河网连通工程排涝泵站提升规划整治

罗文坤

(佛山市三水区机电排灌总站，广东 佛山 528000)

1 概 况

三水新城所在范围现状以农田为主，是半丘陵地区，地形地貌以冲积平原和低丘为主，多水塘等低洼地，现状内部水系主要有大棉涌、高丰涌、南涡涌、大塱涡涌等，拥有较好的河涌水网和大面积湖塘等自然景观，但水环境质量不佳，各村庄零散分布其中，区域内现状建设较少、房屋低矮破旧，已不适应新城的需要[1]。

拟通过建设高丰泵站，枢纽工程位于三水新城启动区东南侧，站南路南侧出口，为控规所确定的站址，内接拟建的大棉涌干流，外排西南涌。本工程排涝范围由两部分组成：一是新城启动区内的大棉涌排水区，面积9.684 km2；二是西南街道片区，面积11.995 km2，两片区合共21.679 km2。排区排涝标准确定采用“10 a一遇24 h暴雨1 d排完，且内河涌水位不超控制水位”。

通过新建高丰泵站枢纽工程，再辅助河网建设，增强排水区排涝能力，保障该片区防洪排涝安全。

2 流域水系概况及排水整治规划

2.1 水系概况

水系规划的范围为核心区57 km。总体布局为：一轴(中心水轴)两湖(北湖、南湖)、四涌(改造的大棉涌、新建河涌、大塱涡涌、宝月涌)。旱季时利用中心水轴的高水位溢流入河网水系，雨季时中心水轴的上游洪水经两湖一轴调蓄错峰后排入河网水系，再自排或过排涝泵站排入西南涌[2]。

将“三水新城”区域范围划分为三大流域，其中新城片区位于大棉涌流域分区新城启动区内，规划将现状大棉涌河道在该区域进行改道后，使大棉涌水轴以南的洪水不进入“三水新城”规划的其他区域。通过调整区域内的河网水系，并在新大棉涌河口设排涝泵站，实现该片区内的排涝与排水目标。

规划水轴将现状大棉涌截断，并通过设置节制闸及规划水系(人工湖、河网水系)与水轴以外现状大棉涌连通。

2.2 排水设施

(1)排水区涉及的水系主要有西南涌、高丰涌，各水系分述如下：西南涌地处北江下游，跨越佛山、广州两市，起点位于三水区北江大堤的西南水闸(建成于1957年)，向东流经三水高丰，在南海区的官窑附近与芦苞涌汇合，再向东流经南海的和顺、里水等镇，于广州白云区的鸦岗附近汇入珠江，全长41.0 km，西南涌的主要功能是为北江分洪，设计分洪流量1100 m3/s；高丰涌：高丰涌属于大棉涌的支流，起于百旺城市政管道出水口，终点十三围和高丰电排站，河长4.85 km，流域面积8.8 km2。流域上游为已经建设的城区，下游属“三水新城”区域，现状为农田与鱼塘。

2.3 排涝区规划

在尊重原有水系的原则下，保留大塱涡涌、大棉涌等水系，并以大棉涌、大塱涡涌等为主要排水通道；同时考虑河湖分离理念，大棉涌不穿越水轴，在水轴以南直接排入西南涌。结合现状与规划地形，将新城划分为0#～4#共五个排水分区。

其中，水轴以南片区、与新城范围线围合区域作为 1#排水分区，此排水分区利用部分现状的大棉涌及规划改道后的大棉涌作为主要的排水通道，从而取消原有的高丰涌；1#排水分区的河网水系是本次可研的研究范围。为本工程研究的区域，在改道的大棉涌末端新建高丰排涝泵站，充分发挥河道调蓄功能。

整个排水区地势西北高，东南低，能最大限度地汇集本工程排水区涝水的地点无疑是位于主排水通道大棉涌干流排至西南涌的出口处。本工程大棉涌干流出口位于站南路南侧。因此，高丰泵站站址选取站南路南侧出口，且此站址也是控规所确定的泵站规划站址。

3 排涝泵站设计

外江(西南涌)设计洪水位，采用西南涌堤防设计水面线成果，查得泵站站址处设计洪水位7.25 m。堤顶超高取1.0 m。故本工程工程范围内堤顶高程均按超高1.0 m设计，定为8.25 m。

区域排涝标准选取10 a一遇不受涝。《佛山市排涝规划》中心组团片区标准为近期10 a一遇最大24 h设计暴雨1 d排完且不致灾，远期20 a一遇最大24 h设计暴雨1 d排完且不致灾[3]。

3.1 泵站工程总体规模

泵站选用4台1800ZXB12-4.8斜式半调节轴流泵方案，配套电机功率950 kW，总装机容量为3800 kW。

通过对涵闸过流能力、主排河涌过流能力进行计算分析，为满足排涝(自流抢排)要求，本工程新建一座涵闸，按三孔布置，闸孔净宽3.0 m×4.5 m，底板面高程-0.5 m，涵闸最大排水流量为113.0 m3/s。

近期为解决旧城区的排涝问题，先期实施泵站与现状大棉涌的连接段，将此河段纳入高丰泵站枢纽工程，从而实现现状大棉涌与高丰泵站的连通，解决近期的排涝问题。本工程涉及河涌包括：(1)大棉涌干流(二)，沿站南路至泵站，长约700 m，面宽50 m，底坡1.0/8000。(2)大棉涌干流(一)，从南丰大道至站南路，长约1363 m，面宽46 m，底坡1.5/10 000。(3)北分流渠，南丰大道至大棉涌干流，长约994 m，面宽20 m，底坡1.0/8000。各段河涌均为复式断面[4]。通过计算分析，在不同电排工况不同水面线下，河涌过流量及流速均满足要求。

3.2 总平面布置

涵闸位于北侧，泵站和涵闸纵轴线与大棉涌干流平行，与外江防洪堤纵轴线斜交约50.8°，涵闸位于泵站北侧，涵闸与泵站纵轴线之间的距离为33.25 m。泵站主要由粗拦污栅、清污机段、前池、泵房、出水压力箱涵、防洪闸和上、下游连接段组成，泵房设4台斜式轴流泵；涵闸主要由闸室、箱涵和上下游连接段组成，三孔布置，单孔净宽4.5 m[5]；电排站与新建涵闸，涵闸与泵房之间均采用隔离岛连接。确定新建涵闸和电排站的纵轴线与大棉涌干流纵轴线平行，与外江防洪堤纵轴线斜交50.8°布置。涵闸纵轴线与泵站纵轴线距离为33.25 m，两者之间采用隔离岛连接。

3.3 涵闸主要建筑物结构布置

3.3.1 涵闸闸室

(1)闸室长度。根据防渗、稳定、地基承载力、上部结构(启闭室、人行便桥)等布置的要求，同时考虑与防洪堤布置相协调，本工程涵闸闸室顺水流方向长度取12.1 m。

(2)闸室宽度。根据设计过流量要求，涵闸闸室垂直水流方向三孔布置，孔净宽3.0 m×4.5 m。边墩厚0.9 m，中墩厚1.2 m，闸室底总宽度为17.7 m。

(3)闸室高程及结构布置。涵闸闸室采用三孔一联整体式底板钢筋混凝土结构。闸室底板面高程为-0.50 m，底板厚1.0 m。为增加抗滑阻力及防渗，闸底板上、下游各设一道1.0 m深的齿墙，并在闸底板上游侧(外江侧)设置深9 m的防渗钢板桩。为防止侧绕渗，在两侧边墩的上、下游端各设一道刺墙[5]。

为减小闸门高度，闸室设置胸墙，胸墙底高程为3.0 m，闸门孔口尺寸为B×H=4.5 m×3.5 m。设置检修平台，高程4.0 m；涵闸闸门及启闭室布置在外江侧，启闭室地面高程9.45 m，布置3台固定式卷扬提升设备。

3.3.2 箱 涵

箱涵为钢筋混凝土整体式底板三孔箱型结构，长103.0 m，单孔净宽5.0 m，净高3.5 m，底板厚0.6 m，侧墙、中墙及顶板厚0.5 m。

3.3.3 后闸室

后闸室为钢筋混凝土整体式底板三孔箱型结构，长10.1 m，单孔净宽4.7 m，净高4.5 m，底板厚0.5 m，侧墙厚55 cm，中墩厚90 cm，顶设人行桥，板厚40 cm，每孔留检修闸门门槽，门槽顶设简易提吊架，装电动葫芦起吊[6]。

3.3.4 内外江连接段

涵闸内江连接段总长78.5 m，渠底高程-0.5 m，其中靠近涵闸护坦段总长63.5 m，分为5段，每段长12.7 m，采用C25钢筋混凝土结构，板厚0.5 m；其余长15 m，采用40 cm厚干砌块石护底，下铺15 cm厚的砂石垫层，面层采用C20素混凝土15 cm厚护面。两岸边墙采用钢筋混凝土悬臂式挡墙结构，挡墙顶高程3.0 m。连接箱涵段底板设置排水孔和反滤体[6]。

涵闸外江连接段由消力池段和海漫段两部分组成。消力池段长20.0 m，池底高程-1.4 m，底板厚度0.7 m，为钢筋混凝土护坦结构，底板进口与前闸闸室底板之间采用1∶4斜坡段相连。边墙采用钢筋混凝土悬臂式挡墙，墙顶高程4.0～8.2 m。消力池后为海漫段，渠底高程为0 m，护底干砌石厚40 cm，下铺15 cm厚的砂石垫层，面层采用15 cm厚C20混凝土护面。海漫末端设置抛石防冲槽。

4 泵站机组方案论证

4.1 泵站基本参数

充分考虑泵站输水管线以及各部分的沿程和局部损失，各供水部分的基本参数如表1。

表1 泵站基本参数

4.2 泵站机组设备选择

按照本工程流量49.5 m3/s，净扬程6.11 m左右的条件，本工程为低扬程大流量的泵站工程，适合采用轴流泵机组。轴流泵机组安装型式有立式、卧式和斜式，而斜式机组由于安装角度较小，其结构更接近卧式机组，因此斜式和卧式统一归属为斜卧式。本工程可以考虑采用斜卧式机组或者立式机组。

斜卧式机组，其水力模型效率高、高效区宽，运行稳定。进出水流道与机组布置平滑顺畅，管路损失小，装置效率高。配套电动机功率较小，长时间运行综合耗电量较小，节能效果明显[7]。机组设备结构简单、安装方便，技术成熟可靠，市场应用广泛，后期管理维护简单，费用低廉。同时，斜卧式安装的机组，主厂房开挖深度小，建筑高度小，占地面积适中，建材消耗较少，主厂房的综合造价较低[7]。

斜卧式机组目前国内运用较多，结构型式有15°、30°、45°，传动方式有直接传动，齿轮箱减速传动；调节方式有全调节和半调节；水导轴承有非金属水润滑轴承，油(油脂、稀油)润滑金属轴承，叶轮直径从1.6～4.1 m，设计制造、加工工艺、安装运行已日趋完善。大型斜式轴流泵由于其水力模型效率高、高效区宽，运行稳定。进出水流道与机组布置平滑顺畅，管路损失小，装置效率高。配套电动机功率较小，长时间运行综合耗电量较小，节能效果明显[8]。机组设备结构简单、安装方便，技术成熟可靠等优点，越来越受到不同用户的高度关注，尤其是低扬程，大流量工况下，在传统立式、卧式机组不适应使用，贯流机组价格比较高的情况下，斜式机组是一种比较好的选择[8]。

根据泵站设计规范，主泵的台数选择主要考虑经济性和运行调度灵活性，台数宜为3～9台，流量比较稳定的泵站，台数宜少。决定机组台数的主要因素为可靠性、经济性与运行调度要求。选用以下泵型与台数做机组选型方案比较：4台1800ZXB12-4.8型斜式半调节轴流泵机组，叶轮直径D=1800 mm，转速n=250 r/min。

在水泵性能曲线图上分别制作泵站管路特性曲线，求得水泵在特征扬程下的工作点见图1。

图1 1800ZXB12-4.8型斜式轴流泵工作性能曲线及工作点确定

5 结 论

(1)泵站主要由粗拦污栅、清污机段、前池、泵房、出水压力箱涵、防洪闸和上、下游连接段组成，泵房设4台斜式轴流泵；涵闸主要由闸室、箱涵和上下游连接段组成，三孔布置，单孔净宽5.0 m。

(2)基于建设成本绩效与运行管理维护便利，本阶段设计推荐选用4台1800ZXB12-4.8斜式半调节轴流泵方案，配套电机功率950 kW，总装机容量为3800 kW。