濱江濕地公園泵站設(shè)計(jì)排澇流量研究與思考

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（四川江源工程咨詢有限公司）

0 引言

江陵壩濕地公園濱江而建，面臨洪水淹沒(méi)及內(nèi)澇問(wèn)題。本文根據(jù)濕地公園的地理位置及運(yùn)行條件，綜合分析外江來(lái)水及園區(qū)暴雨過(guò)程，結(jié)合現(xiàn)有排澇措施，研究新增泵站規(guī)模，使之達(dá)到設(shè)計(jì)的排澇標(biāo)準(zhǔn)，為有效解決園區(qū)排澇問(wèn)題提供了重要參考。

1 項(xiàng)目背景

1.1 濕地公園基本情況

江陵壩濕地公園位于嘉陵江鳳儀航電樞紐庫(kù)區(qū)左岸江陵壩堤防內(nèi)側(cè)，地處江陵鎮(zhèn)，距離南充市區(qū)25km（水路20km），園區(qū)面積約3700畝。園區(qū)內(nèi)的洪水主要來(lái)自支溝洪水和區(qū)域內(nèi)降雨，按5年一遇排澇標(biāo)準(zhǔn)計(jì)，支溝洪水331萬(wàn)m3，區(qū)域內(nèi)降雨產(chǎn)生洪水32.5萬(wàn)m3。濕地公園原設(shè)計(jì)以現(xiàn)有堤防抵擋嘉陵江洪水，設(shè)滯洪區(qū)解決排澇問(wèn)題，滯洪區(qū)容納364萬(wàn)立方米，相應(yīng)滯洪區(qū)水位為276.83m。

1.2 存在的問(wèn)題

為滿足宜養(yǎng)殖（水深1m以上）區(qū)600畝以上，宜種植（常水位線以上1.0m）區(qū)2000畝以上的農(nóng)業(yè)要求，以及景觀要求，正常情況下園區(qū)運(yùn)行水位為275m，最低運(yùn)行水位為273.5m，園區(qū)最高運(yùn)行水位277m，道路最低高程為275.5m。園區(qū)內(nèi)已建排澇隧洞長(zhǎng)480.8m，斷面尺寸為3.2×3.7m，進(jìn)口底板高程271.89m。排澇隧洞末端直接與鳳儀航電樞紐工程下游相接，設(shè)常水位控制閘將運(yùn)行水位控制在275m；洪水來(lái)時(shí)，打開(kāi)常水位控制閘；洪水退去時(shí)，常水位控制閘及時(shí)放下，以保證常水位。考慮到汛期嘉陵江洪水，鳳儀電站壩下水位超過(guò)274.41m，為防止嘉陵江洪水倒灌，將關(guān)閉常水位控制閘。此時(shí)如果南充當(dāng)?shù)赜窒掠辏蟻?lái)水無(wú)法排出，導(dǎo)致園區(qū)內(nèi)水位上漲，有必要增設(shè)泵站控制園區(qū)水位，以避免特殊運(yùn)行情況下的財(cái)產(chǎn)損失。

2 園區(qū)調(diào)洪計(jì)算

2.1 計(jì)算原理

濕地公園園區(qū)調(diào)洪演算的目的是在已擬定泄流、滯洪方式及已確定運(yùn)行限制水位的前提下，基于水量平衡原理，在五年一遇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的情況下，根據(jù)其洪水過(guò)程線、不同水位下排澇隧洞泄流能力、園區(qū)滯洪區(qū)的水位～庫(kù)容曲線及假定的泵站抽排流量，推求園區(qū)內(nèi)的水位變化過(guò)程線，得出降雨過(guò)程中園區(qū)的最低和最高水位，以分析其對(duì)園區(qū)的影響，反復(fù)試算得出最經(jīng)濟(jì)合理的抽排流量。水量平衡方程式如下：

Q入－計(jì)算時(shí)段Δt內(nèi)的入庫(kù)平均流量；

q出－計(jì)算時(shí)段Δt內(nèi)的出庫(kù)平均流量；

ΔV－計(jì)算時(shí)段Δt內(nèi)的蓄水量變化值，蓄水量增加時(shí)為正，蓄水量減少時(shí)為負(fù)。

2.2 邊界條件

2.2.1 五年一遇洪水過(guò)程線

根據(jù)五年一遇暴雨峰值、降雨量及支溝洪水量，通過(guò)P-III型分布頻率曲線繪制五年一遇入園洪水過(guò)程線

如圖1。

圖1 五年一遇入園洪水過(guò)程線

2.2.2 園區(qū)水位～庫(kù)容曲線

采用Civil3D對(duì)園區(qū)地形進(jìn)行三維模擬，得到不同園區(qū)水位下的蓄洪量，并繪制園區(qū)水位～庫(kù)容曲線如圖2。

圖2 園區(qū)水位～庫(kù)容曲線

2.2.3 根據(jù)園區(qū)水位、排澇隧洞底板高程及斷面尺寸等，分析排澇隧洞泄流能力，得出不同園區(qū)水位下相應(yīng)的排澇隧洞的流量，園區(qū)水位～排澇隧洞流量關(guān)系曲線如圖3。

圖3 園區(qū)水位～排澇隧洞流量關(guān)系曲線

2.2.4 泵站抽排流量Q（出庫(kù)流量）

通過(guò)假定試算。

2.2.5 園區(qū)特征水位

園區(qū)最高運(yùn)行水位277m，道路最低高程為275.5m，最低運(yùn)行水位為273.5m，正常情況下園區(qū)運(yùn)行水位為275m。

3 泵站抽排流量分析

結(jié)合江陵壩濕地公園應(yīng)急預(yù)案，考慮三種不同工況下的邊界條件，采用列表試算法進(jìn)行調(diào)洪演算。

3.1 工況一：園區(qū)無(wú)強(qiáng)降水，外江有洪水

外江有洪水情況下，當(dāng)鳳儀電站尾水高程達(dá)到274.41m，需關(guān)閉隧洞防洪閘。這種情況關(guān)閉隧洞防洪閘防止外江洪水倒灌即可，無(wú)需使用泵站。

3.2 工況二：園區(qū)所在地有強(qiáng)降水（五年一遇），外江無(wú)洪水

當(dāng)外江無(wú)洪水，泄洪閘無(wú)需關(guān)閉，因此可以采用排澇隧洞排水。若強(qiáng)降水開(kāi)始時(shí)啟動(dòng)排澇隧洞進(jìn)行排水，此時(shí)園區(qū)水位為正常運(yùn)行水位275m，隧洞最大泄流量為21.66 m3/s。經(jīng)過(guò)調(diào)洪演算，在不設(shè)排澇泵站的情況下，整個(gè)降雨過(guò)程中園區(qū)最高水位為276.66m，低于園區(qū)最高運(yùn)行水位277m，園區(qū)水位變化過(guò)程曲線如圖4所示。

圖4 園區(qū)水位變化過(guò)程曲線（工況二，不設(shè)泵站，水位不高于園區(qū)最高運(yùn)行水位277m）

如果要將園區(qū)水位控制到道路最低高程275.5m，則需要設(shè)泵站。在強(qiáng)降水開(kāi)始時(shí)（不提前排水）同時(shí)啟動(dòng)排澇隧洞和泵站進(jìn)行排水，假定不同的泵站抽排流量進(jìn)行園區(qū)調(diào)洪演算，得出能滿足條件（整個(gè)降雨過(guò)程園區(qū)水位均不高于道路最低高程275.5m）的園區(qū)水位變化過(guò)程曲線，相應(yīng)的泵站抽排流量為23.2m3/s，此時(shí)園區(qū)水位變化過(guò)程曲線如圖5所示。

圖5 園區(qū)水位變化過(guò)程曲線（工況二，不提前排水，泵站抽排流量23.2m/s，水位不高于道路最低水位275.5m）

如果在強(qiáng)降水發(fā)生前預(yù)先采用排澇隧洞進(jìn)行排水（提前排水），將園區(qū)水位排至最低運(yùn)行水位273.5m，在強(qiáng)降水開(kāi)始時(shí)（不提前排水）同時(shí)啟動(dòng)排澇隧洞和泵站進(jìn)行排水，假定不同的泵站抽排流量進(jìn)行園區(qū)調(diào)洪演算，得出能滿足條件（整個(gè)降雨過(guò)程園區(qū)水位均不高于道路最低高程275.5m）的園區(qū)水位變化過(guò)程曲線，相應(yīng)的泵站抽排流量為6.7m /s，此時(shí)園區(qū)水位變化過(guò)程曲線如圖6所示。

圖6 園區(qū)水位變化過(guò)程曲線（工況二，提前排水，泵站抽排流量6.7m /s，水位不高于道路最低高程位275.5m）

3.3 工況三：園區(qū)有強(qiáng)降水，同時(shí)外江有洪水

外江有洪水情況下，由于排澇隧洞防洪閘已關(guān)閉，無(wú)法使用排澇隧洞排水。假設(shè)不提前排水，在降雨開(kāi)始時(shí)啟動(dòng)泵站排水，此時(shí)園區(qū)水位為275.0m。通過(guò)假定不同的泵站抽排流量進(jìn)行園區(qū)調(diào)洪演算，得出能將園區(qū)水位控制到277m的泵站抽排流量為15.5m3/s，此時(shí)園區(qū)水位變化過(guò)程曲線如圖7所示。

圖7 園區(qū)水位變化過(guò)程曲線（工況三，不提前排水，泵站抽排流量15.5m/s，水位不高于園區(qū)最高運(yùn)行水位277m）

假設(shè)不提前排水，在降雨開(kāi)始時(shí)啟動(dòng)泵站排水，若要將園區(qū)水位控制到道路最低高程275.5m，調(diào)洪演算得出相應(yīng)的泵站抽排流量為43.2m3/s，此時(shí)園區(qū)水位變化過(guò)程曲線如圖8所示。

圖8 園區(qū)水位變化過(guò)程曲線（工況三，不提前排水，泵站抽排流量43.2m/s，水位不高于道路最低高程275.5m）

如果在強(qiáng)降水發(fā)生前預(yù)先采用排澇隧洞進(jìn)行排水（提前排水），將園區(qū)水位排至最低運(yùn)行水位273.5m，在降雨開(kāi)始時(shí)（不提前排水）啟動(dòng)排澇隧洞排水，若要將園區(qū)最高水位控制在園區(qū)最高運(yùn)行水位277m，調(diào)洪演算得出相應(yīng)的泵站抽排流量為4.2m3/s，此時(shí)園區(qū)水位變化過(guò)程曲線如圖9所示。

圖9 園區(qū)水位變化過(guò)程曲線（工況三，提前排水，泵站抽排流量4.2m /s，水位不高于園區(qū)最高運(yùn)行水位277m）

如果在強(qiáng)降水發(fā)生前預(yù)先采用排澇隧洞進(jìn)行排水（提前排水），將園區(qū)水位排至最低運(yùn)行水位273.5m，若要將園區(qū)最高水位控制在道路最低高程275.5m，調(diào)洪演算得出相應(yīng)的泵站抽排流量為23.6m3/s，此時(shí)園區(qū)水位變化過(guò)程曲線如圖10所示。

3.4 綜上所述，江陵壩濕地公園新增泵站抽排流量計(jì)算結(jié)果匯總?cè)绫?。

表1 江陵壩濕地公園新增泵站抽排流量計(jì)算結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

（1）江陵壩濕地公園水域面積較大，全面控制園區(qū)水位需要較大規(guī)模的泵站。

（2）在五年一遇洪水下，如果能根據(jù)水情預(yù)報(bào)提前調(diào)控園區(qū)水位至273.5m，能大大降低泵站抽排流量，此時(shí)如果能結(jié)合排澇隧洞一起抽排，只需設(shè)抽排流量為6.7m /s的泵站即可將園區(qū)水位控制到道路最低高程275.5m以下；此時(shí)如果排澇隧洞關(guān)閉，需設(shè)抽排流量為4.2 m /s的泵站可將園區(qū)水位控制到277m以下。

（3）在五年一遇洪水下，如果沒(méi)能提前調(diào)控園區(qū)水位至273.5m，此時(shí)如果能結(jié)合排澇隧洞一起抽排，需設(shè)抽排流量為23.2 m /s的泵站即可將園區(qū)水位控制到道路最低高程275.5m以下；如果不能結(jié)合排澇隧洞一起抽排，需設(shè)抽排流量為15.5m /s的泵站可將園區(qū)水位控制到277m以下，需設(shè)抽排流量為43.2 m /s的泵站可將園區(qū)水位控制到275.50m以下。泵站抽排流量大，不經(jīng)濟(jì)。若在排澇隧洞關(guān)閉的情況下，要將園區(qū)水位控制在道路最低高程275.5m以下，需要的泵站抽排流量大大增加，不經(jīng)濟(jì)。

（4）綜合分析，推薦泵站抽排流量4.2m /s，泵站規(guī)模為小（1）型。在五年一遇降雨來(lái)臨之前提前12h開(kāi)始排水至水位高程273.5m，園區(qū)降雨時(shí)若外江有洪水，啟動(dòng)泵站可將水位控制在277m以下，避免財(cái)產(chǎn)損失。