河網連通工程排澇泵站提升規劃整治

羅文坤

(佛山市三水區機電排灌總站，廣東 佛山 528000)

1 概 況

三水新城所在范圍現狀以農田為主，是半丘陵地區，地形地貌以沖積平原和低丘為主，多水塘等低洼地，現狀內部水系主要有大棉涌、高豐涌、南渦涌、大塱渦涌等，擁有較好的河涌水網和大面積湖塘等自然景觀，但水環境質量不佳，各村莊零散分布其中，區域內現狀建設較少、房屋低矮破舊，已不適應新城的需要[1]。

擬通過建設高豐泵站，樞紐工程位于三水新城啟動區東南側，站南路南側出口，為控規所確定的站址，內接擬建的大棉涌干流，外排西南涌。本工程排澇范圍由兩部分組成：一是新城啟動區內的大棉涌排水區，面積9.684 km2；二是西南街道片區，面積11.995 km2，兩片區合共21.679 km2。排區排澇標準確定采用“10 a一遇24 h暴雨1 d排完，且內河涌水位不超控制水位”。

通過新建高豐泵站樞紐工程，再輔助河網建設，增強排水區排澇能力，保障該片區防洪排澇安全。

2 流域水系概況及排水整治規劃

2.1 水系概況

水系規劃的范圍為核心區57 km。總體布局為：一軸(中心水軸)兩湖(北湖、南湖)、四涌(改造的大棉涌、新建河涌、大塱渦涌、寶月涌)。旱季時利用中心水軸的高水位溢流入河網水系，雨季時中心水軸的上游洪水經兩湖一軸調蓄錯峰后排入河網水系，再自排或過排澇泵站排入西南涌[2]。

將“三水新城”區域范圍劃分為三大流域，其中新城片區位于大棉涌流域分區新城啟動區內，規劃將現狀大棉涌河道在該區域進行改道后，使大棉涌水軸以南的洪水不進入“三水新城”規劃的其他區域。通過調整區域內的河網水系，并在新大棉涌河口設排澇泵站，實現該片區內的排澇與排水目標。

規劃水軸將現狀大棉涌截斷，并通過設置節制閘及規劃水系(人工湖、河網水系)與水軸以外現狀大棉涌連通。

2.2 排水設施

(1)排水區涉及的水系主要有西南涌、高豐涌，各水系分述如下：西南涌地處北江下游，跨越佛山、廣州兩市，起點位于三水區北江大堤的西南水閘(建成于1957年)，向東流經三水高豐，在南海區的官窯附近與蘆苞涌匯合，再向東流經南海的和順、里水等鎮，于廣州白云區的鴉崗附近匯入珠江，全長41.0 km，西南涌的主要功能是為北江分洪，設計分洪流量1100 m3/s；高豐涌：高豐涌屬于大棉涌的支流，起于百旺城市政管道出水口，終點十三圍和高豐電排站，河長4.85 km，流域面積8.8 km2。流域上游為已經建設的城區，下游屬“三水新城”區域，現狀為農田與魚塘。

2.3 排澇區規劃

在尊重原有水系的原則下，保留大塱渦涌、大棉涌等水系，并以大棉涌、大塱渦涌等為主要排水通道；同時考慮河湖分離理念，大棉涌不穿越水軸，在水軸以南直接排入西南涌。結合現狀與規劃地形，將新城劃分為0#～4#共五個排水分區。

其中，水軸以南片區、與新城范圍線圍合區域作為 1#排水分區，此排水分區利用部分現狀的大棉涌及規劃改道后的大棉涌作為主要的排水通道，從而取消原有的高豐涌；1#排水分區的河網水系是本次可研的研究范圍。為本工程研究的區域，在改道的大棉涌末端新建高豐排澇泵站，充分發揮河道調蓄功能。

整個排水區地勢西北高，東南低，能最大限度地匯集本工程排水區澇水的地點無疑是位于主排水通道大棉涌干流排至西南涌的出口處。本工程大棉涌干流出口位于站南路南側。因此，高豐泵站站址選取站南路南側出口，且此站址也是控規所確定的泵站規劃站址。

3 排澇泵站設計

外江(西南涌)設計洪水位，采用西南涌堤防設計水面線成果，查得泵站站址處設計洪水位7.25 m。堤頂超高取1.0 m。故本工程工程范圍內堤頂高程均按超高1.0 m設計，定為8.25 m。

區域排澇標準選取10 a一遇不受澇。《佛山市排澇規劃》中心組團片區標準為近期10 a一遇最大24 h設計暴雨1 d排完且不致災，遠期20 a一遇最大24 h設計暴雨1 d排完且不致災[3]。

3.1 泵站工程總體規模

泵站選用4臺1800ZXB12-4.8斜式半調節軸流泵方案，配套電機功率950 kW，總裝機容量為3800 kW。

通過對涵閘過流能力、主排河涌過流能力進行計算分析，為滿足排澇(自流搶排)要求，本工程新建一座涵閘，按三孔布置，閘孔凈寬3.0 m×4.5 m，底板面高程-0.5 m，涵閘最大排水流量為113.0 m3/s。

近期為解決舊城區的排澇問題，先期實施泵站與現狀大棉涌的連接段，將此河段納入高豐泵站樞紐工程，從而實現現狀大棉涌與高豐泵站的連通，解決近期的排澇問題。本工程涉及河涌包括：(1)大棉涌干流(二)，沿站南路至泵站，長約700 m，面寬50 m，底坡1.0/8000。(2)大棉涌干流(一)，從南豐大道至站南路，長約1363 m，面寬46 m，底坡1.5/10 000。(3)北分流渠，南豐大道至大棉涌干流，長約994 m，面寬20 m，底坡1.0/8000。各段河涌均為復式斷面[4]。通過計算分析，在不同電排工況不同水面線下，河涌過流量及流速均滿足要求。

3.2 總平面布置

涵閘位于北側，泵站和涵閘縱軸線與大棉涌干流平行，與外江防洪堤縱軸線斜交約50.8°，涵閘位于泵站北側，涵閘與泵站縱軸線之間的距離為33.25 m。泵站主要由粗攔污柵、清污機段、前池、泵房、出水壓力箱涵、防洪閘和上、下游連接段組成，泵房設4臺斜式軸流泵；涵閘主要由閘室、箱涵和上下游連接段組成，三孔布置，單孔凈寬4.5 m[5]；電排站與新建涵閘，涵閘與泵房之間均采用隔離島連接。確定新建涵閘和電排站的縱軸線與大棉涌干流縱軸線平行，與外江防洪堤縱軸線斜交50.8°布置。涵閘縱軸線與泵站縱軸線距離為33.25 m，兩者之間采用隔離島連接。

3.3 涵閘主要建筑物結構布置

3.3.1 涵閘閘室

(1)閘室長度。根據防滲、穩定、地基承載力、上部結構(啟閉室、人行便橋)等布置的要求，同時考慮與防洪堤布置相協調，本工程涵閘閘室順水流方向長度取12.1 m。

(2)閘室寬度。根據設計過流量要求，涵閘閘室垂直水流方向三孔布置，孔凈寬3.0 m×4.5 m。邊墩厚0.9 m，中墩厚1.2 m，閘室底總寬度為17.7 m。

(3)閘室高程及結構布置。涵閘閘室采用三孔一聯整體式底板鋼筋混凝土結構。閘室底板面高程為-0.50 m，底板厚1.0 m。為增加抗滑阻力及防滲，閘底板上、下游各設一道1.0 m深的齒墻，并在閘底板上游側(外江側)設置深9 m的防滲鋼板樁。為防止側繞滲，在兩側邊墩的上、下游端各設一道刺墻[5]。

為減小閘門高度，閘室設置胸墻，胸墻底高程為3.0 m，閘門孔口尺寸為B×H=4.5 m×3.5 m。設置檢修平臺，高程4.0 m；涵閘閘門及啟閉室布置在外江側，啟閉室地面高程9.45 m，布置3臺固定式卷揚提升設備。

3.3.2 箱 涵

箱涵為鋼筋混凝土整體式底板三孔箱型結構，長103.0 m，單孔凈寬5.0 m，凈高3.5 m，底板厚0.6 m，側墻、中墻及頂板厚0.5 m。

3.3.3 后閘室

后閘室為鋼筋混凝土整體式底板三孔箱型結構，長10.1 m，單孔凈寬4.7 m，凈高4.5 m，底板厚0.5 m，側墻厚55 cm，中墩厚90 cm，頂設人行橋，板厚40 cm，每孔留檢修閘門門槽，門槽頂設簡易提吊架，裝電動葫蘆起吊[6]。

3.3.4 內外江連接段

涵閘內江連接段總長78.5 m，渠底高程-0.5 m，其中靠近涵閘護坦段總長63.5 m，分為5段，每段長12.7 m，采用C25鋼筋混凝土結構，板厚0.5 m；其余長15 m，采用40 cm厚干砌塊石護底，下鋪15 cm厚的砂石墊層，面層采用C20素混凝土15 cm厚護面。兩岸邊墻采用鋼筋混凝土懸臂式擋墻結構，擋墻頂高程3.0 m。連接箱涵段底板設置排水孔和反濾體[6]。

涵閘外江連接段由消力池段和海漫段兩部分組成。消力池段長20.0 m，池底高程-1.4 m，底板厚度0.7 m，為鋼筋混凝土護坦結構，底板進口與前閘閘室底板之間采用1∶4斜坡段相連。邊墻采用鋼筋混凝土懸臂式擋墻，墻頂高程4.0～8.2 m。消力池后為海漫段，渠底高程為0 m，護底干砌石厚40 cm，下鋪15 cm厚的砂石墊層，面層采用15 cm厚C20混凝土護面。海漫末端設置拋石防沖槽。

4 泵站機組方案論證

4.1 泵站基本參數

充分考慮泵站輸水管線以及各部分的沿程和局部損失，各供水部分的基本參數如表1。

表1 泵站基本參數

4.2 泵站機組設備選擇

按照本工程流量49.5 m3/s，凈揚程6.11 m左右的條件，本工程為低揚程大流量的泵站工程，適合采用軸流泵機組。軸流泵機組安裝型式有立式、臥式和斜式，而斜式機組由于安裝角度較小，其結構更接近臥式機組，因此斜式和臥式統一歸屬為斜臥式。本工程可以考慮采用斜臥式機組或者立式機組。

斜臥式機組，其水力模型效率高、高效區寬，運行穩定。進出水流道與機組布置平滑順暢，管路損失小，裝置效率高。配套電動機功率較小，長時間運行綜合耗電量較小，節能效果明顯[7]。機組設備結構簡單、安裝方便，技術成熟可靠，市場應用廣泛，后期管理維護簡單，費用低廉。同時，斜臥式安裝的機組，主廠房開挖深度小，建筑高度小，占地面積適中，建材消耗較少，主廠房的綜合造價較低[7]。

斜臥式機組目前國內運用較多，結構型式有15°、30°、45°，傳動方式有直接傳動，齒輪箱減速傳動；調節方式有全調節和半調節；水導軸承有非金屬水潤滑軸承，油(油脂、稀油)潤滑金屬軸承，葉輪直徑從1.6～4.1 m，設計制造、加工工藝、安裝運行已日趨完善。大型斜式軸流泵由于其水力模型效率高、高效區寬，運行穩定。進出水流道與機組布置平滑順暢，管路損失小，裝置效率高。配套電動機功率較小，長時間運行綜合耗電量較小，節能效果明顯[8]。機組設備結構簡單、安裝方便，技術成熟可靠等優點，越來越受到不同用戶的高度關注，尤其是低揚程，大流量工況下，在傳統立式、臥式機組不適應使用，貫流機組價格比較高的情況下，斜式機組是一種比較好的選擇[8]。

根據泵站設計規范，主泵的臺數選擇主要考慮經濟性和運行調度靈活性，臺數宜為3～9臺，流量比較穩定的泵站，臺數宜少。決定機組臺數的主要因素為可靠性、經濟性與運行調度要求。選用以下泵型與臺數做機組選型方案比較：4臺1800ZXB12-4.8型斜式半調節軸流泵機組，葉輪直徑D=1800 mm，轉速n=250 r/min。

在水泵性能曲線圖上分別制作泵站管路特性曲線，求得水泵在特征揚程下的工作點見圖1。

圖1 1800ZXB12-4.8型斜式軸流泵工作性能曲線及工作點確定

5 結 論

(1)泵站主要由粗攔污柵、清污機段、前池、泵房、出水壓力箱涵、防洪閘和上、下游連接段組成，泵房設4臺斜式軸流泵；涵閘主要由閘室、箱涵和上下游連接段組成，三孔布置，單孔凈寬5.0 m。

(2)基于建設成本績效與運行管理維護便利，本階段設計推薦選用4臺1800ZXB12-4.8斜式半調節軸流泵方案，配套電機功率950 kW，總裝機容量為3800 kW。