臺安縣擬改造泵站排水流量及特征水位推求研究

付 鑫

(遼寧江河水利水電工程建設監理有限公司，遼寧 沈陽 110003)

1 遼渾蒲泵站概況

臺安縣遼渾蒲泵站地處臺安縣南部，地處下遼河平原腹地，遼渾蒲泵站屬于遼寧省大型泵站之一，是以渾河及其回水支流外遼河、遼臺排干為排水河道的大型電力排灌泵站，由三界排水站、湘水排水站、郁坨子排水站、偏養子排水站、頭臺子排水站、兀拉排水站、竇家排水站、李套子排灌站、張臺子排灌站等9座站組成，總裝機68臺，總裝機功率11 005 kw，設計流量110 m3/s。遼渾蒲澇區總人口10.4萬人，遼渾蒲泵站擔負著區域內271.82 km2的排水任務，設計灌溉保證率75%，實際灌溉保證率為48%，設計灌溉面積1.8萬畝，有效灌溉面積0.8萬畝，設計排澇面積24.82萬畝，實際排澇面積24.82萬畝，主要受益鄉鎮有韭菜臺鎮、高力房鎮和黃沙坨鎮，年產糧食3.1億斤，年產值49億元。

2 遼渾蒲泵站運行現狀及存在問題

遼渾蒲泵站位于遼寧省臺安縣境內，主要承擔渾河、外遼河和遼臺排干所包圍區內的排水任務。遼渾蒲泵站由9座站組成，共裝機68臺，總裝機功率11 005 kW，設計流量為110 m3/s。根據《泵站設計規范》，遼渾蒲泵站規模為大(2)型，泵站等別為Ⅱ等。這些泵站多建設于上世紀六七十年代，經過幾十年的運行，多數存在水工建筑物老化、損毀，機電設備和金屬結構多數屬于淘汰產品，大多超期服役，存在嚴重安全隱患，嚴重影響到排水泵站的安全運行。按照《全國大型灌溉排水泵站更新改造規劃》，遼渾蒲泵站的全部9座泵站全部列入了更新改造。已完成了三界排水站、郁坨子排水站、兀拉排水站、張臺子排灌站、湘水排水站和頭臺子排水站等6座泵站的更新改造。為保障控制區域內的排澇得到有效的解決，使當地的經濟得到穩定、快速、健康的發展，對臺安縣遼渾蒲泵站剩余3座泵站進行更新改造是十分必要的。

3 擬改造泵站工程等級及防洪標準

3.1 工程等別

本工程只對偏養子排水站、李套子排灌站和竇家排水站進行更新改造，根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》和《泵站設計規范》，并結合3座泵站的設計流量、裝機容量和排澇面積(見表1)可知，偏養子排水站主要建筑物級別為3級，次要建筑物級別為4級，臨時性建筑物級別為5級；李套子排灌站主要建筑物級別為3級，次要建筑物級別為4級，臨時性建筑物級別為5級；竇家排水站主要建筑物級別為4級，次要建筑物級別為5級，臨時性建筑物級別為5級。同時根據《堤防工程設計規范》，泵站穿堤建筑物級別不低于所在堤防等級，因此偏養子排水站出水池級別為2級；李套子排灌站穿堤涵級別為2級，具體各泵站等級見表2。

表1 遼渾蒲泵站設計流量和裝機容量匯總表

表2 遼渾蒲泵站所在堤防設計標準匯總表

3.2 防洪標準

根據《泵站設計規范》，偏養子排水站設計防洪標準為30 a一遇，校核防洪標準為100 a一遇，偏養子排水站出水池設計防洪標準為50 a一遇，校核防洪標準為200 a一遇；李套子排灌站設計防洪標準為30 a一遇，校核防洪標準為100 a一遇，李套子排灌站穿堤涵設計防洪標準為50 a一遇，校核防洪標準為200 a一遇；竇家排水站設計防洪標準為20 a一遇，校核防洪標準為50 a一遇。

根據《水利水電工程施工組織設計規范》和工程實際情況，偏養子排水站臨時工程導流建筑物洪水標準為10 a一遇，李套子排灌站臨時工程導流建筑物洪水標準為5 a一遇，竇家排水站臨時工程導流建筑物洪水標準為5 a一遇。

3.3 排澇標準

工程位于遼寧省鞍山市臺安縣，考慮到工程所在范圍的重要性，并根據《灌溉與排水工程設計規范》和區域實際情況，確定遼渾蒲泵站排澇標準為10 a一遇。遼渾蒲泵站工程等級及防洪標準見表3。

表3 遼渾蒲泵站工程等級及防洪標準匯總表

4 排水流量確定

4.1 排澇面積復核

4.2 設計排水流量

根據《灌溉與排水工程設計規范》及遼寧省水利水電勘測設計研究院編制完成的《遼寧省治澇規劃報告(含田間配套工程)》，結合我省實際情況，排澇標準采用十年一遇24 h降雨旱作區2 d排除，水稻區采用3天降雨3～5 d排除[1-3]。根據上述內容，設計排澇歷時T取2(3～5)天，計算灌溉模數如下：

4.2.1 平原區旱地設計排澇模數

計算公式：

(1)

式中：Mh為旱地設計排澇模數(m3/s·km2)；R為歷時為T的設計暴雨所產生的凈雨(mm)；T為澇水排出時間。(d)。

4.2.2 平原區水田設計排澇模數

計算公式：

(2)

Rs=PT′-hs-f-ET

(3)

式中：Ms為水田設計排澇模數m3/s·km2；Rs為水田需要排除的澇水深(mm)；PT′為歷時為T′的設計暴雨(mm)；hs為水田滯蓄水深(mm)，我省為30 cm；f為歷時為T的水田滲漏量(mm)，一般采用1.0～2.2 mm/d；E為為水田日蒸發量(mm)，一般采用4～6 mm。

4.2.3 平原區旱地和水田綜合設計排澇模數

計算公式：

(4)

式中：Mz為綜合設計排澇模數(m3/(s·km2))；Ah為旱地面積(km2)；As為水田面積(km2)。

根據《遼寧省治澇規劃報告(含田間配套工程)》，參照渾河右岸澇區遼中澇片10年一遇旱田排水模數0.39 m3/(s·km2)及10年一遇水田排水模數0.24 m3/s·km2計算各泵站設計排水流量。計算成果見表4。

表4 泵站設計排水流量表

表5 遼渾蒲泵站設計流量對比表

5 特征水位

5.1 進水池設計運行水位

5.1.1 偏養子排水站

偏養子排水站推求進水池設計水位，選取排澇區內地面低洼處，本設計選取2處地面低洼處，分別位于孫家房身村北側和引渠渠首(大高村南側)，地面高程分別為4.94 m和5.36 m，引渠長8.90 km。排水溝按四級布設，起點水位低于地面0.30 m。排水溝過橋損失為0.05 m，農溝比降1/2 000，斗溝比降1/3 000，支渠比降1/4 000，干溝比降1/5 000，計算成果見表6。

表6 偏養子排水站設計水位推求表

通過計算結果可知，排除澇區澇水推求到站前水位最低為2.70 m，經綜合考慮，本次改造偏養子排水站進水池設計運行水位為2.70 m。

5.1.2 李套子排灌站

李套子排灌站推求進水池設計水位，選取排澇區內地面低洼處，本設計選取4處地面低洼處，分別位于引渠渠首(大柳樹村東側)、水灣子村北側、郭印子村東側和水灣子村南側，地面高程分別為5.64 m、4.49 m、4.79 m和4.26 m，引渠長7.55 km。排水溝按四級布設，起點水位低于地面0.30 m。排水溝過橋損失為0.05 m，農溝比降1/2 000，斗溝比降1/3 000，支渠比降1/4 000，干溝比降1/5 000，計算成果見表7。

表7 李套子排灌站設計水位推求表

通過計算結果可知，排除澇區澇水推求到站前水位最低為3.35 m，經綜合考慮，本次改造李套子排灌站進水池設計運行水位為3.35 m。

5.1.3 竇家排水站

竇家排水站推求進水池設計水位，選取排澇區內地面低洼處，本設計選取2處地面低洼處，分別位于吳家窩棚村南側和引渠渠首(西螞蚱廟村南側)，地面高程分別為5.95 m和7.58 m，引渠長5.45 km。排水溝按四級布設，起點水位低于地面0.30 m。排水溝過橋損失為0.05 m，農溝比降1/2 000，斗溝比降1/3 000，支渠比降1/4 000，干溝比降1/5 000，計算成果見表8。

表8 竇家排水站設計水位推求表

通過計算結果可知，排除澇區澇水推求到站前水位最低為4.76 m，經綜合考慮，本次改造竇家排水站進水池設計運行水位為4.65 m。

5.2 進水池最低運行水位

泵站進水池最低運行水位是按排澇區大部分耕地的平均高程減去水[5]、旱田適宜地下水埋深，再減0.20 m，同時考慮水泵運行時要求的最低水位，經綜合確定排水站最低運行水位。具體見表9。

表9 排水站進水池最低運行水位成果表 m

5.3 進水池最高運行水位

進水池最高運行水位是泵站排澇區允許最高澇水位，同時考慮到引渠最高水位的要求，具體成果見表10。

表10 排水站進水池最高運行水位成果表 m

6 結語

根據《遼寧省治澇規劃報告(含田間配套工程)》，參照渾河右岸澇區遼中澇片10年一遇旱田排水模數0.39 m3/s·km2及10年一遇水田排水模數0.24 m3/s·km2計算泵站設計排水流量，同時根據各排水站所控制的排澇區域內的澇水能夠排除為原則，推求各站的特征水位。