復式排澇區泵站規模確定
——以壽縣劉帝排澇泵站為例

張功義（安徽省六安市水利水電規劃設計院 六安 237000）

科技論壇

復式排澇區泵站規模確定
——以壽縣劉帝排澇泵站為例

張功義
（安徽省六安市水利水電規劃設計院 六安 237000）

隨著全球氣候變化加劇，我國洪澇災害十分頻繁。為了減輕洪澇災害，排澇工程設計在水利工程中顯得至關重要。本文以安徽壽縣劉帝排澇泵站為例，對復式排澇區的排澇泵站規模確定進行了探討，對實際工作中的排澇泵站的設計有一定的現實指導意義。

復式排澇區 排澇流量 圩區 調蓄區 劉帝排澇站

1 引言

復式排澇區通常指排澇區中有功能不唯一的區塊，比如有圩區或者調蓄區等。這一類的排澇區泵站排澇流量計算在實際操作中較為復雜，現有的規范比較原則和籠統，設計人員基于不同的考慮，計算方法不一而足，從而導致排澇流量的確定有一定偏差。因此，對于復式排澇區的排澇流量推算意義顯著。

安徽省壽縣正南洼地為淮河流域重點洼地之一，位于淮河南岸的壽縣西北部，洼地面積141km2，汛期淮河遇中小洪水，水位即高出洼地地面，而且時間長達2～3個月，“關門淹”的問題十分突出。其中，劉帝排澇區內既有圩區，又有調蓄區。本文以劉帝排澇區為例，根據工作實際，就劉帝排澇泵站如何分析計算確定泵站排澇流量，作簡要介紹，供類似復式排澇區工程參考。

2 工程概況

壽縣正南洼地排澇區集水面積大，洼地內共有建設圩、枸杞圩、迎北圩、肖嚴圩、正陽農場、劉帝圩和時淠圩，另有一處肖嚴湖，為正南洼地的主要調蓄區，來水面積240 km2，根據規劃共有五座排澇泵站，分別為大店二站（排澇區為建設圩、枸杞圩）、大店站（排澇區為迎北圩、肖嚴圩）、正陽農場站（排澇區為正陽農場）、劉帝站（排澇區為劉帝圩和肖嚴湖）和時淠站（排澇區為時淠圩）。

劉帝排澇泵站排澇區為劉帝圩和肖嚴湖。劉帝圩排澇面積8.6km2，地面高程19.50～21.00m，圩內耕地面積1萬畝；肖嚴湖為正南洼地的天然湖泊，也是正南洼地主要調蓄區，來水面積240 km2，流域長度約40 km，平均寬度6 km，流域形狀系數0.15，流域呈斜長梨狀，縱坡比降約0.28‰。劉帝排澇站主要功能：一是利用壽縣截澇渠抽排劉帝圩的澇水，二通過正南退水渠排泄肖嚴湖汛期洪水。因此劉帝排澇泵站排澇流量應為上述二部分的疊加，具體分析計算過程詳見以下“排澇流量的確定”。

3 泵站排澇標準及主排澇期選定

根據安徽省水利廳編制的《安徽省大型泵站更新改造“十一五”規劃報告》中“沿淮低洼地排澇標準達到5年一遇以上”，結合洼地內農業、水利和國民經濟發展規劃的要求，因地制宜地采取“自排、滯蓄、抽排”等綜合治澇措施；加強管理，優化調度，及時騰空底水，充分利用溝塘滯蓄澇水，高水高排、低水低排，盡量減輕抽排負擔等原則，最終確定劉帝泵站抽排標準采用7年一遇。根據當地暴雨特點，確定劉帝排澇站的主排澇期為5～9月。

4 排澇流量的確定

4.1 肖嚴湖排洪流量的確定

4.1.1 肖嚴湖設計洪水

肖嚴湖為正南洼地最大的調蓄區，來水面積240 km2，據實測降雨統計，該流域最大24小時點雨量均值為100mm，Cv=0.53，最大lh點雨量均值為45.5mm，Cv=0.50，Cs為3.5Cv。根據該流域地形為丘陵區特點，采用安徽省山丘區中、小面積設計洪水計算辦法，即根據流域及暴雨特性采用納希線性瞬時單位線模型進行匯流計算的方法，推求設計洪水，具體計算過程不再詳細贅述，計算成果詳見表1。

表1 肖嚴湖設計洪水計算成果匯總表

表2 肖嚴湖洪水調節計算成果表

4.1.2 肖嚴湖洪水調節計算及排洪流量確定

根據上述設計洪水成果及肖嚴湖的水位～庫容曲線，進行肖嚴湖洪水調節計算，肖嚴湖的洪水調節計算采用水量平衡方程式，起調水位取22.00m。為充分利用肖嚴湖的調洪能力，減輕劉帝泵站抽排負擔，根據肖嚴湖圩堤防洪標準（20年一遇）、堤防現狀及歷年運行情況，肖嚴湖堤防在23.50m以下水位基本可以安全運行而不破圩，因此洪水調節計算中假定若干個下泄流量值進行試算，當來水流量小于下泄流量，按來水流量下泄；當來水流量大于下泄流量，按假定的下泄流量值下泄，最終取肖嚴湖洪水調節計算最高水位接近23.50m的水位對應泄流量作為設計排洪流量。計算成果詳見圖1和表2所示。

因此，取35m3/s作為肖嚴湖的向正南洼地的排洪流量。4.2劉帝圩排澇流量確定

根據劉帝圩農作物種植結構、溝塘率等基本情況，參照相關規范，分析確定設計暴雨歷時為3天，排澇歷時也為3天。并根據周邊正陽關、魯臺子、安豐塘三個雨量站實測降雨資料，推求歷年最大3天設計暴雨，并根據降雨徑流關系，確定設計凈雨R。排澇模數計算通常有平均排除法、綜合單位線法、水量平衡法和各地區中小面積設計洪水計算辦法等，鑒于劉帝圩排澇面積較小且地形平坦，采用平均排除法計算劉帝圩排澇模數，計算公式如下：

M=（ahRt+as（Pt-ET-hs）+at（Pt-ET-ht））/3.6Tt

式中：M—排澇模數（m3/s/km2）；

ah、as、at—排澇區旱地率、水田率、溝塘率；

Pt—歷時為T的設計暴雨（mm）；

Rt—歷時為T的設計凈雨（mm）；

E—水面日蒸發量（mm/d）；

T—澇水排除時間（d），該工程取3；

hs—水田滯蓄水深（mm）；

ht—溝塘滯蓄水深（mm）；

t—1d排澇時間，該工程取22h。

經計算劉帝圩7年一遇的抽排排澇模數為0.5m3/s/km2，排澇面積8.6 km2，則劉帝圩設計流量為4.3 m3/s。

圖1 肖嚴湖洪水調節計算成果圖（P=5%）

4.3 劉帝站排澇流量確定

經以上分析計算，采用線性疊加的方式確定劉帝排澇泵站排澇流量：即為確保肖嚴湖20年一遇設計洪水時圩堤安全條件下的最大排洪流量（35 m3/s）與劉帝圩7年一遇設計抽排流量（4.3 m3/s）兩部分的疊加，因此最終確定得到劉帝排澇泵站排澇流量為39.3 m3/s。

5 結束語

以上討論了復式排澇區泵站排澇流量的計算方法，在實際工作中應注意以下幾點：

（1）準確掌握排澇區的農作物種植結構、河湖及溝塘等基本情況。

（2）應綜合考慮澇區的地形地勢、排水面積、作物種類、田間滯蓄澇水能力等因素，經論證合理確定設計暴雨歷時、排除時間。

（3）在條件許可的情況下，盡量采用實測降雨資料。

（4）不同類型排澇區的排澇流量計算方法應結合澇區面積、地形和河湖水系條件、下墊面類型、排水方式，分別對待。主要有平均排除法、綜合單位線法、水量平衡法和各地區中小面積設計洪水計算辦法等。平均排除法主要用于排澇面積較小的且地形平坦的排澇區，該方法計算過程較簡單，在采用平均排除法時，對自排的排澇涵閘一般不考慮溝塘及水面調蓄作用，但對抽排泵站應充分考慮溝塘及水面調蓄作用，避免排澇泵站裝機偏大而造成不必要的浪費；綜合單位線法適宜排澇區地形平坦且排澇面積較大的區域；水量平衡法對各種類型排澇區均可采用，但對有溝塘調蓄排澇區，該方法計算成果更精確。各地區中小面積設計洪水計算辦法主要用于地形為丘陵地貌，有天然的排水溝渠的排澇區。對同一排澇區可采用多種方法計算的，應對每種計算方法成果進行對比分析，分析中重點考慮本市及周邊地區已建排澇工程實際運用情況，合理選定。實際工作中用綜合單位線法、中小面積設計洪水計算辦法計算的設計流量均為洪峰流量，如確定排澇閘及排澇泵站等建筑物設計流量時應適當進行削峰處理，避免設計流量偏大造成不必要的浪費