聊城市东昌府区沙镇俎店渠大常泵站工程设计分析

钟 伟

（东昌府区水利局，山东 聊城 252000）

根据近年来水资源统计调查结果，聊城市东昌府区由于农田灌溉水源保证率低，水源得不到保证，正常年份农田无法适时灌溉，形成了“地下水超采”，粮食增产潜力大，且群众对农田水利工程建设积极性高，有能力自行解决工程迁占问题，并承担工程建后管护责任的区域。计划在俎店渠沙镇大常新建泵站1 座，设计灌溉面积39115 亩[1]。本文针对其新建泵站设计工程进行分析。

1 项目概况

东昌府区是聊城市市辖区，为鲁西政治、经济、文化中心，重要的交通枢纽。该区位于山东省西部，地面高程31 m～38 m（黄海高程），东与经济技术开发区接壤，西接冠县、莘县，南与江北水城旅游度假区、阳谷县为邻，北和临清市相连，总面积829.46 km2，区辖 7 个镇、5 个街道办事处、2 个园区，共 643 个行政村，现有人口77.1 万人，耕地面积80.49 万亩。

2017 年俎店渠沙镇大常泵站建设项目区分布在沙镇的31个行政村，以及福和种植专业合作社，涉及耕地面积39115 亩。

2 工程地质分析

2.1 泵站岸坡稳定评价

泵站边坡主要由砂壤土组成，厚度较大，抗冲蚀能力差，运行后河水容易对边坡冲蚀破坏，因此采取对河道坡进行防滑处理、增加临水边坡面防护等措施，减少对边坡的冲蚀、渗透等不利影响[2]。

2.2 泵站天然地基分析评价

泵站边坡主要由砂壤土组成，厚度较大，抗冲蚀能力差，河道正常运行时边坡容易产生坍塌和剥落破坏。综合考虑场地的工程地质条件、工期、经济和环境等方面的因素：

第1 层素填土（局部杂填土），土质不均，物理力学性质较差，不宜作天然地基，全部挖除。

以第2 层砂壤土作为天然地基持力层，第2 层砂壤土的承载力特征值为110 kPa。

考虑到泵站建于堤坡及泵站的震动力，采取加强地基基础及上部结构刚度措施，以减少不均匀沉降。对泵站边坡进行防滑处理，内侧采取有效措施，以便提高堤身的防冲刷能力及防渗性能，使河堤处于渗流稳定状态。

3 泵站工程设计

根据地形、地块、道路、水源位置等情况，并按照控制面积最大，方便农民灌溉使用的原则，进行泵站位置布置。大常泵站位于沙镇镇大常村境内，俎店渠右岸、大常村西南，军屯涵闸下游侧，提水入原灌排支渠。大常泵站从俎店渠提水，包括泵站进口段、前池段、进水池、泵房、出水管、出水池等部分。泵站进水池水位为俎店渠设计水位，出水池水位为灌排支渠设计水位。

3.1 水泵运行工况分析

泵站损失局部损失包括进水流道、弯头、异径管、伸缩器、止回阀、出水口，沿程水头损失主要是出水管道等。为保证水泵安全稳定运行，在前池最低水位运行时，应保证水泵的最低淹没要求，水泵安装高程（喇叭进口高程）为最低水位下1.07 m。

（1）设计灌水定额

按下式计算设计灌水定额：

式中：m 为设计灌水定额，m3/hm2；γs为计划湿润层土壤干容重，kN/m3；h 为土壤计划湿润层深度，m；β1为适宜土壤含水量上限，取田间持水率的95%；β2为适宜土壤含水量下限，取田间持水率的65%。

设计灌水定额m 按单位mm 计，计划湿润层土壤干容重γs，按单位 g/cm3计，则上式可变为：

式中：β 为田间持水率，取23%。

经计算：m=0.1×1.45×0.6×23×(95-65)=60 mm，合 40 m3/亩。

（2）泵站灌区设计流量确定

根据相关设计规范及标准，灌溉设计流量按下式计算确定。

式中：Q设为管道系统的灌溉设计流量（m3/h）；m 为设计灌水定额（m3/亩）；α 为控制性的作物种植比例，取 100%；η 为灌溉水利用系数，取0.8；t 为每天开机灌水时间，取22 h；A 为控制灌溉面积，亩；T 为每次轮灌期的天数，取10 d。

设计灌水定额m 按单位m3/亩计，控制灌溉面积按单位“亩”计，则上式可变为：

大常泵站的设计流量为：Q设=40×33.1×1500×0.7/（0.8×10×22）=7898 m3/h，取 Q设=2.2 m3/s 作为设计流量。

3.2 进、出水池设计

进、水池前设引水段，泵站引水段前设5 m×15 m（长×宽）的M10 浆砌块石护底，护坡采用30 cm 厚M10 浆砌料石；前池段喇叭口扩散角23°，护底坡比1∶9.35，护底采用30 cm厚M10 浆砌块石，下设10 cm 碎石，靠近进水池设直径5 cmPVC排水管2 排，侧墙采用M10 浆砌块石挡土墙，外露面采用30 cm 厚M10 浆砌料石镶面；进水池长7.85 m、净宽2.5 m，深3.0 m，深度5.0 m，底板厚0.5 m；泵站进水池前设拦污栅两扇，拦污栅与水平面成70°的倾角设置。

出水池长4 m，宽6 m，高2.0 m，出水口直径1 m，流速1.75 m/s，间距2.1 m。出水池为M10 浆砌块石结构，外露面采用30 cm 厚M10 浆砌料石镶面；上游侧3 m 长M10 浆砌块石护底、平面护坡，下游侧5 m 长M10 浆砌块石护底、平面护坡，护砌长度12m。

3.3 机房

泵站机房地面高于俎店渠设计水位，故采用干室型机房。机房采用砖混结构，平面尺寸为13 m×4.7 m，机房墙体及基础采用M7.5 水泥砂浆砌筑Mu10 粘土砖，机房顶采用钢筋混凝土盖板，顶层用沥青防水层。

泵站采用半地下结构，进水池单孔净宽2.5m，边墩厚顶宽40cm，底宽80 cm，中墩厚0.6 m，前墙、后墙厚40 cm，底高程30.43 m，泵房内净深4.2 m、开间5.6 m，地面以下采用C25 钢筋砼结构，地面以上采用砖混结构，检修间、控制室地面采用水泥砂浆地面。

3.4 泵站电气设计

3.4.1 电气设备选型

提水泵站总装机容量180 kW，该泵站设软启启动柜两台，采用VV-3×185+1×95 电缆由专用315 kVA 变压器接出，照明和配电箱采用BV-3×6-PVC32 电缆接至机房配电箱，长度55 m；高压线长度85 m；泵站负荷计算见表1。

表1 泵站负荷计算表

设杆上变压器1 台，容量为315 kVA, 杆式变压器设计量箱。泵站异步电动机的额定电压为380 V，水泵电动机、泵站及站用电均从水泵控制柜引接。

3.4.2 短路电流计算

泵站最大运行方式下短路电流计算，按电力系统为最大运行方式，泵站除备用机组外的其他机组全部运行考虑。泵站最小运行方式，泵站按2 台机组运行考虑。10 kV 线路因无详细资料，阻抗按0.4 Ω/km 考虑。

变压器变比为10+5%/0.4，10 kV 配电装置采用高压跌落式熔断器、高压隔离开关及熔断器。低压配电柜选用GCK 型低压配电柜。10 kV 高压电缆选用YJV22 型铜芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铠装电力电缆，低压电缆选用V22-3×185+1×95,0.6/1 kV 型铜芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铠装电力电缆。

4 结论及建议

结合聊城市东昌府区大常泵站工程地质条件，对河道坡进行防滑处理、增加临水边坡面防护，减少对边坡的冲蚀、渗透等不利影响。提高堤身防冲刷及防渗性能，消除渗流变形破坏的隐患，使河堤处于渗流稳定状态，确保堤身不会产生渗流变形破坏。同时，考虑到泵站建于堤坡及泵站的震动力，采取加强地基基础及上部结构刚度措施，以减少不均匀沉降。在此基础上根据计算确定。

（1）水泵安装高程（喇叭进口高程）为最低水位下1.07 m。设计供水定额合40 m3/亩，每天净工作时间为22 h。设计流量为2.2 m3/s。

（2）出水池长4 m，宽6 m，高2.0 m，出水口直径1 m，流速1.75 m/s，间距2.1 m。出水池为M10 浆砌块石结构，外露面采用30 cm 厚M10 浆砌料石镶面；上游侧3 m 长M10 浆砌块石护底、平面护坡，下游侧5 m 长M10 浆砌块石护底、平面护坡，护砌长度12 m。泵站采用半地下结构，进水池单孔净宽2.5 m，边墩厚顶宽40 cm，底宽80 cm，中墩厚0.6 m，前墙、后墙厚40 cm，底高程30.43 m，泵房内净深4.2 m、开间5.6 m，地面以下采用C25钢筋砼结构，地面以上采用砖混结构，检修间、控制室地面采用水泥砂浆地面。

（3）提水泵站总装机容量180 kW，设软启启动柜两台，采用VV-3×185+1×95 电缆由专用315 kVA 变压器接出，照明和配电箱采用BV-3×6-PVC32 电缆接至机房配电箱，长度55 m；高压线长度85 m。

泵站是水利工程的重要结构，与水利工程的质量安全及运行效益密切相关。在实际设计工作中，应紧密结合水利工程区的地质水文条件，经过计算，确定合适的设计参数，以完成泵站设计，改善项目区的农业生产状况，推动农业生产的全面发展。