分組布置式泵站布局方案研究

耿建強

（上海市政工程設計研究總院（集團）第六設計院有限公司，安徽 合肥 230061）

0 引言

泵站工程在水利工程中作為常用的排澇、灌溉設施，有著較為廣泛的應用，通常泵站工程為發揮排澇或灌溉某一種功能，或解決某一個排區排澇而進行建設的，布置相對簡單，運行也較為簡便，但泵站工程設計中對多排區排澇及聯合調度等研究運用成果較少，且設計條件不同，布置形式也有所差異。蚌埠市龍子河口綜合樞紐需同時解決排城、排湖、排圩三個排區的排澇，并通過聯合調度、互為代排，實現降低泵站裝機規模、提高泵站運行效率、節約用地等多重目標。通過對蚌埠市龍子河口綜合樞紐工程布局方案的研究，將為泵站設計中的多排區排澇、綜合功能發揮、聯合運行調度提供參考，為工程建設節約投資和集約土地提供借鑒意義。

1 概況

蚌埠市位于淮河中游，主城區緊鄰淮河右岸，區域內有多條支流匯入淮河。龍子河為淮河干流蚌埠閘下右岸的一級支流，位于蚌埠市區東部，蚌埠中心片區和東片地區之間，其水源于東、西蘆山，向北經曹山閘、鄭家渡閘入淮河，河道長約10km。龍子河出口段上接曹山閘，下至淮河，河道長2.0km，沿線分布鄭家渡退補水涵、龍子湖站、鄭家渡閘、龍子河泵站、鄭家渡站等多個建筑物。

龍子河站、龍子湖站和鄭家渡站三個泵站分別服務于不同排區，其中龍子河站排澇流量為18m3/s，排澇范圍為3.37km2，排澇服務區為城市建成區（排城），控制最高排澇水位為17.5m；龍子湖站排澇流量為40m3/s，排澇范圍為140km2，排澇服務區為龍子湖洪水（排湖），控制最高排澇水位為19.0m；鄭家渡站排澇流量為8m3/s，排澇范圍為45.9km2，排澇服務區為方邱湖圩區（排圩），控制最高排澇水位為17.5m。

2 研究方案

2.1 研究重點

根據現狀條件，現狀龍子河站、龍子湖站為20年一遇排澇標準，不滿足蚌埠市30 年一遇排澇標準要求；鄭家渡站由于建設時代較久，存在設施老化，同時出水箱涵受淤積影響，進出水不暢，嚴重影響該泵站效益的發揮。因此綜合上述情況，實施龍子河站、龍子湖站及鄭家渡站的拆除重建是必要和迫切的。

龍子河站、龍子湖站、鄭家渡站分屬不同排區，包括排城、排湖、排圩，排澇標準、排澇水位等各不相同，如何優化工程布局，提高泵站運行效率，降低工程建設成本是本次拆除重建方案研究的重點及難點。

2.2 方案擬定

結合龍子河口封閉堤防建設，擬定兩個方案進行比選，方案一為合建分排方案，方案二為分建分排方案。

2.2.1 合建分排方案

合并建設龍子湖站、龍子河站及鄭家渡站，排湖、排城、排圩三合一。為保證排水相對獨立，在前池設置隔墩，鄭家渡站右側進水，龍子湖站中間進水，龍子河站左側進水，同時前池隔墩設置連通閘，通過連通閘的控制，實現泵站的聯合調度、互為代排（見圖1）。

圖1 合建分排布置示意圖

2.2.2 分建分排方案

龍子湖站結合封閉堤防，移址重建，建設堤后式排澇泵站，主要排龍子湖水；龍子河泵站原址擴容，提標至30 年一遇，針對龍子河出口排澇閘站建成后對龍子河出水口的影響，新建龍子河站出水箱涵直排淮河；鄭家渡站位于龍子湖站右側，獨立前池、獨立進水，獨立運行（見圖2）。

圖2 分建分排布置示意圖

2.3 方案比選

方案一與方案二在滿足排澇達標的前提下，各具特點。方案一工程布置緊湊，有助于集約用地，同時考慮排城、排湖、排圩不同片區來水的錯峰特點，通過聯合調度，有助于降低泵站裝機規模，提高泵站運行效率，但由于聯合調度導致設備運行管理復雜，對運管人員要求較高。方案二基本維持了現有的排澇體制，獨立運行，便于管理，但泵站裝機規模增大，同時泵站場區分散布置，不利于節約用地。綜合分析方案總體布置、裝機規模、調度條件、錯峰代排、管理體制、環境影響、征占地條件等因素（見表1），合建分排方案更有利于聯合調度和運行管理，也更符合現代化綜合樞紐的建設理念和智慧運行的思路，因此推薦合建分排方案。

表1 方案比選表

3 方案總體布置

根據比選方案，為滿足方案分區排澇、聯合調度、互為代排的功能要求，本文創新性提出分隔前池、分組布置的總布置方式，總布置包括進水渠、泵站場區、穿堤涵、出水渠及封閉堤防，其中封閉堤防為淮河大堤的組成部分，泵站為堤后式泵站，泵站共選用8 臺機組。

泵站場區作為龍子河口綜合樞紐最主要組成部分，為滿足分區進水、分級調節和互為代排的運行要求，本次泵站場區布置采用分隔前池、分組布置方式；自左至右依次布置為1 孔自排涵、4 臺泵站機組、2 孔自排涵、4 臺泵站機組和1 孔自排涵，前池由隔墩劃分為三個分區，分別為左側前池、中間前池和右側前池，前池隔墩設置溝通閘。灌溉泵站位于樞紐右側，自淮河提水后進入泵站右側前池。

龍子河片區澇水經進水閘4 進入左側龍子河進水涵進入左側前池，由左側自排涵或泵站機組排入出水箱涵，龍子湖澇水經進水閘2 進入中間前池由中間自排涵或泵站機組排入出水箱涵，方邱湖片區澇水經進水閘5 進入鄭家渡進水涵，由右側自排涵或泵站機組排入出水箱涵，確保了在分區調度時的各排水分區獨立運行。當排區需聯合調度時，相應打開溝通閘1 和溝通閘2，通過調節前池進水，實現對三個排澇片區不同時段泵站抽排能力的實時調節，提高機組運行效率，具體泵站場區布置見圖3。

圖3 泵站場區布置圖

4 方案創新特色

4.1 多片區排澇

現狀該地區由龍子河站排城市澇水，鄭家渡站排圩區澇水，龍子湖站排湖區澇水。本次拆除龍子河站、鄭家渡站及龍子湖站，通過合建龍子河口綜合樞紐排除城市澇水、圩區澇水及湖區澇水。

4.2 多任務組合

龍子河口樞紐是集抽排與自排于一體，具有排澇和灌溉功能的綜合樞紐，既排城市澇水，又排山丘區湖水，還要排圩區澇水。在解決好排澇的任務的同時，兼顧方邱湖片區的農業灌溉及龍子湖的補水，發揮龍子河口樞紐的綜合效益。

4.3 多工況調度

龍子河口綜合樞紐并不是龍子河站、龍子湖站和鄭家渡站單純的在物理空間意義上的合并建設，更重要的是通過聯合調度，實現多工況運行，提高泵站運行效率。龍子河口綜合樞紐運行工況較多，包括抽排工況、自排工況、抽排與自排同步工況，互為代排工況等不同工況組合形式，其中代排工況為根據不同排區洪峰的錯峰特點，利用其他排區空閑機組代排洪峰較早片區澇水，增加機組的使用效率，增加排澇能力。

為滿足多工況調度要求，針對不同工況條件下前池水位、進出水要求不同的情況，本次創新性提出前池分隔、隔墩溝通的布置方案，配套布置工作閘門26 扇，通過閘門的啟閉調度，實現龍子河口樞紐的多工況靈活調度，滿足不同工況、不同條件、不同功能的需要。

4.4 多水位調節

龍子河口綜合樞紐排除多片區澇水，不同片區排澇水位不一樣，其中城排區及圩區最高內澇水位不超過17.5m，龍子湖澇水最高水位不超過19.0m；為滿足多水位調節需要，泵站布置中創新性提出前池設置隔墩及連通閘，通過隔墩滿足不同水位的控制需要，同時通過隔墩連通閘實現泵站機組的聯合運用，互為代排，提高運行效率。

5 結論

龍子河口綜合樞紐是在現有水利設施條件下，為滿足排城、排湖、排圩的多重需要，進行了工程布局的優化，尤其通過分隔前池、分組布置，實現了分區進水、分級調節和互為代排的運行要求，有效減少了泵站總體裝機規模，降低了工程投資。但該布置方案較為復雜，控制閘門較多，對運行管理要求高，在實際運行中應加強信息化、智能化的建設，對運行管理系統進行互助式設計，實現綜合樞紐的高效、安全、穩定運行，為樞紐發揮綜合效益提供保障