枋洋鎮(zhèn)院前排澇工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)研究

薛期穎

( 漳州市長泰區(qū)農(nóng)田建設(shè)站，福建 漳州 363000)

排澇站的建設(shè)是關(guān)系到人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全的一項(xiàng)重要水利工程，在維護(hù)城鄉(xiāng)防洪排澇、保障民生、生態(tài)平衡等方面都發(fā)揮著重要作用。排澇站各項(xiàng)參數(shù)的合理設(shè)計(jì)是關(guān)系到河道防洪能力、安全經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要前提。眾多的水利工作者在建設(shè)的過程中從未停止對排澇站的特征水位、水泵選型和水力設(shè)計(jì)等進(jìn)行相關(guān)研究和改進(jìn)[1]。文章在前人成果的基礎(chǔ)上，以長泰縣枋洋鎮(zhèn)赤嶺村排澇工程中院前排澇站設(shè)計(jì)為例進(jìn)行研究。

1 工程概況

1.1 龍津溪概況

龍津溪屬福建省九龍江北溪的支流，起點(diǎn)位于泉州地區(qū)的佛耳山南側(cè)，途經(jīng)安溪縣和長泰縣的多個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)?？偭饔蛎娣e924km2，河道總長度80km，平均坡降約5.5‰。臺(tái)風(fēng)暴雨期間，普降大雨，龍津溪洪水快速上漲，院前洪澇水受龍津溪洪水位頂托影響，排泄不暢，輕而莊稼受淹，道路漫水、交通不暢，重則房屋進(jìn)水，甚至長時(shí)間泡水，危及房屋和居民安全。因此經(jīng)多方研究決定，在臨龍津溪側(cè)，且多方匯水的低洼處新建一排澇站，是可行和迫切的。

1.2 設(shè)計(jì)洪水

本項(xiàng)目位于龍津溪中游枋洋鎮(zhèn)的院前村，流域內(nèi)沒有設(shè)立水文測站，無實(shí)測洪水資料。根據(jù)資料，本流域面積不足10km2，采用華東地區(qū)特小流域法以及推理公式法(一般適用于流域面積<200km2的小流域)確定設(shè)計(jì)洪水位，兩者計(jì)算結(jié)果基本一致。因此，本次設(shè)計(jì)采用福建省的推理公式法計(jì)算成果。暴雨推求小流域設(shè)計(jì)洪水時(shí)，采用上述所分析的短歷時(shí)設(shè)計(jì)暴雨，而產(chǎn)匯流參數(shù)，則根據(jù)福建省綜合概化后的沿海地區(qū)計(jì)算公式進(jìn)行分析，計(jì)算成果如表1所示。

表1 院前排澇渠設(shè)計(jì)洪水成果表

1.3 排澇標(biāo)準(zhǔn)

長泰縣枋洋鎮(zhèn)院前均屬于一般農(nóng)村，按一般縣城郊區(qū)農(nóng)田排澇設(shè)計(jì)，院前排澇站選用10a一遇澇水、且24h暴雨和24h排完的排澇標(biāo)準(zhǔn)。

1.4 工程地質(zhì)

擬建場地原始地貌屬?zèng)_洪積階地。經(jīng)近期人工填土整平，地形較平緩，鉆孔孔口高程為71.49-77.02m(黃海高程)。對本工程影響較大的地層分別為素填土、粉質(zhì)黏土和卵石層，下部為強(qiáng)風(fēng)化和中風(fēng)化花崗巖；其中，素填土主要為周圍山體開挖填筑的黏性土，含有少量粗顆粒；粉質(zhì)黏土，可塑，含有少量石英顆粒；卵石，中密-密實(shí)[2-4]。

2 排澇站設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1 排澇水閘計(jì)算

為充分利用排澇水閘自排機(jī)會(huì)，減少排澇站電力抽排工作時(shí)間，根據(jù)當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，水閘規(guī)模一般按10-20cm過閘水頭能排洪峰確定，本次設(shè)計(jì)水閘按以下原則確定水閘規(guī)模：閘底高程與河底基本一致，在淹沒出流情況下，按澇區(qū)達(dá)到最高內(nèi)澇水位時(shí)，保持10cm過閘水頭能排除設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)最大澇水流量來確定水閘規(guī)模。經(jīng)計(jì)算，院前排澇站水閘工程規(guī)模為：排水范圍2.47km2、排澇標(biāo)準(zhǔn)10%、設(shè)計(jì)流量47.7m3/s、閘門底高程68.5m、閘門尺寸2×5m(孔數(shù)×寬)。

2.2 排澇泵站計(jì)算

根據(jù)院前設(shè)計(jì)澇水過程線和龍津溪設(shè)計(jì)洪水位過程線，進(jìn)行逐時(shí)段水量平衡的蓄排澇計(jì)算，按“削平法”計(jì)算10a一遇澇水24h暴雨、24h排完的排澇標(biāo)準(zhǔn)，確定院前排澇泵站設(shè)計(jì)排水流量，其中，特征水位如表2所示。起調(diào)水位為70.00m、抽水流量5.4m3/s、最高內(nèi)澇水位72.70m。

表2 院前排澇泵站特征水位

3 排澇站設(shè)計(jì)方案

3.1 水泵選型

由于該泵站為排澇泵站，具體工作小時(shí)數(shù)較少，故不用設(shè)置備用水泵。若機(jī)組一旦出現(xiàn)問題，仍會(huì)對防洪排澇造成不良影響，所以綜合考慮以上各個(gè)因素，本泵站綜合確定采用常規(guī)立式軸流泵組。綜合泵站的總體布置以及考慮安裝、檢修、運(yùn)行調(diào)度等因素，設(shè)計(jì)方案選用泵站裝設(shè)2臺(tái)立式軸流泵，各項(xiàng)參數(shù)如表3所示。水泵安裝高程即葉輪中心線高程應(yīng)滿空蝕性能和進(jìn)出水流道上緣淹沒深度的要求，以避免葉片空蝕、運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)夾氣漩渦導(dǎo)致水泵振動(dòng)等有害現(xiàn)象。根據(jù)泵站的布置及泵組結(jié)構(gòu)尺寸，水泵葉輪中心高程取為69.15m，在最低運(yùn)行水位以下0.85m，可以滿足水泵的空蝕要求。

表3 設(shè)計(jì)泵站水泵參數(shù)

3.2 消力池設(shè)計(jì)

排澇閘聯(lián)合院前泵站統(tǒng)一運(yùn)行，設(shè)計(jì)流量為47.6m3/s。水閘消力池的設(shè)計(jì)包括深度、長度、底板厚度計(jì)算和海漫長度復(fù)核確定。

1)消力池深度計(jì)算：

(1)

(2)

(3)

(4)

2)消力池長度計(jì)算：

Lsi=Lsp+βLi

(5)

(6)

3)消力池底板厚度計(jì)算：

抗沖厚度：

(7)

抗浮厚度：

(8)

4)海漫長度復(fù)核：

(9)

限于篇幅，上述公式各參數(shù)的物理意義及單位見文獻(xiàn)，經(jīng)計(jì)算水閘消能防沖設(shè)施主要尺寸為：消力池長2.4+10m、池深0.6m、底板厚0.5m。

3.3 泵站設(shè)計(jì)

排澇泵站由前池、進(jìn)水池、主廠房、副廠房、出水管道、出水池、攔污柵等建筑物組成。排澇站內(nèi)裝設(shè)2臺(tái)900ZLBc-125/0°軸流泵，設(shè)計(jì)總抽排流量為5.40m3/s，每臺(tái)水泵抽排流量為2.70m3/s、電機(jī)功率130kW，主廠房平面尺寸為8.2m×6.9m(長×寬)，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。主廠房入口布置2孔凈寬3.2m的水閘段，水閘段尺寸為8.2m×3.8m×6.5m(寬×長×深)，布置攔污細(xì)柵和檢修閘門，泵站平面布置如圖1所示。

圖1 泵站平面布置圖

泵站的穩(wěn)定性安全系數(shù)關(guān)系到泵站在施工和運(yùn)行期間的安全性，并且滿足各種可能工況下的要求。經(jīng)過對主泵房的抗滑和抗浮穩(wěn)定性安全系數(shù)計(jì)算，得到各種工況下的安全系數(shù)均大于《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T50265-2010)中規(guī)定的安全系數(shù)，結(jié)果如表4所示；泵站地基應(yīng)力的計(jì)算結(jié)果如表5所示。

表5 主泵房基底壓力計(jì)算成果表

4 結(jié) 語

長泰縣枋洋鎮(zhèn)赤嶺村排澇工程中院前排澇站設(shè)計(jì)方案采用了2臺(tái)900ZLB-125立式軸流泵，有效消除了區(qū)域內(nèi)可能發(fā)生的洪澇災(zāi)害隱患，同時(shí)也解決了蓄水、渠道淤積、水污染應(yīng)急事件等多功能問題。文章通過對前排澇站的設(shè)計(jì)洪(澇)水計(jì)算、水閘和泵站計(jì)算、水泵的選型、水閘和排澇泵站設(shè)計(jì)、排澇站的工程布置進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，為相似區(qū)域及功能需求相近的工程提供參考。