关于中小型排灌站设计的几点经验

段雪莹 阮建飞 于 野

关于中小型排灌站设计的几点经验

段雪莹 阮建飞 于 野

作为水利防护工程，大量的灌排两用泵站更新改造，拆除重建，新规划泵站的设计施工也在紧张进行中。关于泵站的设计思路愈发的成熟。南北方排灌站设计思路虽基本相同，设计条件及设计惯例仍有很大差别。

排灌泵站 水头 流量 总体布置 厂房

1 现状分析

在工农业迅猛发展的今天，对于资源的维护，自然灾害的防治变得更加重要。在雨涝灾害频繁的防治中，排涝泵站作为最直接、有效的手段，已经不可替代。同时外水内引，完成灌溉功能也变得相当重要。现今设计的泵站大部分都具备灌排的双重功能，简称排灌泵站。

我国已建成大中小型固定泵站50多万座，总装机容量7 000余万kW，星罗棋布在全国各地。大量的泵站更新改造，拆除重建，众多新建泵站的设计、施工都正在进行中。

灌溉泵站根据其运行的重要性，包括辖区是农田还是城区，辖区的范围等多种因素来决定设计规模。其中以中小型排灌站居多。中小排灌站具有运行灵活，可靠性高的特点。

本文主要通过2个南北方的排涝泵站体现具体的设计差别。鸭儿沟泵站位于安徽省安庆市郊区广济圩，宁河潮东扬水站位于天津市宁河县。

2 设计规模的确定

因排灌站兼具排涝和灌溉的功能，故其设计参数有排涝和灌溉2套数据。灌排泵站的设计流量包括灌溉流量和排涝流量。灌溉设计流量应根据设计灌水率、灌溉面积、渠系水利用系数及灌区内调蓄容积等综合分析计算确定。排涝流量根据排涝标准、排涝方式、排涝面积及调蓄容积等综合分析计算确定。

泵站的设计水位依据规范逐一确定，相对于排涝和灌溉2种运行工况，进、出水池的设计水位完全不同。对于特别重要的排水泵站，可适当提高排涝标准。但是灌排泵站的设计必须同时满足2套设计参数的要求。

南方泵站主要以排涝功能为主，因外河水位常年较高，自流灌溉即可，故设计中主要考虑排涝参数，作为设计依据。鸭儿沟泵站设计流量17 m3/s，设计净扬程5.77 m，总容量1 960 kW。

北方泵站的灌排功能同等重要，故设计中需确定2套参数，考虑2种情况的运行。天津宁河潮东扬水泵站排涝设计流量20 m3/s，排涝设计扬程为6.80 m；灌溉设计流量6 m3/s，灌溉设计扬程为4.88 m。

3 站址选择

泵站站址应根据流域治理或城镇建设的总体规划、泵站规模、运行特点和综合利用要求，考虑地形、地质、水源或承泄区等等综合因素以及扩建的可能性，经技术经济比较选定。

灌排泵站选址应在承泄区的低洼处，以利于涝水的汇集，同时靠近河道大堤，方便涝水排出，引水灌溉也更为顺畅。站址处地形需平坦开阔，有足够建筑物布设的场地，交通便利。

南北方的排涝泵站都基于此原则进行设计，大部分的站址均设在堤外，在不影响大堤安全的前提下，靠近堤防的低洼处，并且保证良好的地质条件。

4 总体布置

泵站的总体布置应根据站址的地形、地质、水流、泥沙、供电和环境等条件，结合整个水利枢纽或供水系统布局，综合利用要求，机组型式等，做到布局合理，有利施工，运行安全，管理方便，少占耕地，美观协调。泵站的总体布置应包括泵房，进、出水建筑物，专用变电站，工程管理用房及职工住房，内外交通、通信等。

鸭儿沟站站址选择了紧靠堤脚平台建站，该站址两侧为填塘后所形成的平地，相对较为宽阔，具有正向进、出水布置条件，根据总体布置原则，最终确定泵房采用一字形布置形式，扩挖原鸭儿沟作为引渠正向进水，采用穿堤涵闸正向出水的布置方案。

潮东扬水站考虑浂灌、排涝渠系，主厂房垂直堤防方向布设，进、出水方向平行潮白新河左堤。主要建筑物包括泵房，进水池，出水池，排涝进、出水闸，灌溉进、出水闸，调水闸，出水防洪闸，穿堤埋涵，调水埋涵，调节池，安装间以及管理用房等。

4.1 主、副厂房布置

主厂房通常采用框架式结构，分湿室和干室2种。湿室型泵房设计施工简单，造价低。为了运行维护方便，采用干室较多，水泵层楼板采用封闭式。整个水泵层设置交通通道，通长布置排水沟，汇集渗漏水到集水井，利用水泵排到尾水渠道中。

针对软弱地基的泵站。为避免不均匀沉降，设计中尽量采用整体结构，减少机组分缝。如有可能，主、副厂房集中布置，将副厂房布置在主厂房下游侧的汇水箱上部，利用汇水箱做基础，经济安全。

鸭儿沟泵站泵室采用开敞式湿室型结构，厂房下部进水池为单机单池形式，其间以隔墩相隔。其中，4#、5#机组进水池后墙下部开通，作为自排通道，与其后双层压力水箱下层相通。压力水箱矩形段与厂房下部整体连接，兼做副厂房基础。

潮东扬水站泵房为干室型，分上、下2层，上层为电机层；下层与进水池相通形成进水室。

4.2 进、出水池设计

进、出水池的布置在泵站总体中起着举足轻重的地位。分开敞式和地下式2种，根据场地的局限性以及水位和地坪高程的关系，确定布置形式。为满足交通要求，及减少挡墙高度，常采用地下式进出水池。但地下式进出水池又存在一定的缺陷，检修维护及清污极为不便。故采用何种形式的进、出水池需结合管理方便及投资经济确定。

进、出水池的布置还涉及到泵站进、出水方式的选择，布置上尽量满足正向进水，正向出水的原则。但考虑泵站的灌排双重功能，往往无法做到灌排均正向，此时，需满足其主要功能正向要求。

鸭儿沟泵站前池与进水池均采用正向进水方式。前池在平面上为长25.00 m的渐扩段，扩散角31.50°。前池首端为17 m平段，末端顺水流向以1∶5底坡与进水池相连。前池底板平段部分采用干砌石护砌，末端斜坡部分采用浆砌石护底，砌石底部均铺设10 cm砂石垫层。前池两侧采用浆砌石挡土翼墙与上下游衔接，翼墙顶高程13.00 m，迎水面为竖直面。出水池为双层水箱，完成灌排功能的结合。

宁河排灌站进水池与蓄排进水闸后箱涵段相接，采用开敞式、正向进水，方形水池。四周边墙采用钢筋混凝土半重力式挡墙，挡墙顶高度2.80 m。进水池底板采用钢筋混凝土，厚度0.40 m，下设0.1 m厚素混凝土垫层。进水池末端设置排水孔。出水池采用开敞式，矩形水池。四周边墙采用钢筋混凝土半重力式挡墙，挡墙顶高度5.94 m。出水池采用钢筋混凝土底板，厚度0.40 m，下设0.1 m素混凝土垫层。

4.3 南北方灌排泵站典型设计比较

因为地理位置的差别，南北方灌排泵站在设计要求和方案布置上存在着典型性差别。如图1、2分别是安徽鸭儿沟泵站和天津宁河潮东扬水站的纵剖面示意图。

4.3.1 建筑物设计

图1 鸭儿沟泵站纵剖面图

因南方汛期雨量较大，泵站设计兼顾防洪、排涝、引水等多种功能。排涝设计的最高和最低水位差别也较大，为满足最低水位水泵吸出高度以及最高水位防洪安全的要求，建筑物较高，设计难度较大。南方泵站以排涝功能为主，灌溉功能的实现通过汛期自排。相比之下，北方泵站扬程较低，建筑物高度也更趋安全，同时，在设计中要兼顾排涝和灌溉的双重功能进行设计，相对设计难度较低。

图2 宁河潮东扬水站纵剖面图

4.3.2 运行管理

虽然所有灌排泵站都具有多种功能，但南方泵站灌排主要靠自流灌溉，所有运行中不需要开泵，所有机电设备均不需要考虑本工况。而北方泵站则在排涝和灌溉时都需开泵，而且机电设备必须满足2种工况，设备投资大，运行时间长，管理费用也相对较高。

4.3.3 基础处理

地基处理形式也因惯例和土壤特性采用不同的形式。南方排灌站地基处理多采用粉喷桩工艺，北方排灌站基础则常用混凝土灌注桩和水泥土搅拌桩。

5 结语

随着排灌站修建的逐年增加，设计和施工经验也越来越丰富。设计更加合理，结构更加轻巧安全，利用保证率也越来越高。南北方排灌站的设计虽有明显差别，但也在逐渐借鉴和互补，个人认为，南方小水电发展更为迅速，其设计更为精巧，投资更为节省。

段雪莹 女 高级工程师 中水北方勘测设计研究有限责任公司 天津 300222

阮建飞 男 高级工程师 中水北方勘测设计研究有限责任公司 天津 300222

于 野 男 工程师 中水北方勘测设计研究有限责任公司 天津 300222

表2 压水试验成果

从压水试验成果看，Ⅲ、Ⅳ序孔的透水率有明显较大的降低，灌浆效果显著。

4 结语

（1） GIN法把灌浆强度值应用到每一个孔段，且保持GIN值为常数，避免了P大—V大和P小—V小的不利组合，从而提高了灌浆的科学性和精确度。

（2）与传统灌浆法进行对比，节约了水泥20%，为相似地质条件下GIN法灌浆的应用积累了经验。

（3） 本次灌浆选用的灌浆结束标准结合了国内常规灌浆方法，但比常规灌浆方法的结束标准要容易达到，也是能够保证质量的。

（4）所采用的稳定性浆液的材料及配合比，适用于GIN灌浆法，适合于试区地层，是能够满足质量要求的，可以为其它地质条件相似的工程提供参考。

作者简介

赫庆彬 男 工程师 中水北方勘测设计研究有限责任公司 天津 300222

黄建文 男 工程师 中水北方勘测设计研究有限责任公司 天津 300222

（收稿日期 2015-08-23）

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2015-08-10）