吴泽浦（61省道以北段）防洪排涝提升工程泵站典型设计方案探析

杨长锋，章宏篇，胡长勇，魏鸯鸯，徐力栋

（余姚市江河水利建筑设计有限公司,浙江 余姚 315400）

1 项目概况

三七市镇位于余姚市东部,距余姚市城区18 km,地势为北高、南低,北面有2 座小（1）型水库为大池墩水库和相岙水库,南面属水网平原,地面高程基本在1.7 m~2.5 m之间。根据“高水高排、围圩电排”的原则,山区片洪水主要通过5 条浦塘（潺子浦、彭王浦、彭王浦、官桥浦、郭塘浦）排入慈江；平原片排涝主要靠闸、泵联排。全镇共有浦塘86 条,总长度134.1 km,水域面积313.3 万m2。吴泽浦原防洪标准约为10年一遇,随着三七市镇社会经济的迅猛发展和人民生活水平的不断提高,人们对于改善浦塘水质,恢复和强化浦塘功能的需求日益迫切。

此次提升改造工程主要对工程区域进行除险加固,对吴泽浦61 省道以北段进行整治全长1877 m,防洪标准为20 年一遇,排涝标准为20年一遇三日暴雨三日排除。在吴泽浦桩号0+055西侧建造三七市东泵站,0+090 东侧建造独山泵站。

2 水文

工程区域多年平均降雨量1400 mm,最大年降雨量1890.8 mm（1930 年）,最小年降雨量879.4 mm（1967 年）。本工程起点以上集雨面积19.68 km,河流总长5.7 km,坡降21.9‰,20年一遇的洪峰流量为68.8 m3/s。

全年降水可分三期,从4 月15 日~7 月15 日是梅雨期；7 月16 日~10 月15 日为台汛期；10 月16 日~次年4 月5 日为非汛期。各期气候特征显著不同,梅汛期,太平洋副热带高压逐渐加强,温暖空气与北方冷空气相遇,静止锋在本地区徘徊,形成连续阴雨天气；台汛期,冷空气衰退,在副热带高压控制下,台风袭击频繁,每当台风过境或受边缘影响时,夹带大量水气,往往形成强烈的台风暴雨；非汛期,本地区受冷高压控制,天气稳定少雨,仅当北方冷空气南下时,伴有雨雪。设计区域较大洪水主要发生在梅、台汛期。

2.1 设计暴雨

2.1.1 设计暴雨计算

工程设计暴雨计算采用查算《浙江省短历时暴雨》（浙江省水文局2003 年版,以下简称图集）的方法作为设计暴雨和推算设计洪水的主要依据。丈亭、慈城二站的实测24 小时暴雨分析值作校核验算之用。

（1）图集成果

由图集查得区域暴雨见表1。

表1 区域设计暴雨计算成果表

（2）丈亭、慈城实测资料

从表2中可以看出图集中的24 小时设计暴雨与实测24 小时分析的暴雨雨量基本一致。故工程采用图集法查算设计暴雨成果,即20年一遇暴雨量H24h=228 mm。

表2 丈亭、慈城实测资料分析成果表 单位：mm

2.1.2 设计净雨

按照《规范》（SL 44-93）“B2.1.2扣损法（1）初损后损法”,同时参照《浙江省短历时暴雨》（2003.2）,结合区域下垫面实际情况,初损定为20 mm,最大一日后损为1 mm/h,其余二日为0.5 mm/h。

2.2 设计洪水

（1）产流分区

根据现状水系特点,流域产流分区见图1,总集雨面积为19.68 km2。

图1 三七市镇吴泽浦产流分区简图

（2）汇流计算

设计洪水由设计暴雨推求,产流采用扣损法,汇流通常采用推理公式计算：

式中：Qm为洪峰流量,m3/s；F为集雨面积,F=19.68 km2；hp为τ时段内净雨量,mm；τ为汇流时间,h；m为汇流参数,按浙江省Ⅱ线,m=0.2450.2；L为沿主河从出口断面至分水岭的最长距离,km；J为沿流程L的平均比降。

（3）计算成果

计算成果见表3。

表3 20年一遇洪水成果表

3 典型泵站设计

吴泽浦（61省道以北段）防洪排涝提升工程泵站为原有泵站拆除重建工程,故工程布置位于原处。在吴泽浦桩号0+055西侧建造三七市东泵站,0+090东侧建造独山泵站。

下面以独山泵站为为例进行设计计算。

3.1 泵站规模计算

工程排涝区域平原片地面高程较低,约为1.7 m~2.5 m。排涝主要采用“围圩电排“方案,当遭遇洪水时,关闭闸门,用泵强排。

排涝标准按20年一遇三日暴雨三日排除标准。排涝区域以农田为主,根据《灌溉与排水工程设计规范》（GB 50288-99）按平均排除法计算排涝模数,计算公式如下：

式中：qw为水田设计排涝模数,m3/（s·km2）；T为排涝历时；P为历时为T的设计暴雨量；d为排涝时间,取20 h。

经计算,设计排涝模数为1.4 m3/（s·km2）。

经计算泵站规模见表4。

表4 泵站规模计算表

3.2 泵站特征扬程计算

局部水头损失：

各局部水头损失系数见表5。

表5 局部水头损失系数

经计算,局部水头损失为hj=0.9 m。

沿程水头损失：

式中：L为出水管道长度,取1.8 m；Q为流量,取2.0 m3/s；n为取0.012。

经计算,hf=0.01 m,合计水头损失为0.91 m。

泵站主要以排涝为主,根据水力计算成果,内河高水位2.50 m,常水位为1.13 m,外河20 年一遇洪水位3.26 m。几种水位组合情况特征水头见表6。

表6 特征扬程计算表 单位：m

经分析,水泵特征水位从0.15 m~2.01 m,考虑到泵站主要起排涝作用,一般水泵运行水位在1.6 m左右,考虑水头损失0.91 m,故设计扬程采用2.5 m。

3.3 结构设计

根据以上原则,对涉及的两个泵站及闸泵特征水头进行复核,具体见表7。

表7 泵站特征扬程计算表 单位：m

在吴泽浦桩号0+055 西侧建造三七市东泵站,0+090 东侧建造独山泵站,见表8。

表8 泵站情况表

独山泵站泵站设2 台泵进行强排,设计泵站流量为2.00 m3/s。泵站选用600 ZLB-125 DP型轴流泵,叶片安装角度为0°,单台电机功率为55 KW。泵站底板顺水流方向长为8.2 m,垂直水流方向为7.2 m,共2 孔,泵室每孔净宽为2.7 m,中、边墩厚为0.6 m。底板顶高程为-0.970 m,泵室地坪高程为3.83 m。基础采用Φ120 长6 m松木桩,松木桩纵横向间距为0.8 m。

三七市东泵站泵站设1 台泵进行强排,设计泵站流量为1.50 m3/s。泵站选用700 ZLB-125 DP型轴流泵,叶片安装角度为+4°,单台电机功率为80 kW。泵站底板顺水流方向长为8.2 m,垂直水流方向为7.8 m,共2 孔,泵室每孔净宽为3.0 m,边墩厚为0.6 m。底板顶高程为-1.170 m,泵室地坪高程为3.83 m。基础采用Φ120长6 m松木桩,松木桩纵横向间距为0.8 m。

泵房平面尺寸7.0 m×7.8 m,共计54.60 m2。

3.4 稳定计算

泵室稳定及基底应力按下式计算：

式中：Kc、K0、Kf为抗滑、抗倾、抗浮安全系数；f为泵底基底与地基之间的摩擦系数,取0.3；Pmmainx为泵室基底应力的最大值或最小值,kPa；B为底板顺水流方向的长度；∑M为作用在泵室上全部荷载对底板底面上游端点的力距之和,kN·m；∑G为作用在泵房基础底面的全部竖向荷载（包括泵房基础底面上的扬压力在内）,kN；∑V为作用于泵房基础底面以上的全部荷载,kN；∑U为作用在泵室底板上的扬压力,kN；∑H为作用在闸室上的全部水平向荷载,kN；A为泵室基底面的面积,m2；∑My为作用于墙身各力对墙前趾的稳定力矩,kN·m；∑M0为作用于墙身各力对墙前趾的倾覆力矩,kN·m。

泵室采用整体式平底板,因此取整个泵室为计算单元,主要验算一下几个组合。

计算工况为完建期计算成果见表9。

表9 泵室整体稳定计算结果

从计算结果看,计算值满足规范要求。

3.5 渗流计算

泵闸所处土层为粉土,按水闸规范推荐的改进阻力系数法。

（1）水闸的地基有效深度

式中：Te为土基上水闸的地基有效深度,m；L0为地下轮廓的水平投影长度,m；S0为地下轮廓的垂直投影长度,m；0为进、出口段的阻力系数,m；S为板桩或齿墙的入土深度,m；T为地基透水层深度,m；x为水平段的阻力系数；Lx为水平段长度,m；S1、S2为进、出口段板桩或齿墙的入土深度,m；hi为各分段水头损失值,m；i为各分段的阻力系数,m；n为总分段数；J为渗流坡降值。

泵站渗流最不利工况：上游内河常水位1.13 m,下游为吴泽浦水位3.26 m,ΔH=3.26-1.13=2.13 m。计算得出口段渗流坡降值j=0.22,小于粉土允许水力坡降为0.3,水平段渗流坡降值j=0.0375,小于粉土允许水力坡降为0.05,满足要求。

4 结语

三七市镇浦塘、渠道众多,这些水域承担着防洪排涝、蓄水抗旱的重要任务,而且在供水、灌溉、生态环境等方面有着重要的作用。吴泽浦防洪排涝提升工程的实施使防洪标准达到20年一遇,提高灌区用水保证和提高防洪排涝标准,对于三七市镇的长远可持续发展起到的强大的推动作用。过浦塘整治加快推进城乡现代化建设和生态市建设,促进水资源的开发利用和保护,建立一个和谐优美的水生态环境。