一体化泵闸在福州内河水系治理中的应用

宋建大

(福州市水环境建设开发有限公司 福建福州 350001)

0 引言

福州市中心城区共有大小河道67条，主要承担城区排涝、景观的双重功能。整个内河水系呈树枝状，北高南低，西高东低，主河道均为由北向南流入闽江。随着近年社会及经济发展，各河道均受不同程度的污染，其中黑臭河道27条。为此，福州市全面开展了内河水系综合治理工程，通过清淤、截污、补水等措施解决河道水质黑臭的问题，目前已初见成效。但在维持河道水质长期可靠稳定的问题上，由于受闽江潮水顶托以及内河形状的影响，存在许多河道上下游河底标高接近，河水流速缓慢，水动力不足，河水长期在某一区域内滞留，造成水质容易受影响等情况出现。为了解决河道水流不畅、流速过慢的问题，提高河道的水动力，让河道形成单向流，提高水环境容量，同时考虑到福州市城区水系周边土地资源紧张等问题，本次内河水系治理过程中，全国范围内首次引入一种新型设备一体化泵闸智能系统，彻底解决了土地资源紧张情况下提高河水流速、增强水动力的问题。同时，下游水位较高的情况下，利用该泵闸及时抽排，对解决局部流域内涝也发挥了积极作用。

1 一体化泵闸简介

1.1 一体化泵闸理念

一体化泵闸是将水泵安装在闸门上，闸门和水泵合二为一的一体化装置。当上游水位高时，开启闸门，上游水自流至下游；当上游水位低，下游水位高时，关闭闸门，启动水泵，上游水被泵送至下游。其运行原理如下[1-3]:

正常状态下，泵闸闸门开启，水通过重力自流。工作状态下，泵闸闸门关闭，启动水泵排水如图1～图2所示。

图1 正常状态下工作原理图

图2 工作状态下工作原理图

1.2 一体化泵闸构造

一体化泵闸系统和传统泵站系统类似，主要有以下设备组成：轴流水泵、一体化闸门、启闭机、格栅除污机(自动或人工)，液位传感器、电气控制系统，还可配置叠梁闸、拍门泥浆泵等设备。安装在闸门上的轴流泵，是一款大流量低扬程的水泵，带有自清洁叶片及无堵塞性能。同时，安装水泵的闸门也是经过专门的特殊设计，除了最基本的密封挡水功能外,它还具有承受水泵运转时所产生的载荷以及在泵闸开启过程中平衡性特点。

1.3 一体化泵闸运行工况

根据设计要求及工况的不同,安装在闸上的水泵有卧式安装、立式安装及液压缸3种形式，如图3所示。为了满足不同河道宽度及流量的设计要求,闸门和水泵的配置型式有如下两种：①1个闸门配1台水泵；②1个闸门配2台水泵。同时，根据河宽的不同可以设置2～3个闸门。

图3 3种泵闸安装形式

1.4 一体化泵闸与传统泵闸比较

(1)增大河道水动力，形成单向流

泵闸一体可以使河道形成单向流，当下游水位低时，开闸放水；当下游水位高时，开泵排水。在内外水位持平的情况下，也可通过开泵抽排增加水动力。

(2)节约土地

由于一体化泵闸只有泵闸、拍门等设备，没有配电室也可直接设置在闸室上，所有设备均可布置在河道里。与传统泵站闸门相比，没有另设排水泵站等，占地面积仅为传统泵闸2/3，且基本不占用河道外土地，从而减少了征地拆迁成本。

(3)节省投资

泵闸一体，可整体调运安装，检修方便，节省了另设泵房及附属设备等投资，设备成本可降低1/3。

(4)运行费用低

高度集成化，节约大量配件，大大降低了泵闸的维护费用。

(5)运营维护方便

操作简单，设备少，管理方便。安装液位系统和自动控制系统，可以实现无人值守。

2 工程实例陆庄河泵闸工程

陆庄河北接白马河，南入新西河，全长1km，两侧驳岸已建设完成，左岸为道路，右岸为10m的沿河绿化带，水体浑浊，河道流速较慢，污泥淤积，属于较为黑臭河道之一。经过清淤、截污管施工后，基本消除了入河污染源。但由于白马河和新西河都有闽江补水，陆庄河两端受补水顶托，上下游水位长期持平，水流流速低，水动力不足。同时，陆庄河沿河两岸均为靠驳岸居民小区，场地狭窄，不具备采用传统泵闸建设的条件。为此，采用一体化泵闸进行建设。

2.1 工程概况

该泵闸工程补水规模为2.88m3/S，采用液压缸形式，共设置3个渠道，共3个泵闸，一闸配一泵，每个闸板长×高×厚分别为2m×5.62m×1m，每台泵流量0.96m3/S，扬程2m，液压站功率11kW。工程整体呈长条形，东西长9.2m，南北长35.3m，首尾设置检修叠梁闸，中间设置泵闸，泵闸前端设置可开启机械格栅除污机。

2.2 泵闸建设

(1)基础施工

首先在上下游各设置一道沙袋围堰，围堰间设置DN1000导流管，基础采用DN600高压旋喷桩，桩长10.8m，支护桩采用高压旋喷桩加拉森钢板桩结构，桩长20m，支护桩及基础桩经桩基承载力检验合格后，进行基坑开挖，达到设计标高后进行垫层、底板施工、钢筋绑扎及混凝土浇筑。基础施工的关键控制点，在于对深基坑的位移持续监测、基坑内支撑体系监测、地下水位控制。

(2)主体施工

底板混凝土达到强度后，进行翼墙及闸墩等结构钢筋绑扎，预埋液压缸前支座和后支座连接件，跟主筋焊接，并预留设备安装洞口，经监理检验合格后，安装模板，浇筑翼墙及闸墩等结构混凝土。主体施工关键控制点在于各部位结构坐标点误差控制，高支模体系的加固支撑水平及垂直度控制，混凝土浇筑前各专业管线预留、各洞口预留的正确性控制。

(3)设备安装

主体结构混凝土达到强度后，拆除模板，复核设备安装预留洞与预埋件尺寸、位置、高程，先进性设备埋件安装并浇筑二期混凝土。同时，运输设备至现场开箱检查后，进行闸板、液压壁支座、液压站安装，接着安装轴流泵、格栅除污机，最后进行电气设备及自控系统安装。设备安装施工的关键控制点，在于预埋件的成品保护、大型设备吊装现场安全控制，各设备安装紧固情况复检。

(4)设备调试

设备全部安装完成后进行调试。首先，进行单机调试，主要包括闸门启闭程度及密闭性、水泵出水性能及稳定性、液压站油压及泄露情况等。单机调试合格后，进行联动调试，通过自控系统发出命令，确保各设备及时准确执行。最后，进行远程测试，确保无人值守情况下正常运行。设备调试施工的关键控制点，在于各设备的电气检验试验，各设备的单机空载试验，各设备的单机负载试验，系统联调参数达标性，模拟各种工况下设备稳定性，模拟各种故障触发系统保护动作及时性。

2.3 运行效果

一体化泵闸从进场施工到运行历时4个月，土建施工3个月，设备安装及调试1个月，构筑物占地325m2，所有设施、建筑基本位于河道上，不占用岸上土地，不设置值守、通过控制中心反映至远端控制中心，自动控制设备启闭。从运行效果看，正式确定了河道从北往南流的单向流流向，明显提高了河道流速，增强了水动力，极大改善了该条河道水质情况。同时，汛期在下游水位较高的情况下，利用该泵闸及时将该河段内涝水强力抽排，对内河排涝也发挥了积极作用。

4 结语

陆庄河一体化泵闸的顺利实施，为福州市在全面完成水系治理截污清淤工程之后，解决部分河道水流流速偏慢、水动力不足的问题提供了经验，为非汛期的河道水量调配、保障水质长期稳定向好、保证水网景观发挥了积极作用。同时，一体化泵闸占地小、投资小、操作方便、运营维护方便等特点，具有较强的推广价值。为该设备在全省乃至全国推广提供了样本与经验，为全国治理黑臭河道提供了宝贵经验。