一體化泵閘在福州內河水系治理中的應用

宋建大

(福州市水環境建設開發有限公司 福建福州 350001)

0 引言

福州市中心城區共有大小河道67條，主要承擔城區排澇、景觀的雙重功能。整個內河水系呈樹枝狀，北高南低，西高東低，主河道均為由北向南流入閩江。隨著近年社會及經濟發展，各河道均受不同程度的污染，其中黑臭河道27條。為此，福州市全面開展了內河水系綜合治理工程，通過清淤、截污、補水等措施解決河道水質黑臭的問題，目前已初見成效。但在維持河道水質長期可靠穩定的問題上，由于受閩江潮水頂托以及內河形狀的影響，存在許多河道上下游河底標高接近，河水流速緩慢，水動力不足，河水長期在某一區域內滯留，造成水質容易受影響等情況出現。為了解決河道水流不暢、流速過慢的問題，提高河道的水動力，讓河道形成單向流，提高水環境容量，同時考慮到福州市城區水系周邊土地資源緊張等問題，本次內河水系治理過程中，全國范圍內首次引入一種新型設備一體化泵閘智能系統，徹底解決了土地資源緊張情況下提高河水流速、增強水動力的問題。同時，下游水位較高的情況下，利用該泵閘及時抽排，對解決局部流域內澇也發揮了積極作用。

1 一體化泵閘簡介

1.1 一體化泵閘理念

一體化泵閘是將水泵安裝在閘門上，閘門和水泵合二為一的一體化裝置。當上游水位高時，開啟閘門，上游水自流至下游；當上游水位低，下游水位高時，關閉閘門，啟動水泵，上游水被泵送至下游。其運行原理如下[1-3]:

正常狀態下，泵閘閘門開啟，水通過重力自流。工作狀態下，泵閘閘門關閉，啟動水泵排水如圖1～圖2所示。

圖1 正常狀態下工作原理圖

圖2 工作狀態下工作原理圖

1.2 一體化泵閘構造

一體化泵閘系統和傳統泵站系統類似，主要有以下設備組成：軸流水泵、一體化閘門、啟閉機、格柵除污機(自動或人工)，液位傳感器、電氣控制系統，還可配置疊梁閘、拍門泥漿泵等設備。安裝在閘門上的軸流泵，是一款大流量低揚程的水泵，帶有自清潔葉片及無堵塞性能。同時，安裝水泵的閘門也是經過專門的特殊設計，除了最基本的密封擋水功能外,它還具有承受水泵運轉時所產生的載荷以及在泵閘開啟過程中平衡性特點。

1.3 一體化泵閘運行工況

根據設計要求及工況的不同,安裝在閘上的水泵有臥式安裝、立式安裝及液壓缸3種形式，如圖3所示。為了滿足不同河道寬度及流量的設計要求,閘門和水泵的配置型式有如下兩種：①1個閘門配1臺水泵；②1個閘門配2臺水泵。同時，根據河寬的不同可以設置2～3個閘門。

圖3 3種泵閘安裝形式

1.4 一體化泵閘與傳統泵閘比較

(1)增大河道水動力，形成單向流

泵閘一體可以使河道形成單向流，當下游水位低時，開閘放水；當下游水位高時，開泵排水。在內外水位持平的情況下，也可通過開泵抽排增加水動力。

(2)節約土地

由于一體化泵閘只有泵閘、拍門等設備，沒有配電室也可直接設置在閘室上，所有設備均可布置在河道里。與傳統泵站閘門相比，沒有另設排水泵站等，占地面積僅為傳統泵閘2/3，且基本不占用河道外土地，從而減少了征地拆遷成本。

(3)節省投資

泵閘一體，可整體調運安裝，檢修方便，節省了另設泵房及附屬設備等投資，設備成本可降低1/3。

(4)運行費用低

高度集成化，節約大量配件，大大降低了泵閘的維護費用。

(5)運營維護方便

操作簡單，設備少，管理方便。安裝液位系統和自動控制系統，可以實現無人值守。

2 工程實例陸莊河泵閘工程

陸莊河北接白馬河，南入新西河，全長1km，兩側駁岸已建設完成，左岸為道路，右岸為10m的沿河綠化帶，水體渾濁，河道流速較慢，污泥淤積，屬于較為黑臭河道之一。經過清淤、截污管施工后，基本消除了入河污染源。但由于白馬河和新西河都有閩江補水，陸莊河兩端受補水頂托，上下游水位長期持平，水流流速低，水動力不足。同時，陸莊河沿河兩岸均為靠駁岸居民小區，場地狹窄，不具備采用傳統泵閘建設的條件。為此，采用一體化泵閘進行建設。

2.1 工程概況

該泵閘工程補水規模為2.88m3/S，采用液壓缸形式，共設置3個渠道，共3個泵閘，一閘配一泵，每個閘板長×高×厚分別為2m×5.62m×1m，每臺泵流量0.96m3/S，揚程2m，液壓站功率11kW。工程整體呈長條形，東西長9.2m，南北長35.3m，首尾設置檢修疊梁閘，中間設置泵閘，泵閘前端設置可開啟機械格柵除污機。

2.2 泵閘建設

(1)基礎施工

首先在上下游各設置一道沙袋圍堰，圍堰間設置DN1000導流管，基礎采用DN600高壓旋噴樁，樁長10.8m，支護樁采用高壓旋噴樁加拉森鋼板樁結構，樁長20m，支護樁及基礎樁經樁基承載力檢驗合格后，進行基坑開挖，達到設計標高后進行墊層、底板施工、鋼筋綁扎及混凝土澆筑。基礎施工的關鍵控制點，在于對深基坑的位移持續監測、基坑內支撐體系監測、地下水位控制。

(2)主體施工

底板混凝土達到強度后，進行翼墻及閘墩等結構鋼筋綁扎，預埋液壓缸前支座和后支座連接件，跟主筋焊接，并預留設備安裝洞口，經監理檢驗合格后，安裝模板，澆筑翼墻及閘墩等結構混凝土。主體施工關鍵控制點在于各部位結構坐標點誤差控制，高支模體系的加固支撐水平及垂直度控制，混凝土澆筑前各專業管線預留、各洞口預留的正確性控制。

(3)設備安裝

主體結構混凝土達到強度后，拆除模板，復核設備安裝預留洞與預埋件尺寸、位置、高程，先進性設備埋件安裝并澆筑二期混凝土。同時，運輸設備至現場開箱檢查后，進行閘板、液壓壁支座、液壓站安裝，接著安裝軸流泵、格柵除污機，最后進行電氣設備及自控系統安裝。設備安裝施工的關鍵控制點，在于預埋件的成品保護、大型設備吊裝現場安全控制，各設備安裝緊固情況復檢。

(4)設備調試

設備全部安裝完成后進行調試。首先，進行單機調試，主要包括閘門啟閉程度及密閉性、水泵出水性能及穩定性、液壓站油壓及泄露情況等。單機調試合格后，進行聯動調試，通過自控系統發出命令，確保各設備及時準確執行。最后，進行遠程測試，確保無人值守情況下正常運行。設備調試施工的關鍵控制點，在于各設備的電氣檢驗試驗，各設備的單機空載試驗，各設備的單機負載試驗，系統聯調參數達標性，模擬各種工況下設備穩定性，模擬各種故障觸發系統保護動作及時性。

2.3 運行效果

一體化泵閘從進場施工到運行歷時4個月，土建施工3個月，設備安裝及調試1個月，構筑物占地325m2，所有設施、建筑基本位于河道上，不占用岸上土地，不設置值守、通過控制中心反映至遠端控制中心，自動控制設備啟閉。從運行效果看，正式確定了河道從北往南流的單向流流向，明顯提高了河道流速，增強了水動力，極大改善了該條河道水質情況。同時，汛期在下游水位較高的情況下，利用該泵閘及時將該河段內澇水強力抽排，對內河排澇也發揮了積極作用。

4 結語

陸莊河一體化泵閘的順利實施，為福州市在全面完成水系治理截污清淤工程之后，解決部分河道水流流速偏慢、水動力不足的問題提供了經驗，為非汛期的河道水量調配、保障水質長期穩定向好、保證水網景觀發揮了積極作用。同時，一體化泵閘占地小、投資小、操作方便、運營維護方便等特點，具有較強的推廣價值。為該設備在全省乃至全國推廣提供了樣本與經驗，為全國治理黑臭河道提供了寶貴經驗。