吳澤浦（61省道以北段）防洪排澇提升工程泵站典型設計方案探析

楊長鋒，章宏篇，胡長勇，魏鴦鴦，徐力棟

（余姚市江河水利建筑設計有限公司,浙江 余姚 315400）

1 項目概況

三七市鎮位于余姚市東部,距余姚市城區18 km,地勢為北高、南低,北面有2 座小（1）型水庫為大池墩水庫和相岙水庫,南面屬水網平原,地面高程基本在1.7 m~2.5 m之間。根據“高水高排、圍圩電排”的原則,山區片洪水主要通過5 條浦塘（潺子浦、彭王浦、彭王浦、官橋浦、郭塘浦）排入慈江；平原片排澇主要靠閘、泵聯排。全鎮共有浦塘86 條,總長度134.1 km,水域面積313.3 萬m2。吳澤浦原防洪標準約為10年一遇,隨著三七市鎮社會經濟的迅猛發展和人民生活水平的不斷提高,人們對于改善浦塘水質,恢復和強化浦塘功能的需求日益迫切。

此次提升改造工程主要對工程區域進行除險加固,對吳澤浦61 省道以北段進行整治全長1877 m,防洪標準為20 年一遇,排澇標準為20年一遇三日暴雨三日排除。在吳澤浦樁號0+055西側建造三七市東泵站,0+090 東側建造獨山泵站。

2 水文

工程區域多年平均降雨量1400 mm,最大年降雨量1890.8 mm（1930 年）,最小年降雨量879.4 mm（1967 年）。本工程起點以上集雨面積19.68 km,河流總長5.7 km,坡降21.9‰,20年一遇的洪峰流量為68.8 m3/s。

全年降水可分三期,從4 月15 日~7 月15 日是梅雨期；7 月16 日~10 月15 日為臺汛期；10 月16 日~次年4 月5 日為非汛期。各期氣候特征顯著不同,梅汛期,太平洋副熱帶高壓逐漸加強,溫暖空氣與北方冷空氣相遇,靜止鋒在本地區徘徊,形成連續陰雨天氣；臺汛期,冷空氣衰退,在副熱帶高壓控制下,臺風襲擊頻繁,每當臺風過境或受邊緣影響時,夾帶大量水氣,往往形成強烈的臺風暴雨；非汛期,本地區受冷高壓控制,天氣穩定少雨,僅當北方冷空氣南下時,伴有雨雪。設計區域較大洪水主要發生在梅、臺汛期。

2.1 設計暴雨

2.1.1 設計暴雨計算

工程設計暴雨計算采用查算《浙江省短歷時暴雨》（浙江省水文局2003 年版,以下簡稱圖集）的方法作為設計暴雨和推算設計洪水的主要依據。丈亭、慈城二站的實測24 小時暴雨分析值作校核驗算之用。

（1）圖集成果

由圖集查得區域暴雨見表1。

表1 區域設計暴雨計算成果表

（2）丈亭、慈城實測資料

從表2中可以看出圖集中的24 小時設計暴雨與實測24 小時分析的暴雨雨量基本一致。故工程采用圖集法查算設計暴雨成果,即20年一遇暴雨量H24h=228 mm。

表2 丈亭、慈城實測資料分析成果表 單位：mm

2.1.2 設計凈雨

按照《規范》（SL 44-93）“B2.1.2扣損法（1）初損后損法”,同時參照《浙江省短歷時暴雨》（2003.2）,結合區域下墊面實際情況,初損定為20 mm,最大一日后損為1 mm/h,其余二日為0.5 mm/h。

2.2 設計洪水

（1）產流分區

根據現狀水系特點,流域產流分區見圖1,總集雨面積為19.68 km2。

圖1 三七市鎮吳澤浦產流分區簡圖

（2）匯流計算

設計洪水由設計暴雨推求,產流采用扣損法,匯流通常采用推理公式計算：

式中：Qm為洪峰流量,m3/s；F為集雨面積,F=19.68 km2；hp為τ時段內凈雨量,mm；τ為匯流時間,h；m為匯流參數,按浙江省Ⅱ線,m=0.2450.2；L為沿主河從出口斷面至分水嶺的最長距離,km；J為沿流程L的平均比降。

（3）計算成果

計算成果見表3。

表3 20年一遇洪水成果表

3 典型泵站設計

吳澤浦（61省道以北段）防洪排澇提升工程泵站為原有泵站拆除重建工程,故工程布置位于原處。在吳澤浦樁號0+055西側建造三七市東泵站,0+090東側建造獨山泵站。

下面以獨山泵站為為例進行設計計算。

3.1 泵站規模計算

工程排澇區域平原片地面高程較低,約為1.7 m~2.5 m。排澇主要采用“圍圩電排“方案,當遭遇洪水時,關閉閘門,用泵強排。

排澇標準按20年一遇三日暴雨三日排除標準。排澇區域以農田為主,根據《灌溉與排水工程設計規范》（GB 50288-99）按平均排除法計算排澇模數,計算公式如下：

式中：qw為水田設計排澇模數,m3/（s·km2）；T為排澇歷時；P為歷時為T的設計暴雨量；d為排澇時間,取20 h。

經計算,設計排澇模數為1.4 m3/（s·km2）。

經計算泵站規模見表4。

表4 泵站規模計算表

3.2 泵站特征揚程計算

局部水頭損失：

各局部水頭損失系數見表5。

表5 局部水頭損失系數

經計算,局部水頭損失為hj=0.9 m。

沿程水頭損失：

式中：L為出水管道長度,取1.8 m；Q為流量,取2.0 m3/s；n為取0.012。

經計算,hf=0.01 m,合計水頭損失為0.91 m。

泵站主要以排澇為主,根據水力計算成果,內河高水位2.50 m,常水位為1.13 m,外河20 年一遇洪水位3.26 m。幾種水位組合情況特征水頭見表6。

表6 特征揚程計算表 單位：m

經分析,水泵特征水位從0.15 m~2.01 m,考慮到泵站主要起排澇作用,一般水泵運行水位在1.6 m左右,考慮水頭損失0.91 m,故設計揚程采用2.5 m。

3.3 結構設計

根據以上原則,對涉及的兩個泵站及閘泵特征水頭進行復核,具體見表7。

表7 泵站特征揚程計算表 單位：m

在吳澤浦樁號0+055 西側建造三七市東泵站,0+090 東側建造獨山泵站,見表8。

表8 泵站情況表

獨山泵站泵站設2 臺泵進行強排,設計泵站流量為2.00 m3/s。泵站選用600 ZLB-125 DP型軸流泵,葉片安裝角度為0°,單臺電機功率為55 KW。泵站底板順水流方向長為8.2 m,垂直水流方向為7.2 m,共2 孔,泵室每孔凈寬為2.7 m,中、邊墩厚為0.6 m。底板頂高程為-0.970 m,泵室地坪高程為3.83 m。基礎采用Φ120 長6 m松木樁,松木樁縱橫向間距為0.8 m。

三七市東泵站泵站設1 臺泵進行強排,設計泵站流量為1.50 m3/s。泵站選用700 ZLB-125 DP型軸流泵,葉片安裝角度為+4°,單臺電機功率為80 kW。泵站底板順水流方向長為8.2 m,垂直水流方向為7.8 m,共2 孔,泵室每孔凈寬為3.0 m,邊墩厚為0.6 m。底板頂高程為-1.170 m,泵室地坪高程為3.83 m。基礎采用Φ120長6 m松木樁,松木樁縱橫向間距為0.8 m。

泵房平面尺寸7.0 m×7.8 m,共計54.60 m2。

3.4 穩定計算

泵室穩定及基底應力按下式計算：

式中：Kc、K0、Kf為抗滑、抗傾、抗浮安全系數；f為泵底基底與地基之間的摩擦系數,取0.3；Pmmainx為泵室基底應力的最大值或最小值,kPa；B為底板順水流方向的長度；∑M為作用在泵室上全部荷載對底板底面上游端點的力距之和,kN·m；∑G為作用在泵房基礎底面的全部豎向荷載（包括泵房基礎底面上的揚壓力在內）,kN；∑V為作用于泵房基礎底面以上的全部荷載,kN；∑U為作用在泵室底板上的揚壓力,kN；∑H為作用在閘室上的全部水平向荷載,kN；A為泵室基底面的面積,m2；∑My為作用于墻身各力對墻前趾的穩定力矩,kN·m；∑M0為作用于墻身各力對墻前趾的傾覆力矩,kN·m。

泵室采用整體式平底板,因此取整個泵室為計算單元,主要驗算一下幾個組合。

計算工況為完建期計算成果見表9。

表9 泵室整體穩定計算結果

從計算結果看,計算值滿足規范要求。

3.5 滲流計算

泵閘所處土層為粉土,按水閘規范推薦的改進阻力系數法。

（1）水閘的地基有效深度

式中：Te為土基上水閘的地基有效深度,m；L0為地下輪廓的水平投影長度,m；S0為地下輪廓的垂直投影長度,m；0為進、出口段的阻力系數,m；S為板樁或齒墻的入土深度,m；T為地基透水層深度,m；x為水平段的阻力系數；Lx為水平段長度,m；S1、S2為進、出口段板樁或齒墻的入土深度,m；hi為各分段水頭損失值,m；i為各分段的阻力系數,m；n為總分段數；J為滲流坡降值。

泵站滲流最不利工況：上游內河常水位1.13 m,下游為吳澤浦水位3.26 m,ΔH=3.26-1.13=2.13 m。計算得出口段滲流坡降值j=0.22,小于粉土允許水力坡降為0.3,水平段滲流坡降值j=0.0375,小于粉土允許水力坡降為0.05,滿足要求。

4 結語

三七市鎮浦塘、渠道眾多,這些水域承擔著防洪排澇、蓄水抗旱的重要任務,而且在供水、灌溉、生態環境等方面有著重要的作用。吳澤浦防洪排澇提升工程的實施使防洪標準達到20年一遇,提高灌區用水保證和提高防洪排澇標準,對于三七市鎮的長遠可持續發展起到的強大的推動作用。過浦塘整治加快推進城鄉現代化建設和生態市建設,促進水資源的開發利用和保護,建立一個和諧優美的水生態環境。