杭嘉湖平原圩區小型灌排結合泵站設計

丁建強，楊晨鋒

（湖州南太湖水利水電勘測設計院有限公司，浙江 湖州 313000）

杭嘉湖平原是浙江省最大的堆積平原，位于太湖以南，錢塘江和杭州灣以北，天目山以東，地勢極為低平，河網密布，有京杭大運河穿過。杭嘉湖平原地面形成東、南高起而向西、北降低的以太湖為中心的淺碟形洼地。平原表層沉積物以細顆粒泥沙（細粉沙、粘土）為主，屬河流湖泊堆積物，其南緣屬潮灘相沉積物，土質粗而疏松，地面缺少湖泊、水系變稀，地形相對高亢。

平原內這種地面高程、沉積物質地和水文狀況的差異，對農業生產、水利設施及工程建設等方面有深刻影響，區內人口密集，生產要素集聚，經濟發展較快，為浙江省主要產糧區，在平原圩區，河流眾多，形成了錯綜復雜的水系。

小型泵站對農田灌溉排澇發揮了重要作用，在平原區既要解決灌溉的問題，又要考慮排澇降漬的要求，使兩者有機結合，最大限度地提高機電設備的利用率，發揮水泵的最大功效，即能排水又能灌溉，實現一機多用，是一個現實而又緊迫的問題。

由于受到水位的限制，必須在圩區渠首水源處或排水干溝出口進入容泄區的地方根據實際情況合理設計泵站，進行抽灌和抽排操作。在平原河網或沿江濱湖等低洼地區，河湖的洪水位高于地面高程，必須筑堤成圩，擋水于圩外，同時在圩堤上或堤后設置水閘（節制閘）、涵閘和泵站等，使圩內河網和圩外干河能根據需要或互相溝通或互相分開，圩內澇水視圩內、圩外水位的變化，或開閘自流排水，或通過水泵進行抽排，從而保證圩內人們的正常生產生活，平原圩區通過上千年歷代人民的探索和建設形成了基本固定的格局。

平原圩區小型灌排結合泵站如圖1 所示。

圖1 平原圩區小型灌排結合泵站

1 灌排結合泵站運行原理

泵站按安裝使用形式，分為固定式、半固定式和移動式3 種；按主泵的類型，分為離心泵、軸流泵和混流泵等；按設計用途，分為灌溉泵站、排水泵站、灌排結合泵站等。

為便于布置進出水等泵站建筑物，一般采用地埋式涵管進出水。泵站平面布置如圖2 所示。

圖2 泵站平面布置圖（堤后式）

圖2 中進水閘1 是調節灌溉水的，排水閘3 是調節排水的。當需要灌溉時，關閉排水閘3，開啟進水閘1，同時，開啟灌溉出水涵管上的閘閥2，關閉排澇出水涵管上的閘閥4，啟動水泵抽水到灌溉系統。當需要排澇時，關閉進水閘1，開啟排水閘3，同時，關閉灌溉出水涵管上的閘閥2，開啟排澇出水涵管上的閘閥4，水進入排澇進水涵管，經水泵抽水排至外港，實現一機多用，如同時需要排澇和灌溉則必須滿足排水要求，排出的水可用于灌溉[1]。

2 灌排結合泵站設計要點[2-3]

2.1 泵址的選擇

灌排泵站設計的主要內容是根據建（泵）站地點的水文、氣象、地形、地質、水源、能源和灌排區域的社會經濟狀況等，確定泵站的揚程與流量，進行機電設備的優化選型和建筑物的設計等。

泵站的布置一般應按“低水低排，高水高排”和“均衡布置，方便管理”的原則，并結合圩區內外河水系經綜合比較后確定，平原區的排水泵站宜采用堤身式，布置時宜采用正向進水、正向出水的方式；內外水位差較大時排水泵站及灌排結合泵站宜采用堤后式布置，并在適當位置配套建設圩外河道水位降低時的自排設施。

選擇泵址時，地形要有利于布置泵站建筑物，工程量較小，并有利于將來擴建及改建；泵址應選在地質條件較好的地點，盡可能避開淤泥軟土或粉細砂地層；泵址應該既靠近水源和容泄區，又靠近灌（排）區控制高程的地方，便于提灌或提排結合。取水建筑物和泄水建筑物的位置，要選擇在河流的直段或凹岸河床穩定（即沖刷和淤積均較小）的河段，不應當引起泥沙淤積、河床變形、冰凌阻塞和航道擁擠等。灌排結合泵站的水源及容泄區應能保證提供泵站所需的流量而且水質符合要求。應根據有利于外水內引和內水外排，并兼顧灌排渠系的合理布置等要求，經綜合比較后確定。

2.2 進出管道的布置與要求

按使用要求渠道分為排渠、灌渠、灌排兩用渠等，小型泵站進出水一般采用地埋式涵管結構，管道布置需考慮如下因素：便于交通，灌排方便；有利于提高灌排水質量；節約土地，維護管理工作簡單等。

進出水采用地下涵管有利于減少地面蒸發，節約灌溉用水，灌水效率高，不占地，節省了明渠的維修養護，灌水與其他田間作業可以同時進行，有利于實現農業機械化等優點，具有節水、節地、節能、易管理、省工省時等綜合優勢。

灌溉進水涵管一般埋深較深，應滿足枯水期最低運行水位時的引水要求，同時為防止砂石草木等雜物進入管道，進口應設置攔污柵。

排澇進水涵管一般排澇時水位較高，涵管埋深可適當抬高，以降低施工難度，但必須滿足排澇下限水位時（最低運行水位）水泵排澇流量的要求。同時進口應設置攔污柵，防止漂浮物進入管道。

灌溉出水涵管一般高程較高，應能保證自流灌溉到田面。涵管埋深應滿足拖拉機等耕作機械耕作時不致被壓壞，并要求埋設在凍土線以下，從一個管道向2個以上的管道分水時必須設置分水井，井中設插板閘門，分水井的主要作用是分配水量和控制水位。

排澇出水涵管一般埋深較淺，但需滿足埋深要求，管徑滿足排澇出水流量要求即可。

由于進口采用攔污柵，影響水流流速，在相同流量情況下，灌溉與排澇進水涵管應比灌溉與排澇出水涵管孔徑相應增大。

2.3 進出水池的布置要求

水泵中專門為水泵而修建的水池稱為進水池，對于小型泵站，流量較小時，前池可省略，前池和進水池合二為一。進水池一般可采用矩形空箱式進水池。進水池的尺寸、形狀、水泵在池中的位置，應滿足進水池中流水流態良好的要求，進水池作為泵站泵房的基礎，空箱式濕室泵房結構剛度大，能適應軟基一定程度的沉陷，抗震性能好，機組布置緊湊，水泵進水條件較好。

壓水池（出水池）一般為矩形，其容積根據調節流量要求及池內分水閘門與運用要求確定，池頂高程由灌溉出水涵管要求的水頭加超高要求確定，與外港相通時則還應滿足外港承泄區洪水位加超高要求。

壓水池如連接2 條以上灌溉出水涵管，則各出水涵管入口處均應設置閘門，如從壓水池側壁開口連接出水涵管，設插板式閘門，池頂應覆蓋防護設施，并設警示標志。

2.4 水泵選型

按水泵設計揚程的不同，可采用軸流泵、混流泵、離心泵等。水泵的性能基本相同，根據揚程、流量、功率、效率、轉速以及允許吸上真空高度等基本參數要求選擇合適的水泵類型。

水泵選型原則：必須滿足設計流量和設計揚程的要求，使水泵工作點盡量落在高效區內，水泵建站投資和設備功率最小，機組盡量選用同型號的水泵，臺數最好不少于2 臺，一機多用，灌排兩用，根據圩區規模和需水情況、圩區排澇面積大小、水泵啟動功率及變壓器大小、動力設備與土建投資等要求選定水泵臺數。出口采用拍門斷流的水泵應選用開啟角度大、水頭損失小、止水效果好、關閉撞擊力小的新型輕質材料拍門或采取其他技術措施增大開啟角度、減小撞擊力。

2.5 水泵安裝高度的確定

水泵安裝高度指水泵葉輪中心至進水池最低水位間的垂直高度，合理確定水泵的安裝高度，能夠保證水泵正常運轉。防止氣蝕，是水泵設計和使用中的一個重要問題。灌溉水泵一般按枯水期低水位控制水泵的安裝高程，排澇水泵按最低運行水位控制水泵的安裝高程。灌排結合時，應同時滿足兩者的要求，平原圩區一般枯水期低水位控制水泵的安裝高度。

2.6 地基與基礎處理

平原地區泵站位于湖沼堆積平原上，區域內地勢平坦，河網密布，覆蓋著第四紀松散沉積物，成因復雜，巖相多變。

由于小型泵站一般為輕型結構，根據實測與計算，完建期的最大地基應力一般不超過60～70 kN/m2，一般土層可滿足要求。淤泥質土可采用木樁、預制方樁等小型樁基進行地基處理，以防止地基沉降和滿足泵站承載力要求。

2.7 其他要求

灌排兩用泵站一般需設置管理房，加工房按需配置，但不得影響泵房的正常使用。泵站一般配備電子防盜設備，對機電設備和門窗進行全方位監控。設備報警需達到室內和遠程報警要求，有條件的泵站可與當地派出所聯網。

水泵門、窗需滿足建筑防盜要求，水泵管理范圍原則上要求不小于50 m2，因地制宜進行綠化美化，四周設置通透式防護圍欄。

線路敷設要求：電源進線采用鋼管埋地暗敷引入，照明支線采用PVC 電線管暗敷，動力用電線路采用明線線槽接入，確保接地。

管理制度要求：泵站設置統一的泵站銘牌，泵站概況、操作制度等必須上墻，發放泵站證，標準化管理。

3 結論

本文扼要介紹了杭嘉湖平原圩區灌排結合泵站設計的幾個要點，即灌排結合泵站的作用與控制運行原理、泵址的選擇、進出水管道的布置、進水池及出水池的布置要求、水泵選型及水泵安裝高度的確定、地基與基礎處理等，同時對水泵進行優化調度和管理，本文也提出了一些看法，對平原地區相類似的小型灌排結合泵站設計具有一定的借鑒意義。