泵闸工程在排水除涝体系中的应用研究

韦珍娟

（厦门市市政工程设计院有限公司,福建 厦门 361000）

泵闸工程在排水除涝体系中发挥着排涝、引水和水资源调度的综合功能。关于水闸、泵站枢纽的布置方式,一般有分建和合建两大类[1]。泵闸工程由于将水闸和泵站统一进行考虑,其规划、设计、运行涉及到的影响因素更为复杂,对流态稳定和施工条件要求也更高。本文以厦门翔安机场—大嶝北部片区排水除涝体系泵闸工程为例,系统梳理泵闸工程不同布置形式、选址条件等比选分析要素。

1 工程概况

翔安机场位于厦门市翔安区大嶝岛境内,通过填海造地建设4 条跑道及配套航站楼,包括仓储及物流用地等。整个运行区域的防洪除涝安全是保证机场建成后正常运行的基本条件。厦门翔安机场二级排水系统的主要任务是通过排洪渠（沟）的整治和新建滞洪区,包含新建护岸、河道清淤、新建泵闸,形成较为完善的排水除涝体系,以提高整体的排水除涝、蓄滞洪能力,达到保证厦门翔安机场—大嶝北部片区安全的目的。工程位置和二级排水工程见图1、图2。

图1 项目所在地坐标图

图2 流域面积及工程位置示意图

2 泵闸工程研究

2.1 站址选择

大嶝北部片区站址的选择拟定以下三种选址方案以供比选。

方案一：在5 排洪渠出海口处新建泵闸

方案二：在旧站址处扩建。现状1#和2#挡潮排涝泵闸闸孔宽度仅为2.0 m,水闸设计流量为16.1 m3/s,两座泵站排涝流量均为3.15 m3/s,需拓宽至设计要求。

方案三：增大机场南部规划1#或2#泵闸规模。

三种方案比选过程见表1。

表1 泵闸站址方案比较表

经比选,方案一可增加调蓄水体的库容,外侧利用泵闸的拦挡潮水,5 排洪渠可采用堤防20 年一遇不超过控制水位的设计涝水标准进行建设,而不是按照海堤的标准200 年一遇防潮标准进行建设,防护标准降低将大大减少5 排洪渠的工程投资,进出渠排水顺畅,经综合分析考虑,本次将拟建的泵闸布置在5 排洪渠入海口处。

2.2 泵闸总体布置

2.2.1 泵闸站轴线布置

考虑到与5 排洪渠护岸的顺接,以及建成后与周边道路、景观等的协调,采用泵闸横轴线与海堤轴线平行、纵轴线与河道纵轴线垂直的轴线布置方案,在进水口两侧设置导流墙。

2.2.2 泵闸型式比选

方案一：分离式泵闸布置

排涝方式采用水闸和泵站分离式布置,即在河道的截面处设置水闸,在水闸一侧或者两侧布置泵站。

方案二：一体化泵闸布置

一体化泵闸是将潜水泵安装在闸门上,使水闸和泵站合二为一的装置。当内河水位（水泵侧）高时,开启闸门,内河的水通过重力自流到外河；当内河水位低,外河（拍门侧）水位高时,关闭闸门,启动水泵,内河水被泵送至外河。

两种闸型示意见图3,图4,详细比对见表2。

图3 分离式泵站布置形式图

图4 一体化泵站布置形式图

表2 泵闸型式比选表

经比较,闸门和水泵分开布置便于安装检修,设备类型与机场南部规划的2座泵闸型式一致,便于运行管理,工程投资较一体化泵闸布置节省1250 万元,本次泵闸型式推荐采用传统的分离式泵闸布置。

2.3 水闸布置

根据闸址所处河道的地形及地质情况,水闸布置在5 排洪渠主河槽段,闸室底板采用平底板型式,以达到最大程度行洪目的。闸址处上下游河道底高程为-1.40 m～-1.5 m,考虑内河侧及外海侧泥沙淤积等因素,并与外海顺畅衔接,最终确定闸底槛高程-1.5 m,过水总净宽按照不小于15 m、并考虑到平板闸门净宽、孔数要求,拟定新建水闸孔数和单孔净宽有2 种方案进行比较,2 种组合方案为：方案一,3 孔5.0 m,闸室总宽19.5 m,闸底高程-1.5 m；方案二,5 孔3.0 m,闸总宽21.9 m,闸底高程-1.5 m。根据上述方案,分别进行调蓄计算,推求沿河各个控制断面的设计水位。综合设计频率洪水闸上水位和工程可比性投资各方案指标分析成果见表3。

表3 水闸规模及孔口尺寸方案比较表

方案一闸净宽17.4 m,闸底高程 -1.5 m,满足水闸的排洪挡潮规模要求,上游水位、过闸洪峰及洪水滞时均较为合适,工程性价比较高；方案二,闸净宽同方案1,河底高程为-1.5 m,因中墩较多,造成闸门泄洪能力下降,上游水位与方案一相比较抬高明显,工程效果较差,虽然墩墙量和基础开挖量减少,但是底板过高会造成桩基量增加,其投资反而比方案一增加；且相应增加了闸墩量和启闭机数量,工程投资偏大,同时闸孔过多不利于管理。

经综合比较,方案一投资相对较少,上游水位较合适,总体较优,故推荐方案一,即3 孔,单孔宽5.0 m。

2.4 泵站布置

泵房分为主泵房和安装间。主泵房顺水流向长12.20 m,垂直水流向长28.35 m。机组泵房底板高程-3.90 m,水泵层高程0.10 m,电机层高程7.00 m,泵房进口墩顶部高程4.4 m。泵站进口设置拦污栅和检修闸门,进口平台设移动式电动葫芦启闭。泵房内设桥机一台。安装间为单层厂房结构,顺水流向12.0 m,垂直水流向长度10.0 m,安装间地面高程4.4 m,为地下室结构。安装间外回车场地面高程4.4 m,回车场与大堤顶部采用长约70 m的进场公路连接。

副厂房单独布置在水闸启闭房上游侧闸墩顶上,地面高程为4.4 m。副厂房主要布置电容器、高、低压配电设备及中控室等设施。根据使用和设备布置要求确定副厂房进深为8.3 m。副厂房横轴线方向的长度根据各功能布置要求确定为22.15 m。

3 结语

泵闸工程的整体布置和选址对整个枢纽和排涝体系的运行效果至关重要,同时内部泵站和水闸的详细设计方案亦关系到闸站运行的匹配度。在总体布置和选址中要综合考虑防洪影响、施工难易、进出水流态及工程总投资。通过对厦门翔安机场—大嶝北部片区排水除涝体系泵站工程的应用研究和梳理,能够为类似区域水环境治理和规划泵闸工程提供借鉴。