城市排澇泵站規模規劃與可行性研究

劉梓初

【摘要】確定排澇泵站的規模是城市排澇工程規劃設計的重點，合理確定泵站規模不僅關系到城市防洪安全，還影響排澇工程的投資和運行效益，因此本文對城市排澇泵站規模規劃與可行性進行了探討研究。

【關鍵詞】排澇泵站；規模規劃；可行性分析

1、排澇泵站規模的規劃方法

1.1 排澇泵站規模的主要指標

排澇泵站規模指標包括設計流量、裝機容量、特征水位、特征揚程等，但其中影響規模最重要的指標是設計流量，所以本文主要討論排澇泵站設計流量的確定方法。

1.2 排澇泵站設計流量的確定方法

按照《水利工程水利計算規范》（SL 104）規定，排澇泵站設計流量應通過排水要求的計算確定，具體分為以下3種情況：（1）將澇水直接排至河道的規劃泵站應通過河道設計排水流量的計算來確定；（2）澇水先經河道自流或通過內排站排至蓄澇區，再由規劃泵站排到承泄區，應根據設計暴雨及蓄澇區入流過程線的調蓄計算結果，取最大出流量為泵站設計流量的依據；（3）規劃泵站兼有澇區澇水和蓄澇區積水的排放時，應按照先排澇區、后排蓄澇區的原則分別計算排水流量，并以流量計算最大者作為泵站的設計流量依據。河道設計排水流量可按排水模數法、排澇期平均排除法以及產匯流推演法進行計算；而利用河道涌容進行調蓄時，可采用調蓄演算法進行計算。無論采用哪種方法，都無法回避標準的選用以及各種計算方法的選擇問題。由于水利部門和城建部門排澇標準的出發點不同，前者適于排澇面積較大水系或河涌，設計暴雨重現期為10年一遇24h暴雨3d排除；后者適于排水面積較小的區域，如城市雨水管道排水系統的設計，設計暴雨重現期為1～2年，降雨歷時分為5～120min九個時段。由于暴雨樣本選樣及重現期上的差別較大，排澇計算結果必然會有較大差異。而不同計算方法適用范圍與條件不同，計算出的峰值流量也會有較大差別，如推理公式法與毛雨概化峰值法在計算10km2以內面積區域時峰值流量差別可能會達到1倍以上。采用水文計算時同樣會有這個情況，平均排除法與平湖法計算出的排澇流量可能相差5倍。因此，在規劃排澇泵站規模時必須弄清項目的使用條件和范圍，如推理公式法適于樹葉型分布區域，毛雨概化峰值法適合有魚塘、水田等錯峰蓄水的地類。還有一種情況是排澇區域同時有城區和農田時，不能簡單地把兩類區域流量疊加作為排澇泵站的設計流量，而應分別確定兩個地類的排澇標準，再分別計算兩個地類在設計標準下的排澇流量，取兩者之和作為規劃區域排澇泵站的設計流量。

1.3 排澇泵站設計流量計算方法應用

某河涌匯水面積18.53km2，排澇標準為10年一遇24h設計暴雨1d排完。洪峰流量計算結果為：采用綜合單位線法計算洪峰流量為81.74m3/s，推理公式法計算洪峰流量為76.8m3/s，毛雨概化法計算洪峰流量為70.55m3/s，可見這幾個結果偏差不太大。水文計算結果如下：比降法計算排澇流量為47m3/s，平湖法計算排澇流量為40m3/s，平均排除法計算排澇流量為18.53m3/s。這幾個計算結果中平均排除法得到的規劃流量明顯偏低，這是因為平均排除法僅以總水量平均排除，而不考慮內河涌水位對致災效果的影響，所以偏差較大；平湖法假定澇區內的河涌為一個湖，然后根據總水量平衡的原理確定河涌水位的變化，以此判斷排澇方案是否滿足設計要求，但沒有考慮水流流動時水面線的比降，所以計算結果偏小，但已比平均排除法合理得多；比降法考慮了水流流動時水面線的比降，更接近實際排澇過程，因而計算結果最合理。

2、排澇泵站的可行性分析

2.1 排澇泵站的可行性分析方法

排澇泵站的可行性分析內容包括工程投資、運行費用、工程效益等方面的內容，而比較的前提是必須進行多方案比較，也包括與同類工程的比較。制定多個方案，目的是從不同的方案中選擇最佳方案。與同類工程比較，可以體現規劃工程的水平在同類工程中處于什么地位，是否具有先進性和創新性。工程投資是可行性分析的重要內容，一般采用排澇泵站單位流量或單位裝機容量進行計算，但這種方法較為粗糙，在可行性研究階段應以初步設計成果，并按照相關標準進行逐項計算，精確度較之前高出不少。運行費用一般采用年運行費用，包括直接年運行費用和間接運行費，前者包括動力費、維修保養費、行政管理費、觀測與試驗研究費、其他費用幾項，后者主要是固定資產折舊。排澇泵站的工程效益包括直接排澇效益和間接排澇效益，前者是指泵站因排除澇水而減免的洪澇損失，后者包括減少的分洪損失、減少的防汛費用及產生的其他效益等。

2.2 排澇泵站的可行性目標與優化方法

從經濟角度考慮，排澇泵站建設的目標應當使總投資最小化，而要減少排澇泵站規模（裝機容量），可以充分利用河道涌容進行調蓄，這就需要在設計暴雨條件下使河道設計水位不超過控制水位，而河道設計水位與河道涌容、泵站設計流量有關。

假定排澇泵站機組單機的設計流量為（m3/s），裝機容量為（kW），機組共臺，河道最大蓄水容積與水泵啟動時的蓄水容積分別為、（單位均為m3），單位機組和渠道投資分別為、（單位均為萬元/臺），則排澇泵站優化設計目標可用以下關系式表示：

式（1）、（2）中，表示總投資，表示河道來水的過程；其中、分別表示排澇泵站機組起調與終調的時刻，也就是來水流量降到或外江水位降到自排水位以下的時刻。

利用上面的關系式可以充分協調河道涌容與排澇泵站的設計流量，以實現城市排澇規劃總投資的最小化。

3、結語

城市排澇泵站的規劃設計是一項比較復雜的工作，規劃設計人員在確定泵站規模時應當保持清晰的思路，正確運用規劃方法，這樣復雜的問題也可以簡化。層層推進，步步精心，再加上前后驗證和反復比較，必能得到可靠性高的規劃設計方案，從而為城市防洪排澇事業做出自己的貢獻。

參考文獻：

[1]徐晶，宋東輝. 考慮河道涌容調節的排澇設計[J]. 人民長江，2010，41（24）：17-19，24.

[2]劉超. 城區與農田混排區排澇泵站流量計算方法的探討[J]. 治淮，2011（11）：22-24.