背靶式格柵除污機去除雨水中的大塊污染物。格柵除污機安裝角度為75毅，柵條凈距b=30 mm，柵前最高水深2.80 m，水流過柵流速為0.75 m/s。本工程共需配置5套B越3700 mm機械格柵除污機，同時，格柵除污機工作平臺，安裝皮帶輸送機、壓榨機各1臺，以方便垃圾清除和運輸。

雨水提升泵站的集水井及格柵井內容易積聚H2S等有害氣體[1]，為保證雨水提升泵站工作人員的人身安全，格柵間內設有除臭裝置及H2S氣體檢測探頭。考慮格柵間存在冒水的可能，為保證電氣室安全，將格柵間與電氣室采用混凝土墻完全分開。同時，格柵間、電氣室的通風系統互相獨立，互不干擾，避免格柵間內氣體腐蝕電氣設備。

（3）集水池

集水池設計采用梯形斷面，上、下口寬分別為20.90 m、48.80 m，常液位5.50 m，報警液位6.00 m。集水池采用正向進水，進水擴散角24毅，有效容積4207 m3，前池與集水池的有效容積為最大一臺水泵的抽水時間為23 min。

（4）雨水提升泵房

設10臺潛水混流泵，其中9臺大泵，1臺小泵。集水池內設置液位傳感器和液位開關，以控制水泵的運行和保護泵。主要設計參數及設備：

潛水混流泵：Q越3.0 m3/s，H越10.57 m，N越450 kW，9臺；

Q越1.8 m3/s，H越10.57 m，N越280 kW，1臺。

為防止潛水混流泵停止運行后秦淮新河水向泵站倒流，在出水管末端設浮箱拍門。在每臺混流泵上方設有安裝檢修孔，安裝檢修孔尺寸為直徑2.4 m圓孔。為保持潛水混流泵的安全運行，在鋼制井筒蓋設復合排氣閥，在穿墻管上設排氣立管。

（5）出水井

壓力出水井匯集各臺水泵出水，提升后的雨水再通過出水箱涵排至秦淮新河。壓力出水井長48.8 m，寬9 m，高4.1 m，設10臺拍門，3臺手電兩用鑄鐵閘門，其中2臺安裝于出水箱涵，1臺安裝于回流管。在每臺拍門上方設有安裝檢修孔，同時，設2個檢修人孔。檢修孔上設壓力蓋板。出水井底標高為7.05 m，出水井內頂標高為11.15 m。

（6）泵站的平面布置圖及剖面圖詳見圖2、3。

圖2 新梗雨水泵站平面圖

圖3 新梗雨水泵站剖面圖

2.1.4 進水箱涵設計

（1）進水箱涵長度

根據相關資料，在規劃路面標高9.0 m處為景觀內河與進水箱涵銜接點，即景觀內河距螺塘街58 m，進水箱涵全長250 m，每隔60 m設檢查井。同時，根據雨水系統規劃圖，在新河路設檢查井，預留地塊雨水接入口。

（2）進水箱涵斷面設計

雨水泵房通過進水箱涵與景觀內河銜接，進水箱涵規格：2孔4000×2000mm，混凝土材質，粗糙系數n=0.013，坡度i越0.0021，按重力流計算，流速v= 2.69 m/s，過流能力為43 m3/s。為保證運行安全，采取進水箱涵過流能力大于泵站能力的設計。

景觀內河和進水箱涵銜接處設簡易格網，柵條凈距b=200 mm。為便于進水箱涵的清淤及檢修，在簡易格網后設一道手電兩用鑄鐵鑲銅閘門。

2.1.5 出水箱涵設計

雨水經潛水混流泵提升后進入出水箱涵，最終排至秦淮新河。出水箱涵全長77 m，出水箱涵規格：2孔4000×2000mm，混凝土材質。

出水箱涵在排出口時變為出水漸擴箱涵，漸擴角度45毅，出水漸擴箱涵寬度30 m，保證排至秦淮新河的流速小于0.5 m/s。出水箱涵與出水漸擴箱涵之間設手電兩用鑄鐵鑲銅閘門。

2.2 引水工程設計

南京河西新城區四面環水，屬河漫灘地，地勢平坦低洼，無山可依但有水可傍。春夏兩季充沛的降雨，可使河道得到一定的水量補給，但兩次降水之間，河道內則是死水一潭，尤其是秋冬枯水期以及夏季河道水體的蒸發量大于降水量時，河道缺乏有效的水源補給，直接影響城市形象。

為此，對河西南部地區的河道引補水工程提出了兩大規劃目標：（1）配合河西南部地區的河道建設，建立比較完善的河道補水系統，實現“河水流動、水質達標”。（2）補水后的河道水質一般不低于《地面水環境質量標準》（GB3838-88）郁類水體的水質要求。

本次研究的新梗雨水泵站兼有排水及引水的功能，從地理位置、水源的水量、水質、水位等方面綜合考慮，河西南部地區河道的主要補水水源宜選秦淮新河為補水水源。根據規劃，秦淮新河應恢復到芋類水體，完全可以作為補水水源。

（1）補水量與補水周期

河西南部地區河道在5.50 m的常水位時的蓄水量約為55.6萬m3，日最大蒸發量3475.6 m3。向河道補水時，保持河道最小流速0.2~0.25 m/s即能起到清潔河道的作用。按照秦淮新河補水水源可提供的補水量：新梗雨水泵進水量為2.0 m3/s，則：

每次補水時間：0.48 h（按補水量2.0 m3/s計）

每次換水時間：77 h

（2）水位組合

1）秦淮新河

河堤堤頂標高為12.10 m

設計防洪水位11.17 m

設計最高水位9.50 m

常水位7.00耀7.50 m

2）景觀河道

設計最高水位6.00 m

設計常水位5.50 m

設計最低水位4.00 m

河底高程3.50 m

3）當河道水位低于4.5 m時，開始補水；當河道水質低于《地面水環境質量標準》（GB3838-88）吁類水體的水質時，進行換水，換水后水質不低于郁類水體水質。

（3）引水管設計

利用秦淮新河、景觀河道1 m的水頭，通過自流方式由秦淮新河向河西景觀河道補水。在生產管理用房內設置分析化驗室，水質合格后向河西新區引水。

補水通道為：新梗泵站寅天保中河寅沙洲西河寅中部地區。

從秦淮新河引一根引水管，將水引入新梗雨水泵站進水箱涵。當內河水位降低至一定高程或水質惡化時，由秦淮新河通過引水管道進行補水或換水。引水管靠秦淮新河端設簡易格網，柵條間隙b=50 mm。為方便檢修，在引水管上設2臺手電兩用鑄鐵鑲銅閘門。引水管采用焊接鋼管，管徑D2032×24，坡度i=2.43譯，全長192 m，管底標高4.50~5.00 m。為保障堤壩安全，引水管穿堤壩部分采用鋼筋混凝土包封處理，并在秦淮新河迎水面設鋼筋混凝土防滲環。焊接鋼管內防腐采用內襯水泥砂漿層，外防腐采用環氧煤瀝青涂料，按特加強級（六油二布）防腐要求處理，厚度逸0.6 mm。

2.3 景觀河道“活水”

河西新城南部地區的景觀河道都是相通的，相對于新梗雨水泵站，在秦淮新河下游，規劃有螺塘雨水泵站，該泵站兼有排水及引水的功能，為實現河水流動的目，可通過下游螺塘雨水泵站排水，上游新梗雨水泵站引水使河道“活水”，達到“雨水流得暢、活水引得進”的功能。

3 最大程度利用地下空間

為泵站及濱河科技休閑服務區提供場所，充分利用地下空間，將泵站前池上部設維修、物資倉庫（丁類），同時，在維修、物資倉庫設消防泵房以滿足消防要求。

在維修、物資倉庫內設260m3消防水池，以滿足先鋒秦淮風光帶室內消防需求，其中室內消火栓用水量20 L/s，作用時間2 h，自噴用水量30 L/s，作用時間1 h，消防泵設計流量為50 L/s，揚程70 m（室內消火栓和自噴合并）。先鋒秦淮風光帶設置DN250環狀消防增壓供水管，各單體自噴濕式報警閥組設于各單體幢建筑內，在報警閥前分為獨自的消火栓和自噴二套系統。消防屋頂水箱設于先鋒秦淮風光帶東側商業建筑屋頂（絕對標高24.1 m）上，消防水箱容積18 m3，并配套相應的消火栓和自噴增壓穩壓設備，揚程0.35 MPa，高位水箱服務于先鋒秦淮風光帶。

4 結束語

全地下新梗雨水泵站兼有排水及引水的功能，最大程度利用泵站前池上部空間設維修、物資倉庫，在滿足城市防澇、防汛[2]功能的前提下，符合濱河科技休閑服務區景觀要求，同時把“親水、依水、活水、凈水”作為提升城市品質的亮點，為類似的工程項目提供參考。

[1]胡龍；地下式雨水泵站設計中應注意的問題[J]，中國市政工程，2007年12月.

[2]張鴻斌,天津市北塘地區多功能雨水泵站的設計[J]，中國給水排水，2011年6月.

Process Design of Full Underground M ultifunction Rainwater Pum ping Station

JIWei,JI Shuo,XING Fangfang
(CapitalEngineering&ResearchIncorporationLtd,Beijing100176,China)

The layout form,scale calculation method and water diversion work of a full underground rainwater pumping station were introduced with the concrete example of Xingeng Rainwater Pumping Station of Nanjing Hexixincheng District.The Xingeng Rainwater Pumping Station has both functions of water drainage and diversion,making the urban landscape river as a flowing water.At the same time,the upper space of the front pool of pumping station was utilized as storage for maintenance and materials.

full underground rainwater pumping station;scale;water diversion project; process design

TV213

B

1006-6764（2014）02-0048-04

2013-08-15

冀偉江（1980-），男，畢業于西安交通大學環境科學與工程專業，工程師，現從事給排水技術工作。