一体化预制泵站在城市内涝治理中的设计及应用

文/苍晓艺 大连市市政设计研究院有限责任公司 辽宁大连 116000

随着城市化进程的不断加快，城市的不透水地面比例呈不断上升趋势，若发生强降水或连续性降水超过城市排水能力，就会发生城市积水灾害的内涝现象。城市内涝点一般位于城市中心，人车流量大，建设用地紧张。因此，对排涝泵站的建设，往往有占地少、施工周期短、运行维护简单，对周边环境影响低等要求。目前，我国雨水泵站大多采用传统形式泵站。传统泵站的泵池为钢筋混凝土结构，在泵池内安装水泵、格栅等设备，采用人工控制或液位控制等控制模式。泵站的建（构）筑物除泵池之外，一般还需建设配电间、值班室、控制室等附属建筑。传统泵站具有占地面积大、土建投资高、施工周期长、运行维护成本高等问题。为解决上述问题，采用一体化预制泵站替代传统泵站。

1、一体化预制雨水泵站的优点及应用

一体化预制泵站是集预制泵池（多为玻璃钢材质）、水泵系统、格栅除污系统、控制系统于一体，采用地埋式安装的新型泵站。对比传统的混凝土泵站，一体化预制泵站具有以下优点：

（1）占地面积少。传统泵站，各种设备、附属用房平铺；一体化预制泵站系统集成度高，水泵、格栅均集中于位于地下泵池内，地上仅有一座控制箱。相比传统泵站，极大的节约了土地。

（2）建设周期短。传统污水泵站为钢砼结构，泵站底板、池壁、顶板分步施工，浇注和养护需要2-3个月工期；一体化预制泵站从勘察、设计、生产再到泵坑挖掘、安装、测试，所用的时间约为传统混凝土泵站时间的一半。

（3）对周边环境影响小。一体化泵站采用完全地埋式安装，安装后不影响周围环境与景观；传统泵站一般建于地上，容易破坏周边环境的整体性。

（4）无人值守。一体化预制泵站具有智能的控制系统，既能人工现场操作，又能通过移动设备远程监控，无需人为值班看守。

基于上述优点，一体化预制泵站目前在市政污水工程中得到了较多应用。然而，由于雨水泵站具有流量变化大、瞬时流量大、扬程小的特点，一体化预制泵站在内涝治理中应用较少。

2、一体化预制雨水泵站设计

2.1 项目背景

项目位于大连市某区，该区域周边为居住小区、学校和部队。由于该区域地势低洼，周围排水设施不完善，雨季常有内涝现象发生，影响附近居民的正常出行，本项目的建设旨在解决该地区的内涝问题。

2.2 泵站规模的确定

2.2.1 雨水流量计算公式及参数确定

雨水流量计算公式为Q=q＊F＊ψ，查阅《给水排水设计手册》本地区暴雨强度公式采用大连地区暴雨强度公式：

式中：Ψ－综合径流系数，取0.6；F－汇水面积（公顷）；P－设计降雨重现期（年），2年；t= t1+t2；t－设计降雨历时（min）。

t1－地面集水时间（min），10min。t2－管渠内流引时间（min）。

2.2.2 水量预测

根据地形及区域排水现状，确定该区域汇流面积约17公顷。屋面至小区雨水管网内的地面集水时间t1取为10min。小区雨水管至泵站进水管时间，取13min。（长度512m，流速0.7m/s考虑）。综上，计算汇流时间为23min。经计算，雨水泵站流量为1.5m3/s。

2.3 泵站扬程

本泵站出水管接入附近现状雨水管线，最终排海。现状雨水管底标高为2.45m。泵站出水压力管为一根DN1000球磨铸铁管，总长度约940m，流速为1.94m/s，最高点管底标高7.50m。管路沿程水头损失hL为3.68m。局部水头损失包含进口1个（ζ=0.5），出口一个（ζ=1.0），90°弯头5个（ζ=0.80），总的局部水头损失系数ζ=5.50，另外考虑30%富裕，即取ζ=7.15。总的局部水头损失hf为1.37m。因此，出水管总水头损失为5.05m。

泵站内最低水位为2.72m。

雨水泵的静扬程HZ为7.50+1.0-2.72=5.7 8m；

取富裕水头为1.0m。

水泵扬程H=HZ+hL+hf+1.0=5.78+3.68+1.37+1.0=11.83m，取为12m。

2.4 泵站工艺设计

2.4.1 泵站工艺流程

进水→配水井→格栅破碎机→潜水排污泵→出水

2.4.2 配水井

目前，单座预制泵站最大设计流量一般为1.37m3/s，而本项目设计流量1.5m3/s，必须采用两座预制泵站并联，因此井筒前需设置配水井，一方面保证两井筒配水均匀，另一方面兼做沉泥井使用，以较少井筒中的泥沙量，从而延长水泵等设备使用寿命。

配水井采用钢筋混凝土结构，设计尺寸L×B×H=7.7×2.7×4.5m。

2.4.3 格栅

由于雨水泵站瞬间流量大，如果采用普通格栅，需设置多个除渣机器，本次设计采用粉碎格栅机，该设备可将水中栅渣粉碎成6～12 mm的颗粒，被粉碎的栅渣与雨水混合后由水泵提升排出，这样能保证后续泵不被堵塞，并把长期的维修费用降为最低。

本项目选用粉碎式格栅流量Q=27000m3/h，P=7.5KW。

2.4.4 水泵

根据泵站设计流量，选用4台潜水轴流泵，雨季全开单泵流量为1350m3/h，扬程为12.0m，电机额定功率109kW/台。考虑雨水泵每年运行次数有限，建议选用国产中质量较好的水泵，在每年雨季之前进行全面维护。

2.4.5 进、出水管

泵站进水管为重力管，管径DN1200；两座泵站出水总管管径DN700，流速1.95m/s。单泵出水管管径DN500。

2.5 结构设计

一体化泵站结构简单，每个井筒只需结构做一个混凝土基础，基础直径Φ5000。本项目基坑采用钢板桩支护为主，沟槽内明排为主的降水方式，止水支护采用选用15.0米 4#拉森钢板桩。

2.6 电气设计

一体化泵站设备自带控制柜，只需对泵站进线电缆进行设计。电缆由箱式变电站引出，穿钢管直埋敷设至一体化泵站自带控制箱，每座一体化泵站容量为218KW，电缆采用YJV-0.6/1kV型号电缆。

本项目于2017年5月开工，2017年8月投入使用，历经18年8月20日特大暴雨，本泵站服务范围内无内涝积水现象。

结论：

（1）与传统泵站相比，一体化预制泵站具有占地小、施工周期短、设计施工难度低、系统集成度高等优点，可作为排涝泵站，解决城市内涝问题。

（2）一体化预制排涝泵站设计重点是确定泵站水量及扬程。

（3）预制雨水泵站，推荐采用粉碎式格栅除污机。

（4）多井筒并联泵站设计，应考虑配水的均匀性。