一种新型雨水泵站的应用研究

王绍华， 张 栋

（天津市市政工程设计研究院，天津 300392）

随着城市化快速发展，自然环境日益恶化，极端天气频发，城市内涝问题日益突出。为有效应对内涝风险，《室外排水设计规范》于2014年进行了修订，修订版大幅提高了雨水系统设计重现期并且取消了降雨历时计算公式中的折减系数m[1]。据相关文献[2]，当折减系数为1时，设计重现期为1 a的不同时刻设计流量相当于折减系数为2时重现期1.531～4.028 a的标准，这就直接导致泵站进出水管径及泵站建设用地大幅增加。然而，由于城市建设用地日益紧张，排水泵站占地面积受到了严重制约，传统泵站直进直出的布置形式难以实施，而不合理的尺寸布置不仅影响水泵性能的有效发挥，同时会导致泵站建设成本增加[3]，如何有效解决上述矛盾，成为雨水泵站设计中的关键因素。

天津市某雨水泵站在设计过程中，采用新型的进出水布置方式，有效解决了上述问题。

1 工程概况

天津市建成区由于历史原因，雨水系统标准偏低，局部还存在雨水空白区，严重影响了城市建设和发展。根据规划需要建设1座雨水泵站，设计流量13.5 m3/s，解决A、B两地块雨水排放问题。受雨水管道布置和土地利用的限制，泵站选址位于A、B两个地块之间且出水管方向与进水管道方向一致。见图1。

图1 雨水系统

雨水主干管管径A地块为2 200 mm、B地块为3 000 mm，A地块管道埋深为5.88 m、B地块为6.50 m；泵站出水管径3 200 mm；地面设计高程4.000 m。

2 泵站布置形式的选择

2.1 传统形式泵站

传统雨水泵站布置形式会将两个地块的雨水主干管汇合为一根泵站进水管进入泵站前池，采用直进直出、直进侧出方式，配合压力转弯井的布置，实现泵站出水管道排水方向的调整。见图2。

由图2可知，采用传统布置形式的雨水泵站，占地面积约3 168 m2并且由于泵站DN3 000 mm进水管与DN3 200 mm出水管交叉，为避免管线碰撞，需要将DN3 000 mm进水管道埋深由6.5 m增加至9.5 m，导致泵站静扬程增加3 m。

图2 传统雨水泵站布置

2.2 新型进出水形式泵站

为解决传统形式雨水泵站设计的弊端，结合泵站进出水管道的特点，设计出一种新型进出水形式的雨水泵站。见图3。

图3 新型雨水泵站

雨水经进水管道1进入进水闸井2，其后使用闸门3控制进水，随后雨水通过格栅井4进入集水池6，经水泵8提升至出水层中的水泵出水池9。池内空气通过池顶的复合排气阀14快速排除，雨水经出水闸井10排入压力出水池12，最后雨水经出水管道13排入下游水体[4]。

采用两侧进水，中间出水的布置形式。平面布局上，将雨水泵站的两根进水管分别布置在泵池两侧，将出水管布置于泵池中部，这样就避免了进出水管线交叉的问题，降低了泵站设计扬程；竖向布局上，将泵池分为两层，下层为进水区，主要作为泵站集水池使用，提供安装水泵的空间，上层为出水区，用于布置压力出水池、蝶阀井等构筑物，充分利用了上部空间。

应用新型雨水泵站的庭院布置见图4。

图4 新型雨水泵站布置

结合用地形状，通过优化设计，泵站占地面积减少至约2 737 m2，比传统方案节约占地13.6%。

3 新型雨水泵站的设计优势

新型雨水泵站除了节约土地成本，解决进出水管线高程冲突问题，其设计优势主要体现在以下两个方面。

1）节约工程投资。采用新型进出水方式的泵池埋深10 m，由于距周边建筑较近，设计采用25 m灌注桩+18 m双排水泥搅拌桩止水帷幕方式进行基坑支护。经测算，泵站工程建设费用为4 362.98万元。

如采用传统形式雨水泵站，泵池埋深需调整为13 m，相应的灌注桩、双排水泥搅拌桩及土方也需调整。调整后泵站的工程建设费用为4 896.48万元。

采用新型进出水方式的泵池可节约工程建设费用533.5万元。

2）节约泵站能耗。采用新型进出水方式的泵站有6台水泵，单泵设计流量2.27 m3/s，设计扬程11 m，单泵功率350 kW。如采用传统形式雨水泵站，由于进水管线埋深增加3 m，相应的水泵站扬程也要增加3 m，单泵功率增加至450 kW。

该区域全年有效降水共38场，总降水量480.40 mm[5]。见图 5。

图5 典型平水年降水量

由于降水主要集中在5—9月，其他时间雨水泵站基本不开启，因此，选取5—9月的降水量计算泵站年用电量。

由图5可知，5—9月降水总量438.5 mm，径流系数按照0.55计算，则泵站服务的雨水系统每年产生的雨水径流总量Q=438.5×0.55×（60.9+82.9）×10=34.68×10（4m3）。

地下水渗入量按照10%计算，则雨水泵站每年排水总量为38.1×104m3。水泵每年开启时间46.68 h。新型泵站每年可节约电能4 668.26 kW·h。

4 结语

新型进出水方式雨水泵站充分利用泵站进出水管线的特点对泵站池形进行优化，采用两侧进水，分层设计的方法，解决了同侧进出水泵站进出水管道高程冲突问题并将出水蝶阀井集成于泵池内，达到节约占地、节约投资、节约运行能耗的目的。