排涝灌溉泵站设计若干问题探讨

摘要:排涝灌溉泵站是城市基础设施建设的一部分，担负着农田灌溉、排涝和调节地下水位等任务，其设计工作也逐渐受到业界人士的普遍关注。本文结合排涝灌溉泵站实例，就泵站的设计进行探讨，以确保泵站的顺利建设。

关键词: 灌溉站;泵站设计;流量设计;排水涵

中图分类号：S611 文献标识码：A文章编号：

改革开放以来，我国城市化建设步伐不断加快，城市基础设施建设迎来了发展的高潮。但由于基础设施建设速度跟不上城市化进程的速度，导致一系列问题的出现，其中就包括排涝灌溉泵站的建设。排涝灌溉泵站担负着农田灌溉、排涝和防洪等重要任务，是城市发展必不可少的一部分，可是许多泵站在建设时期由于机组选型不当、水位设计和流量设计不合理以及建筑物设计不当等原因，导致目前的泵站在农田灌溉和排涝等方面无法满足当前城市发展的需要，限制了泵站效益的发挥。因此，必须提高排涝灌溉泵站的设计水平，以充分发挥出泵站的综合效益。

工程概述

某工程为一级排涝灌溉泵站，捍卫耕地面积3160hm2，其中排涝受益农田3133.34hm2，灌溉受益农田1000hm2，人口2.3万人。

2排涝站与灌溉站布置方案分析

2.1主要设计参数（见表1、表2）

2.2机组选择

由于排涝和灌溉的扬程与流量相差较大，若采用双向泵很难满足要求，所以在机组选择上不考虑采用双向泵，而应分别对排涝和灌溉进行机组选择。

通过对机组型式和台数的比较，排涝选择4台1200ZLB-85泵组，单机设计流量为4.1m3/s，校核扬程可达10.5m；灌溉选择2台700ZLB-125泵组，单机设计流量为1.67m3/s，校核扬程为4.5m。

2.3布置方案

方案的选择对泵站的运行是至关重要的。下面的方案布置主要有2种:方案1，排涝和灌溉机组布置在同一厂房，即同厂房布置；方案2，灌溉与排涝机组分开布置，即不同厂房布置。方案比较如表3所示。

表1排涝站主要设计参数

表2灌溉站主要设计参数

表3布置方案比较

经以上比较确定灌溉与排涝站分开布置，然后再对机组的布置型式以及灌溉站的布置位置进行比较，最终确定机组都采用“一”字型布置并与进水方向垂直、灌溉站布置在节制闸右侧的方案。

3灌溉站设计水位确定

该区域常常发生春旱和秋旱，农田需要从东江引水灌溉，而这个时期东江处于枯水期，灌溉站设计水位应根据以下原则进行确定。

3.1出水池水位

按照灌溉站的灌溉运行方式，灌溉站的出水口承泄区为节制闸上游的灌排两用主渠道，灌溉站的出水池水位就是主渠道的各种灌溉运行水位。

由于灌溉站在大堤的堤内，没有直接挡洪要求，设计中不考虑东江防洪水位的作用，采用泵站出水池的最高运行外水位作为灌溉站建筑物稳定安全的最高运行水位。

1)最高运行水位

根据涝区内的灌溉支渠及二级排涝兼灌溉泵站灌溉取水所控制的主渠道最高水位，推算到灌溉泵站的站前最高运行水位为2.70m，即为排涝时的站前最高运行水位。

2)设计水位

设计水位是在春秋季节，基本能满足受益区内农田所需灌溉水位。通过对受益区内的主渠道及灌排两用支渠道的勘测调查，受益区内的灌溉支渠及二级排涝兼灌溉泵站灌溉取水的主渠道正常水位，推算到灌溉站的站前水位2.20m为灌溉泵站的设计外水位。

3)最低运行水位

根据该受益区内枯水期历年来的排涝、抗旱运行情况，在东江枯水季节，当主渠道水位下降到排涝站的最低运行水位1.80m、同时受益区内无降雨时，排涝站或自流排水涵停止排水，节制闸关闸蓄水。取节制闸关闸时主渠道水位1.80m为最低运行水位。

4)平均水位

取灌溉期主渠道多年日平均水位2.20m。

3.2进水池水位

1)最高运行水位

取受益区内枯水期历年来灌溉时，节制闸关闸蓄水时主渠道的最高水位1.80m。

2)设计水位

通过排频计算，灌溉期保证率为90%时的历年外江日平均水位为0.60m，由于灌溉站的站前水位从自流排水涵由东江引入，根据自流排水涵的底高程和孔口尺寸参数，当排水涵的内外水头差取0.1m时，自流排水涵的过流能力为3.97m3/s，满足设计灌溉流量3.23m3/s的过流能力要求，因此，推算到站前的设计水位为0.50m。

3)最低运行水位

历年灌溉期日平均最低外江潮水位为0.50m，根据自流排水涵的底高程和孔口尺寸参数，当外江水位为0.50m、排水涵的内外水头差取0.1m时，自流排水涵的过流能力为3.55m3/s，满足设计灌溉流量3.23m3/s的过流能力要求，因此，推算到站前的最低运行水位为0.40m。

4)平均水位

取灌溉期多年外江日平均水位0.60m，由此推算到站前的平均运行水位为0.50m。

4灌溉站设计流量确定

根据受益区内历年来的灌溉情况，灌溉主要集中在秋季晚稻，其中须灌溉的农田大部分以水稻为主。参照广东省水利水电科学研究院编写的《广东省一年三熟灌溉定额》计算得涝区晚稻净灌水定额为308m3/亩。晚稻泡田期轮灌天数为11d，生育期补水轮灌天数为6d。灌溉站设计灌溉流量采用下列公式计算:

Q=(ΣmA+W)/(3600Ttn)(1)

式中Q为灌溉设计流量，m3/s；m为用水高峰时段内各种作物的设计净灌水定额，m3/亩；A为相应时段内各种作物灌溉面积，亩；T为灌溉历时(天数)，d；t为日开机小时数，取22h；n为渠系水利用系数，根据灌溉面积，取到土壤特性，取0.80；W为根据受益区内枯水期历年来的排涝、灌溉运行情况，在东江枯水季节，当主渠道水位下降到排涝泵站的最低运行水位1.80m同时涝区内无降雨时，排涝站或自流排水涵停止排水，节制闸关闸蓄水。通过对受益区内的主渠道及灌排两用支渠道的勘测调查，一般在枯水期的灌溉季节，内涌水位保持在2.20m的正常蓄水位，即设计水位，基本能满足受益内农田所需灌溉的水位要求。因此，式中的W为节制闸关闸水位至所需设计水位之间需补充的主渠道的库容，即水位从1.80m提高到2.20m所需水量。通过渠道断面的勘测计算，该部分水量为4.40万m3。

计算得受益区内灌溉站的设计灌溉总流量为4.33m3/s，由于该受益区内上游5km处已有一设计灌溉流量为1.10m3/s的灌溉泵站，因此，该站设计灌溉流量为3.23m3/s。

5自流排水涵设计

排水泵站一般都配套自流排水涵，泵站配套设计自流排水涵闸的主要原则是:外江水位较低时尽可能地采用自流排水，外江水位高时由泵站抽排。抓住汛期外江水位短期回落的时机进行自流抢排，一来减轻排水泵站抽排水的费用，同时也可减少主渠道的淤积情况，排除主渠道杂物，因此在排水泵站的附近常设有排水涵闸。排水涵闸的设计标准与排涝泵站的排涝标准相同，配套涵闸的设计流量与排水泵站流量相同。

自流排水涵闸的运行调度方式为:排涝期间，当外江水位逐渐上升达到堤内的设计内涝水位不能自流排水时，关闭涵闸闸门，依靠排水泵站进行抽排；当外江水位逐渐下降达到与内涌设计水位持平时，涵闸开闸泄流。灌溉期间，打开自流涵闸门，引外江水进入灌溉站进水前池。

依据自流涵闸的运行调度方式，涵闸尺寸按以下条件确定:根据《水闸设计规范》(SL265-2001)，水闸的闸底板高程取主渠道出水口的底高程，设计内水位取排水泵站的进水池设计水位，内外水头差取0.1m，自流涵闸无压流条件下应能够排泄设计排涝流量至外江。

根据涵闸设计过闸流量，涵洞内水流保持自由水面，流态为无压流。要求涵闸进口的过水能力与洞身过水能力协调一致，进口的过水能力按下列公式(2)计算，洞身的过水能力按下列公式(3)计算。通过两公式的试算，确定涵闸孔数、孔口尺寸、及闸底板高程。

(2)

式中Bo为闸孔总净宽(m)；Q为过闸流量(m3/s)；H0为计入行近流速水头的上游水头；hs为由堰顶算起的下游水深(m)；μ0为淹没堰流的综合流量系数。

(3)

式中n为涵洞壁的糙率；A为涵洞的过水截面面积(m2)；R为涵洞的水力半径(m)；i为涵洞底板的坡降，0.001。

计算得出自流排水涵闸的特征参数见表4。

表4自流排水涵闸孔数、孔口尺寸、闸底板高程

经以上原则确定的涵闸底高程，还须复核是否满足灌溉站最低运行水位时进水流量的要求，本站经复核最低运行水位时自流涵进水流量为3.55m3/s，满足设计灌溉流量3.23m3/s的过流能力要求。

6结语

排涝灌溉泵站是城市设施建设的一部分，其中泵站设计直接关乎到泵站综合效益的发挥。因此，泵站设计人员应确定好灌溉站的水位设计和流程设计，确保能满足受益内农田所需灌溉的要求，同时要考虑到排涝和灌溉功能的实现，达到节省投资、充分发挥机组功效的目的，从而更好地发挥泵站的综合效益。

参考文献

[1] 张峪昕.水泵站设计中的若干问题探讨[J].市政技术.2012年第02期

[2] 罗旖旎.浅谈雨水泵站设计注意的几点问题[J].城市建设理论研究.2012年第02期