同江市臨江灌區(qū)渠首泵站細部尺寸及高程的確定

郝成東，陳玉鑫，郭建梅

（1.佳木斯市水利勘測設計研究院，黑龍江佳木斯 154002;2.同江市水務局，黑龍江同江 156400;3.黑龍江農(nóng)墾勘測設計研究院，哈爾濱 150090）

1 工程概況

臨江灌區(qū)是黑龍江省三江平原“兩江一湖”沿岸14處大中型提水灌區(qū)之一，是我省千億斤糧產(chǎn)能工程同江市水利工程的重要組成部分，灌區(qū)設計灌溉面積2.05萬hm2。

臨江泵站是臨江灌區(qū)的渠首提水泵站，位于同江市臨江鎮(zhèn)境內(nèi)，是臨江灌區(qū)整個工程中單項投資最大、實施難度最大的工程。該泵站取水水源為黑龍江。

臨江泵站設計裝機總流量為32.13 m3/s，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物工程級別為3級，設計防洪標準為30 a一遇，校核防洪標準為100 a一遇。經(jīng)多方案比選，選擇6臺水泵，其中工作泵5臺，備用泵1臺，泵型為1700HDC-11立式混流泵，單泵流量為6.43 m3/s，配套電機功率1 000 kW，5臺工作泵總功率5 000 kW。

2 泵站各部件細部尺寸及高程確定

2.1 前池尺寸確定

2.1.1 擴散角確定

水流臨界擴散角按下式計算：

式中：θ為邊墻擴散角;h為渠末水深，m;v為渠末流速，m/s。

經(jīng)計算，前池擴散角α=38°，小于規(guī)范正向進水前池擴散角≤40°的規(guī)定。

2.1.2 前池長度確定

前池長度按下式計算：

式中：L為前池計算長度，m;b為引渠末端底寬，m;B為進水池寬度，m。

經(jīng)計算，前池長度為25.0m。

2.2 進水池尺寸確定

2.2.1 進水池邊壁形式和后墻距確定

根據(jù)工程總體布置進水池邊壁形式為矩形。

本泵站選定泵型為1700HDC-11立式混流泵，廠家給定進水喇叭口直徑2 000 mm。

根據(jù)《泵站設計規(guī)范》（以下簡稱規(guī)范）9.2.3.3條規(guī)定，喇叭口中心線距后墻距離?。?.8～1.0）D，同時應滿足喇叭口安裝的要求。根據(jù)水泵廠家樣本給定安裝圖確定喇叭口中心線距后墻距離為3 900 mm，大于規(guī)范要求，廠家將另行配置導流板來改善水泵進水條件。

2.2.2 進水池寬度確定

根據(jù)經(jīng)驗喇叭口中心線距側墻距離一般取1～2.5D即可，另規(guī)范9.2.3.4條規(guī)定喇叭口中心線距側墻距離宜取1.5D，本次設計喇叭口中心線距側墻距離2.75 m，基本滿足要求。

每臺泵的進水池凈寬度為5.5 m，共6臺泵，6個進水池，池與池之間用隔墩分隔，隔墩厚0.8 m，邊墩及縫墩厚1.2 m，經(jīng)計算進水池總寬度為39.80 m。

2.2.3 進水池長度確定

1）進水池最小長度可按下式計算：

式中：L為進水池最小長度，m;K為秒換水系數(shù)，規(guī)范規(guī)定取30～50;Q為流量，m3/s;h為有效水深，m3/s;B為進水池寬度，m。

經(jīng)計算，進水池的有效最小長度取值范圍為8.9～14.8 m。

2）規(guī)范規(guī)定

根據(jù)規(guī)范規(guī)定，喇叭管中心線至進水室進口距離＞4D。經(jīng)計算，進水池長度根據(jù)規(guī)范應＞8.0 m。

綜合以上兩點確定進水池有效長度為10 m，但是考慮到進水池墻后填土高度較大，進水池過短難以滿足泵房穩(wěn)定要求，因此進水池總長度考慮穩(wěn)定要求確定為15.0 m。

2.3 泵房尺寸的確定

2.3.1 進水池底板高程確定

進水池底板高程根據(jù)泵站特征水位、喇叭口懸空高度及淹水深度予以確定，經(jīng)綜合分析確定進水池底板高程為34.92 m。

2.3.2 主、副廠房地面高程的確定

本泵站主副廠房的地面高程主要考慮防洪要求予以確定，本泵站的工程等級為3級，設計防洪標準為30 a一遇，相應洪水位為48.20 m;校核防洪標準為100 a一遇，相應洪水位為48.60 m。根據(jù)規(guī)范：主、副廠房地面高程=設計洪水位（校核洪水位）+安全加高+波浪爬高+峰壅增水高度，經(jīng)計算主、副廠房地面高程應為49.77 m，取49.80 m。

2.3.3 吊車軌面高程的確定

吊車軌面高程應保證載重汽車進入檢修間裝卸設備的要求，所以吊車軌面高程應根據(jù)起吊點由下式計算確定：

式中：▽軌為吊車軌面高程，m;▽地為檢修間地面高程，m;h1為汽車車廂底板離地面高度，m;h2為墊塊高度，m;h3為最高設備（或部件）的高度，m;h4為捆扎長度，m;h5為吊車吊鉤到軌道面的距離，m;h6為起吊物吊離車廂底板的必要高度，m。

根據(jù)廠家給定安裝圖，最大部件起吊凈高為8.50 m，經(jīng)計算，▽軌=59.55 m，本次設計取該值為設計值。

2.3.4 屋面大梁下緣高程確定

屋面大梁下緣高程由吊車軌面高程加上軌道高度予以確定，經(jīng)計算屋面大梁下緣高程為61.80 m。

2.3.5 平面尺寸確定

廠房的平面尺寸根據(jù)廠房內(nèi)部設備布置、調運、消防、通行等要求進行綜合確定。

2.4 出水管管徑確定

本泵站共選擇6臺水泵，單泵流量為6.43 m3/s，泵站出水管管徑可采用以下經(jīng)驗公式進行計算：

式中：Q為出水管設計流量，m3/h;D為出水管直徑，mm。

經(jīng)計算，D=1 750 mm，取D=1 800 mm。計算該管徑出水管流速為2.53 m/s，在經(jīng)濟流速2.5～3.5 m/s范圍內(nèi)。

2.5 出水池的確定

2.5.1 出水池型式確定

出水池采用正向出水，淹沒式出流型式。

2.5.2 出水池長度確定

采用以下兩種方法進行綜合確定：

1）水面旋滾法

水面旋滾法計算公式如下：

式中：L為出水池長度，m;K為系數(shù);h淹最大為系數(shù)。

經(jīng)計算，出水池最小長度為14.54 m。

2）淹沒射流法

淹沒射流法計算公式如下：

式中：L為出水池長度，m;V0為管道出口平均流速，m/s;V渠為渠道進口平均流速，m/s;D0為管道出口直徑，m。

經(jīng)計算，出水池最小長度為19.84 m。經(jīng)綜合分析，確定出水池的長度為20.0 m。

2.5.3 出水池寬度確定

出水池最小單管出流寬度可按B單≥（2～3）D出水管控制，經(jīng)計算取值范圍為3.6～5.4 m，本泵站取4.0 m。共6根出水管，管與管之間考慮水流條件，用隔墩進行分隔，隔墩厚0.4 m，經(jīng)計算出水池總寬度為26.0 m。

2.5.4 管口下緣至池底距離確定

此距離主要用以防止池中泥沙或雜物等淤塞出水口，一般采用10～20 cm。本次設計考慮施工方便和運行安全取30 cm。

2.5.5 管口上緣最小淹水深度確定

一般采用下式計算：

式中：h淹最小為管口上緣最小淹水深度，m;V0為管道出口平均流速，m/s。

經(jīng)計算最小取值范圍為0.33～0.65 m，從安全計取0.94 m。

2.5.6 出水池底板高程確定

出水池底板高程可按下式計算確定：

經(jīng)計算，出水池底板高程為45.40 m。

3 結論

通過以上分析計算，確定了臨江灌區(qū)渠首泵站的各部件細部尺寸及高程，為渠首泵站總體設計提供依據(jù)。

[1]中華人民共和國水利部.GB/T50265-97泵站設計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，1997.