臺(tái)安縣擬改造泵站排水流量及特征水位推求研究

付 鑫

(遼寧江河水利水電工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110003)

1 遼渾蒲泵站概況

臺(tái)安縣遼渾蒲泵站地處臺(tái)安縣南部，地處下遼河平原腹地，遼渾蒲泵站屬于遼寧省大型泵站之一，是以渾河及其回水支流外遼河、遼臺(tái)排干為排水河道的大型電力排灌泵站，由三界排水站、湘水排水站、郁坨子排水站、偏養(yǎng)子排水站、頭臺(tái)子排水站、兀拉排水站、竇家排水站、李套子排灌站、張臺(tái)子排灌站等9座站組成，總裝機(jī)68臺(tái)，總裝機(jī)功率11 005 kw，設(shè)計(jì)流量110 m3/s。遼渾蒲澇區(qū)總?cè)丝?0.4萬(wàn)人，遼渾蒲泵站擔(dān)負(fù)著區(qū)域內(nèi)271.82 km2的排水任務(wù)，設(shè)計(jì)灌溉保證率75%，實(shí)際灌溉保證率為48%，設(shè)計(jì)灌溉面積1.8萬(wàn)畝，有效灌溉面積0.8萬(wàn)畝，設(shè)計(jì)排澇面積24.82萬(wàn)畝，實(shí)際排澇面積24.82萬(wàn)畝，主要受益鄉(xiāng)鎮(zhèn)有韭菜臺(tái)鎮(zhèn)、高力房鎮(zhèn)和黃沙坨鎮(zhèn)，年產(chǎn)糧食3.1億斤，年產(chǎn)值49億元。

2 遼渾蒲泵站運(yùn)行現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

遼渾蒲泵站位于遼寧省臺(tái)安縣境內(nèi)，主要承擔(dān)渾河、外遼河和遼臺(tái)排干所包圍區(qū)內(nèi)的排水任務(wù)。遼渾蒲泵站由9座站組成，共裝機(jī)68臺(tái)，總裝機(jī)功率11 005 kW，設(shè)計(jì)流量為110 m3/s。根據(jù)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》，遼渾蒲泵站規(guī)模為大(2)型，泵站等別為Ⅱ等。這些泵站多建設(shè)于上世紀(jì)六七十年代，經(jīng)過(guò)幾十年的運(yùn)行，多數(shù)存在水工建筑物老化、損毀，機(jī)電設(shè)備和金屬結(jié)構(gòu)多數(shù)屬于淘汰產(chǎn)品，大多超期服役，存在嚴(yán)重安全隱患，嚴(yán)重影響到排水泵站的安全運(yùn)行。按照《全國(guó)大型灌溉排水泵站更新改造規(guī)劃》，遼渾蒲泵站的全部9座泵站全部列入了更新改造。已完成了三界排水站、郁坨子排水站、兀拉排水站、張臺(tái)子排灌站、湘水排水站和頭臺(tái)子排水站等6座泵站的更新改造。為保障控制區(qū)域內(nèi)的排澇得到有效的解決，使當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)得到穩(wěn)定、快速、健康的發(fā)展，對(duì)臺(tái)安縣遼渾蒲泵站剩余3座泵站進(jìn)行更新改造是十分必要的。

3 擬改造泵站工程等級(jí)及防洪標(biāo)準(zhǔn)

3.1 工程等別

本工程只對(duì)偏養(yǎng)子排水站、李套子排灌站和竇家排水站進(jìn)行更新改造，根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》和《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》，并結(jié)合3座泵站的設(shè)計(jì)流量、裝機(jī)容量和排澇面積(見(jiàn)表1)可知，偏養(yǎng)子排水站主要建筑物級(jí)別為3級(jí)，次要建筑物級(jí)別為4級(jí)，臨時(shí)性建筑物級(jí)別為5級(jí)；李套子排灌站主要建筑物級(jí)別為3級(jí)，次要建筑物級(jí)別為4級(jí)，臨時(shí)性建筑物級(jí)別為5級(jí)；竇家排水站主要建筑物級(jí)別為4級(jí)，次要建筑物級(jí)別為5級(jí)，臨時(shí)性建筑物級(jí)別為5級(jí)。同時(shí)根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，泵站穿堤建筑物級(jí)別不低于所在堤防等級(jí)，因此偏養(yǎng)子排水站出水池級(jí)別為2級(jí)；李套子排灌站穿堤涵級(jí)別為2級(jí)，具體各泵站等級(jí)見(jiàn)表2。

表1 遼渾蒲泵站設(shè)計(jì)流量和裝機(jī)容量匯總表

表2 遼渾蒲泵站所在堤防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)匯總表

3.2 防洪標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》，偏養(yǎng)子排水站設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為30 a一遇，校核防洪標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇，偏養(yǎng)子排水站出水池設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇，校核防洪標(biāo)準(zhǔn)為200 a一遇；李套子排灌站設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為30 a一遇，校核防洪標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇，李套子排灌站穿堤涵設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇，校核防洪標(biāo)準(zhǔn)為200 a一遇；竇家排水站設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇，校核防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇。

根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》和工程實(shí)際情況，偏養(yǎng)子排水站臨時(shí)工程導(dǎo)流建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)為10 a一遇，李套子排灌站臨時(shí)工程導(dǎo)流建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)為5 a一遇，竇家排水站臨時(shí)工程導(dǎo)流建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)為5 a一遇。

3.3 排澇標(biāo)準(zhǔn)

工程位于遼寧省鞍山市臺(tái)安縣，考慮到工程所在范圍的重要性，并根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》和區(qū)域?qū)嶋H情況，確定遼渾蒲泵站排澇標(biāo)準(zhǔn)為10 a一遇。遼渾蒲泵站工程等級(jí)及防洪標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3。

表3 遼渾蒲泵站工程等級(jí)及防洪標(biāo)準(zhǔn)匯總表

4 排水流量確定

4.1 排澇面積復(fù)核

4.2 設(shè)計(jì)排水流量

根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》及遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院編制完成的《遼寧省治澇規(guī)劃報(bào)告(含田間配套工程)》，結(jié)合我省實(shí)際情況，排澇標(biāo)準(zhǔn)采用十年一遇24 h降雨旱作區(qū)2 d排除，水稻區(qū)采用3天降雨3～5 d排除[1-3]。根據(jù)上述內(nèi)容，設(shè)計(jì)排澇歷時(shí)T取2(3～5)天，計(jì)算灌溉模數(shù)如下：

4.2.1 平原區(qū)旱地設(shè)計(jì)排澇模數(shù)

計(jì)算公式：

(1)

式中：Mh為旱地設(shè)計(jì)排澇模數(shù)(m3/s·km2)；R為歷時(shí)為T的設(shè)計(jì)暴雨所產(chǎn)生的凈雨(mm)；T為澇水排出時(shí)間。(d)。

4.2.2 平原區(qū)水田設(shè)計(jì)排澇模數(shù)

計(jì)算公式：

(2)

Rs=PT′-hs-f-ET

(3)

式中：Ms為水田設(shè)計(jì)排澇模數(shù)m3/s·km2；Rs為水田需要排除的澇水深(mm)；PT′為歷時(shí)為T′的設(shè)計(jì)暴雨(mm)；hs為水田滯蓄水深(mm)，我省為30 cm；f為歷時(shí)為T的水田滲漏量(mm)，一般采用1.0～2.2 mm/d；E為為水田日蒸發(fā)量(mm)，一般采用4～6 mm。

4.2.3 平原區(qū)旱地和水田綜合設(shè)計(jì)排澇模數(shù)

計(jì)算公式：

(4)

式中：Mz為綜合設(shè)計(jì)排澇模數(shù)(m3/(s·km2))；Ah為旱地面積(km2)；As為水田面積(km2)。

根據(jù)《遼寧省治澇規(guī)劃報(bào)告(含田間配套工程)》，參照渾河右岸澇區(qū)遼中澇片10年一遇旱田排水模數(shù)0.39 m3/(s·km2)及10年一遇水田排水模數(shù)0.24 m3/s·km2計(jì)算各泵站設(shè)計(jì)排水流量。計(jì)算成果見(jiàn)表4。

表4 泵站設(shè)計(jì)排水流量表

表5 遼渾蒲泵站設(shè)計(jì)流量對(duì)比表

5 特征水位

5.1 進(jìn)水池設(shè)計(jì)運(yùn)行水位

5.1.1 偏養(yǎng)子排水站

偏養(yǎng)子排水站推求進(jìn)水池設(shè)計(jì)水位，選取排澇區(qū)內(nèi)地面低洼處，本設(shè)計(jì)選取2處地面低洼處，分別位于孫家房身村北側(cè)和引渠渠首(大高村南側(cè))，地面高程分別為4.94 m和5.36 m，引渠長(zhǎng)8.90 km。排水溝按四級(jí)布設(shè)，起點(diǎn)水位低于地面0.30 m。排水溝過(guò)橋損失為0.05 m，農(nóng)溝比降1/2 000，斗溝比降1/3 000，支渠比降1/4 000，干溝比降1/5 000，計(jì)算成果見(jiàn)表6。

表6 偏養(yǎng)子排水站設(shè)計(jì)水位推求表

通過(guò)計(jì)算結(jié)果可知，排除澇區(qū)澇水推求到站前水位最低為2.70 m，經(jīng)綜合考慮，本次改造偏養(yǎng)子排水站進(jìn)水池設(shè)計(jì)運(yùn)行水位為2.70 m。

5.1.2 李套子排灌站

李套子排灌站推求進(jìn)水池設(shè)計(jì)水位，選取排澇區(qū)內(nèi)地面低洼處，本設(shè)計(jì)選取4處地面低洼處，分別位于引渠渠首(大柳樹(shù)村東側(cè))、水灣子村北側(cè)、郭印子村東側(cè)和水灣子村南側(cè)，地面高程分別為5.64 m、4.49 m、4.79 m和4.26 m，引渠長(zhǎng)7.55 km。排水溝按四級(jí)布設(shè)，起點(diǎn)水位低于地面0.30 m。排水溝過(guò)橋損失為0.05 m，農(nóng)溝比降1/2 000，斗溝比降1/3 000，支渠比降1/4 000，干溝比降1/5 000，計(jì)算成果見(jiàn)表7。

表7 李套子排灌站設(shè)計(jì)水位推求表

通過(guò)計(jì)算結(jié)果可知，排除澇區(qū)澇水推求到站前水位最低為3.35 m，經(jīng)綜合考慮，本次改造李套子排灌站進(jìn)水池設(shè)計(jì)運(yùn)行水位為3.35 m。

5.1.3 竇家排水站

竇家排水站推求進(jìn)水池設(shè)計(jì)水位，選取排澇區(qū)內(nèi)地面低洼處，本設(shè)計(jì)選取2處地面低洼處，分別位于吳家窩棚村南側(cè)和引渠渠首(西螞蚱廟村南側(cè))，地面高程分別為5.95 m和7.58 m，引渠長(zhǎng)5.45 km。排水溝按四級(jí)布設(shè)，起點(diǎn)水位低于地面0.30 m。排水溝過(guò)橋損失為0.05 m，農(nóng)溝比降1/2 000，斗溝比降1/3 000，支渠比降1/4 000，干溝比降1/5 000，計(jì)算成果見(jiàn)表8。

表8 竇家排水站設(shè)計(jì)水位推求表

通過(guò)計(jì)算結(jié)果可知，排除澇區(qū)澇水推求到站前水位最低為4.76 m，經(jīng)綜合考慮，本次改造竇家排水站進(jìn)水池設(shè)計(jì)運(yùn)行水位為4.65 m。

5.2 進(jìn)水池最低運(yùn)行水位

泵站進(jìn)水池最低運(yùn)行水位是按排澇區(qū)大部分耕地的平均高程減去水[5]、旱田適宜地下水埋深，再減0.20 m，同時(shí)考慮水泵運(yùn)行時(shí)要求的最低水位，經(jīng)綜合確定排水站最低運(yùn)行水位。具體見(jiàn)表9。

表9 排水站進(jìn)水池最低運(yùn)行水位成果表 m

5.3 進(jìn)水池最高運(yùn)行水位

進(jìn)水池最高運(yùn)行水位是泵站排澇區(qū)允許最高澇水位，同時(shí)考慮到引渠最高水位的要求，具體成果見(jiàn)表10。

表10 排水站進(jìn)水池最高運(yùn)行水位成果表 m

6 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)《遼寧省治澇規(guī)劃報(bào)告(含田間配套工程)》，參照渾河右岸澇區(qū)遼中澇片10年一遇旱田排水模數(shù)0.39 m3/s·km2及10年一遇水田排水模數(shù)0.24 m3/s·km2計(jì)算泵站設(shè)計(jì)排水流量，同時(shí)根據(jù)各排水站所控制的排澇區(qū)域內(nèi)的澇水能夠排除為原則，推求各站的特征水位。