益阳市清水潭泵站改扩建方案可行性分析

王德红

(湖南正源水利水电工程监理有限公司，湖南 益阳 413000)

泵站承担着区域性的灌溉与供水，对农田灌溉、城市给排水以及水资源的合理调度与管理起着非常重要的作用。泵站设计的合理性、安全性、高效性，对城市的可持续发展、节能以及人民的生命财产安全具有重大影响。通过对清水潭泵站的工程任务与规模的分析运用安全、高效、节能的设计理念，改造后的供泵站，提高了排渍能力，更好的保障了益阳市城北区人民群众的生命财产安全。

1 项目背景及概况

益阳市城北地区位于资江以北，占全市面积的26.4%左右，污水日排放量达数万立方米。但当前城北地区尚没有一座污水处理厂，每天数万立方米的污水不能得到适当处理。随着改革开放的深入和城市经济的高速发展，益阳市城市规模不断扩大，人口不断增加，工业不断发展，城市污水量也越来越多。为适应城区发展，处理好排放的污水，益阳市政府拟在城北地区、原清水潭泵站下游200m左右新建污水处理厂。

城北地区污水处理厂和污水收集系统建成后，原东门口、贺家桥、鹅羊池、清水潭等四个泵站排涝面积的雨水、污水全部集中到原清水潭泵站排水口位置排出，排涝面积增大后，原清水潭泵站装机容量不能满足要求。为了能快速、经济、安全的外排原四个泵站承担的雨水及污水，并配套建设污水处理厂，拟将原清水潭泵站进行改扩建。

2 工程等别及工程规模

2.1 工程等别及建筑物级别的确定

清水潭泵站规划装机容量3200kW，设计排水流量27.41m3/s，根据《泵站设计规范》GB50265-2010第2.1.2条规定，清水潭泵站等别为Ⅲ等，泵站规模为中型泵站。改建后，清水潭泵站移址紧临城区防洪大堤，其主要建筑物均与堤防紧密结合，根据《泵站设计规范》GB50265-2010第2.1.4条规定“泵站与堤身结合的建筑物，其级别不应低于堤防的级别”，城北区堤垸为洞庭湖区重点堤垸之一，堤防级别为2级。因此，清水潭泵站与堤防结合的主要建筑物(泵房、出水流道、防洪闸)级别均为2级，其他主要建筑物级别为3级，次要建筑物级别为4级，临时建筑物级别为5级。

2.2 防洪及排涝标准

清水潭泵站所处堤防工程级别为2级，依据《堤防工程设计规范》GB50286-2013、《泵站设计规范》GB50265-2010，并结合《益阳市城市防洪工程初步设计报告》，确定该工程防洪标准与城区堤防洪水标准一致，外河设计洪水采用100年一遇。

清水潭泵站排区属益阳市江北中心城区，根据《益阳市城市防洪工程初步设计报告》，确定该泵站的排涝标准为闭闸期十年一遇最大24小时暴雨22小时末排干。

2.3 特征水位的确定

(1)防洪水位。根据益阳水文站和沙头水文站的实测数据推算，采用内插法计算得清水潭泵站处堤防P=1%设计水位为38.50m。

(2)运行外水位。根据益阳水文站和沙头水文站的实测数据推算，清水潭泵站设计运行水位为35.44m(10年一遇洪水的排水时段平均水位)，最高运行外水位为36.17m(20年一遇洪水的排水时段平均水位)，最低运行外水位为31.28m(历年排水期最低水位平均值)。

(3)运行内水位。根据益阳市城北区排水规划要求，泵站运行内水位的确定以城区地下水管道不漫溢为原则，确定泵站进水池设计内水位为28.00m，最高运行水位和最低运行水位分别为28.5m和27.5m。

2.4 泵站设计流量

根据《益阳市规划审查委员会评审会纪要(益规审字(2009)30期)》，清水潭泵站改扩建工程设计排渍流量为26m3/s，排污流量为8万t/天，峰值系数取1.4，计算得排污流量为1.41m3/s，共计设计流量27.41m3/s。

3 工程选址及主要建筑物

3.1 工程选址

根据主要建筑物的规模、地质、运行条件等因素清水潭泵站选址分析。清水潭泵站是以排涝为主的中型泵站，枢纽包括进水涵管、汇水池、检修闸、进水前池、泵房、出水流道(自流、机排)、防洪闸、副厂房等工程建筑物。根据选址条件和原则，清水潭泵站改扩建方案有两个。方案一，在原清水潭泵站旧址扩建;方案二，在原清水潭泵站出水渠道位置移址改扩建。方案布置见图。

图1 清水潭泵站改扩建方案布置图

方案一:在原清水潭泵站旧址扩建。该处位于益阳市资阳区长春镇清水潭村资江北岸一线防洪大堤(见图1)，距资江二桥150m，地势较低，交通便利，地质条件优良，原清水潭泵站站始建于上世纪九十年代，由于当时条件的限制，未考虑城市规划调整及改扩建的预留，因此，在旧址进行扩建存在以下几个不利条件:(1)清水潭泵站离防洪大堤距离较远，出水建筑物较复杂，同时，因为排水明渠的存在增加了近500m的防洪大堤;(2)由于高位排水明渠的存在，流道较长，出水水头损失大，抬高了水泵运行扬程，降低了水泵运行效率;(3)原长春垸隔堤平废后，清水潭排区及邻近区域水系发生了转变，部分城区雨污水通过新铺设管道排至清水潭排涝区域。加上近期城市发展和城市规划的调整，改建后的清水潭泵站需要与新建的污水处理厂配套，如果在原清水潭泵站旧址扩建，泵站管道与城市规划的污水管道连接存在一定的困难。

对比方案一的不利之处，方案二工程选址到原清水潭泵站排水明渠位置后，其地势、交通、地质条件及施工场地均利于改扩建施工。此处位于一线防洪大堤内脚，避免了明渠出流，缩短了出水涵管，减少了近500m的防洪大堤。清水潭泵站移建到此处后，减少了高位排水明渠，缩短了流道，较大的减少了出水损失，能有效的降低水泵运行扬程，提高水泵运行效率，节约能源。如在泵站处增设自流排水涵闸，可以避免清水潭泵站外河低水位时期的开机排渍，能较大程度的节省排渍成本。同时，由于原出水流道长，242m明渠占用了较多的土地面积，清水潭泵站移址改建至原清水潭泵站出水渠道位置后采用引水涵连接排水渠，较方案一可节约近30亩的土地。清水潭泵站改建至原清水潭泵站排水明渠位置后，离益阳市城北污水处理厂西侧仅175m，其进水涵管与城区规划的污水管道相交，因此，可利用交叉建筑物将污水管道直接连接于进水涵管上，有利于暴雨时的雨污水能直接迅速的进入泵站排涝区域。

对比方案一与方案二可知，无论从施工条件，节约成本还是与城市发展及规划调整相适应的角度来说，方案二均优于方案一，因此，选定方案二为最优方案。

3.2 清水潭泵站主要建筑物尺寸

(1)进水涵管总长442.18m，其中明渠90.0m，进水涵管长352.18m。

(2)汇水池总长24.4m，其中前部9.91m的宽度由7.5m渐变为26.5m，后部14.49m宽度为26.92m。

(3)进水前池总长20.0m，其中前部12.0m的宽度由18.2m渐变为26.2m，后部8.0m的宽度为26.2m。

(4)泵房长度为6.65m，宽度为27.8m，高压泵区和低压泵区泵房底板高程均为25.0m。

(5)清水潭排水闸长度为114.58m，为两孔箱涵，孔口尺寸均为3.0×3.0m(宽×高)。

4 水泵机组选型

4.1 水泵机组选型分析

泵站工程改造后，校核扬程高，扬程变化范围大，原清水潭泵站水泵机组已不能满足高水位的运行要求，需要对水泵及电机型号进行比选分析。根据清水潭泵站的特点拟采用两种比选方案，方案一为全贯流泵，方案二为潜水轴流泵，其水泵、电机型号及其参数详见表1，两方案经济比较详见表2。

表1 泵站机组选型方案参数表

表2 泵站机组选型方案经济参数表

由表1和表2可知，在装机容量一定，工况效益相同、电机耗能相等的情况下，在泵组投资上，方案一(841.98万元)大于方案二(635.88万元)，电气设备投资方案一也比方案二要多出30.83万元，但方案一较方案二而言，土建投资可节省365万余元，至此，工程总投资能节省128.08万元。

对比方案一与方案二可知，方案一中泵组投资、电气设备投资大于方案二，这是为了适用清水潭特有的运行工况。即一般情况下城市污水经下水管道排至城北污水处理厂，在污水处理厂处理后通过管道排到清水潭泵站汇水池内，再通过清水潭泵站排至资江;当降雨产水量超过城北污水处理厂处理能力时，排污管道闸门关闭，雨污水越过泵站引水涵中设置的溢流坎排至汇水池，再经清水潭泵站混排至外河。选用了目前全国最大的全贯流潜水泵，采用4+1组合着重考虑了清水潭泵站的适用性。同时，考虑了泵站运行的安全、经济及节能条件。虽然泵组、电气投资较大，但在此种条件下土建投资能节省的更多，而且有利于设备的安装。方案一全贯流泵的选取，可在总投资节省、电气系统更安全的条件下，能更好的适用清水潭泵站的运行工况，这样既满足了日常排污水处理厂处理后的汇水，又能保证设计标准下满足排涝要求。

5 结论

本次通过对清水潭泵站主要建筑物的规模、地质条件、运行情况等因素，依照选址原则和要求，详细对比分析了两个不同的工程选址方案，确定了最佳的工程选址，有利于施工，降低了投资成本，能更好的适应城市的发展与规划。在泵型及装机选择方面，充分考虑了节能、经济、安全等因素，确定了最优选型方案，使整个工程在总投资节省、电气系统更安全的条件下，更好的适用清水潭泵站的运行工况，既能满足日常排污水处理厂处理废水，又能保证在设计的标准下满足排涝要求。清水潭泵站改造后，运行安全、高效、节能，总排涝面积增至45.44km2，大大提高了益阳市城北区排渍能力，进一步保障了人民生命财产安全。

［1］丘传忻.泵站［M］.北京:中国水利水电出版社，2007.

［2］GB50265-2010.泵站设计规范［S］.

［3］GB50286-2013.堤防工程设计规范［S］.

［4］《益阳市城市防洪工程初步设计报告》［R］.长沙:湖南省水利水电勘测设计研究总院.

［5］《益阳市城市防洪设计水位复核报告》［R］.长沙:湖南省水利水电勘测设计研究总院.