双向泵站在姚家汇闸站改建工程中的应用

苏 丹，赵 地

(1.黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州 450003；2.水利部黄河流域水治理与水安全重点实验室(筹)，河南 郑州 450003；3.河南省城市水资源环境工程技术研究中心，河南 郑州 450003)

1 项目概况

姚家汇闸站改建工程，属于平湖市城市防洪扩展工程中的一座闸站工程。平湖是典型的平原河网地区，境内的河道以东湖为中心，呈放射性分布。根据最新的城市国土空间规划，中心城区的面积由原来的13.6km2，调整为90.1km2。近年来，极端天气及超标洪水频发多发，给未设防的区域造成了严重影响。在充分考虑防洪保护圈外部的防洪形势，内部的排涝能力以及对活水的需求，整合防洪、排涝两大功能，衔接海绵城市建设、绿道建设、内涝治理建设等规划成果，通过建设水闸、闸站、堤防、河道、湿地等工程措施，充分发挥闸、泵的作用，构建“风雨无忧、排挡结合”的防洪排涝体系；充分利用水利建筑物在非汛期的作用，衔接碧水绕城成果，利用双向泵站[1]、岸坡绿化、湿地等工程，引活水入城，打造“水活景美、动静结合”的生态水系廊道。

在新工程任务的前提下，原姚家汇水闸需改建为闸站，承担起防洪排涝、兼顾引水的工程任务。

2 闸站改建工程布置方案

姚家汇水闸位于平湖市老城区的西侧，所在的西文王港河，在平善大道下下穿，与西侧的南市河相连通。水闸为人字门，净宽为16m，于2008年建成投入运行，目前水闸状况良好。现状姚家汇水闸东侧是住宅小区，西侧距离小博士幼儿园约30m。闸站改建只能在现状水闸与小博士幼儿园围墙之间有限的空间内布置。

根据周边地形和引水排水的条件，初步考虑2种改建方案：①在原址改建老闸，做一体化泵站[2]方案，水泵与闸门结合为一个整体装置系统，构成一扇装有潜水泵的水闸。泵闸采用侧开型式，闸门开启时，不占用河道，有利于通航。②老闸维持现状，新增传统泵站的方案。共考虑了5种具体的方案。

方案一：利用老闸改建一体化闸站+单向水泵

该方案做四孔流道，每个闸门上装2台单向泵，2个流道引水，2个流道排水。拆除原有水闸的2侧边墩及启闭机井，利用原闸基及部分老闸底板。

方案二：利用老闸改建一体化闸站+双向水泵

该方案做2孔流道，每个闸门上装2台双向泵，2个流道既引水，又排水。底板部分拆除，部分保留，改造边墩，增加中墩做闸门的锁止装置。

方案三：原水闸底板结构加水泵改造方案

(1)在老闸底板上设置4台泵，通过改造底板的相应措施，将泵焊接在底板上；

(2)水泵后端设置特殊装置实现闸门开闭时候与闸门的连接和分离；

(3)在闸门外侧设置自动启闭闸板(共计4块)，泵站运行时，水通过洞口向外侧输水。泵站不运行时，关闭闸板保证闸门的密合性。

方案四：新增双向泵站—干室泵坑方案

本方案保持原水闸现状不动，在原闸西南侧增加双向泵站，泵房采用干室，上部做泵房建筑，泵室南北侧地埋箱涵，与河道连通。

方案五：新增双向泵站—湿室泵坑方案

方案五的布置与方案四基本相同，不同的是水泵的伸缩节与出水管之间有缝隙，泵坑为湿室型，水泵完全潜入水中，运行时噪音小，对周边的噪声影响小。上部不做泵房，采用钢盖板覆盖。后期检修采用临时设备起吊。

方案一、二、三皆具有一定的创新性，一体化闸门侧开控制，虽技术成熟，但与水泵结合的一体化型式，还未有已建成的工程案例，应用效果尤未可知。方案五虽不做上部房建省了投资，但后期运行检修维护，需要租用临时起吊设备，存在检修不便的问题。水泵检修时要排出进出水流道和水泵内的水，闸门的渗漏水。由于水泵检修时的排水量，远大于渗漏排水量，因此需要做单独的检修排水系统，与渗漏排水不能共用，因此需做2套独立的设计。通过方案比选，姚家汇闸站改建采用方案四。

3 水泵型式选择

姚家汇闸站的引水和排水流量均为12m3/s，具有低扬程、大流量的特点。可选择潜水轴流泵，使用X型流道，通过控制工作闸门和拍门实现双向运行；也可以选择潜水贯流泵双向泵型，该泵为S型叶轮，可以实现电机的反转从而实现双向引排水[3-7]，如图1所示。对2种泵型的技术经济进行比较，潜水贯流泵的装置效率高于潜水轴流泵，潜水贯流泵的机电设备投资虽然较高，但是辅助设备较少，运行费用低。

从泵室泵房的土建布置上进行比较，潜水轴流泵的泵室顺水流向长度比贯流泵泵室短，但埋深要更深，上部泵房的高度也更高，相应土建开挖量较小，土建投资较低。综合比较，采用潜水贯流泵更经济合理。

4 泵站工程设计

姚家汇新建泵站在汛期，当外河水位达到起排水位并有持续上涨趋势时，关闭水闸，启动水泵向外河排水，当内河水位低于内河运行最低水位时，关闭水泵。当处于非汛期或根据水质监测数据，内河水质有变坏趋势，且最高水位在1.4m以下时，可关闭水闸，启动水泵由外河向内河引水。

姚家汇新建泵站轴线与原闸轴线基本平行，地下泵室为整体混凝土结构，泵室顺水流向长33.9m，垂直水流向宽11.7m。因是双向泵站，因此泵室下部对称布置。泵站从外河到内河侧顺水流向布置为：外河侧快速闸门及拦污栅段、外河侧流道段、主泵室、内河侧流道段、内河侧快速闸门及拦污栅段。内外河侧出口采用地埋箱涵与河道相连通，箱涵上部回填土恢复厂区地坪。

内外河侧水泵流道段，水泵流道的底板顶高程为-2.5m，底板厚度为1.5m，流道顶部平台顶高程为0.5m，流道从水泵接口向外是从圆形到矩形的渐变，圆形直径为1.8m，矩形宽×高为3.6m×2.5m。中间主泵室的底板顶高程为-3.05m，底板厚度为1.5m。泵室中间不设中墩，边墩厚度为1m。水泵叶轮中心安装高程为-1.6m。

泵站选用2台潜水贯流泵，单泵流量6m3/s，装置最高效率为67%。单台泵组的最大起吊件为泵组，最大起吊重量约16.5t，因此，选用起吊重量为20t/5t的电动双梁桥式起重机1台，起重机起升高度为8m，桥机跨度为10m。快速闸门采用液压启闭机进行起吊，拦污栅与检修闸门共槽，也采用桥机进行起吊。

图1 潜水轴流泵站布置方案(左)与潜水贯流泵站布置方案剖面图(右)

泵房建筑上部采用白色穿孔铝板装饰，同时结合开窗等立面元素设计。下部及控制室部分采用灰色真石漆设计，同时屋顶形式设计为波浪的曲线形式，营造韵律与生趣，与周边环境相结合。

在姚家汇闸站上下游布置雷达水文测站，监测实时水位，数据接入闸站控制数据网。姚家汇闸站水位通过本地通讯接入LCU屏柜后使其得以在上位机软件中实时展示。雷达水位计数据接入计算机监控系统，系统通过RS485串口接入公用LCU屏中，并经过分析处理得以展示，并存储在本地数据库中，在中控室的值班人员可在本地计算机监控系统画面上看到实时监测数据。

5 结语

姚家汇闸站改建选用双向潜水贯流泵进行布置，满足闸站改建的功能需求，排出涝水，保障内河区域的防洪安全；引入活水，促进内外河水动力改善和水质提升。该项目计划于2023年开工建设，建成后将发挥防洪排涝和水环境改善的重要作用。可为类似工程的方案设计提供一定参考。