冀偉江,紀 碩,邢芳芳

(中冶京誠工程技術(shù)有限公司,北京100176)

全地下式多功能雨水泵站的工藝設(shè)計

冀偉江,紀 碩,邢芳芳

(中冶京誠工程技術(shù)有限公司,北京100176)

結(jié)合南京河西新城南部地區(qū)新梗雨水泵站工程實例，介紹了全地下式泵站的布置形式、泵站規(guī)模的計算方法、引水工程設(shè)計。新梗雨水泵站兼有排水及引水功能，使城市景觀河道起到“活水”效果。同時，利用泵站前池上部空間，設(shè)維修、物資倉庫。

全地下式雨水泵站；規(guī)模；引水工程；工藝設(shè)計

1 工程概況

南京河西新梗泵站現(xiàn)狀：該泵站原為農(nóng)用泵站，主要存在如下問題：

（1）泵站建設(shè)標準低、規(guī)模小。其排澇模數(shù)僅為0.748 m3/(s·km2)，無法滿足該地區(qū)排澇要求。

（2）泵站建設(shè)歷史久遠，設(shè)備陳舊老化嚴重。原泵站機械設(shè)備陳舊老化、建筑物陳舊，給運行帶來了潛在的危險。

（3）設(shè)施配套不全。在泵站入口處未設(shè)置人工格柵，一旦撈污不及時，就會造成阻水，影響泵房正常運行。

河西新城正在發(fā)展成為現(xiàn)代化新南京的中心區(qū)和標志區(qū)，為使泵站的排澇能力與該地區(qū)匯水面積相適應(yīng)，使泵站建設(shè)標準與現(xiàn)代城市發(fā)展相協(xié)調(diào)，新建新梗泵站已顯得非常必要。

新建新梗雨水泵站北側(cè)為規(guī)劃新河路、西側(cè)為規(guī)劃雙閘街，南側(cè)為秦淮新河大堤，服務(wù)面積535 hm2，規(guī)模為24 m3/s。

2 地下式雨水泵站設(shè)計

2.1 工藝設(shè)計

2.1.1 工藝流程

新梗雨水泵站主要工程包括：泵站工藝設(shè)計、進水箱涵設(shè)計、出水箱涵設(shè)計、引水工程。工藝流程圖見圖1。

圖1 新梗雨水泵站工藝流程圖

2.1.2 雨水泵站規(guī)模的確定

（1）河道設(shè)計流量的確定

雨水由暗管和明渠共同參與徑流，按河道匯水面積為535 hm2，重現(xiàn)期P越20年，徑流系數(shù)鬃越0.65計算，河道設(shè)計流量為41.06 m3/s。

（2）河道調(diào)蓄容量的確定

河道調(diào)蓄容量按V=L×B×H計算得出；

式中V--河道調(diào)節(jié)容量,m3；

L--河長,m；

B--河寬,m；

H--調(diào)蓄水深,m。河道調(diào)蓄容量主要通過暴雨前騰空河道，降低河道水位來實現(xiàn)。當河道調(diào)蓄水深0.80 m，河道調(diào)蓄水量為75690 m3。

（3）泵站設(shè)計規(guī)模的測算

雨水泵站規(guī)模按近似法公式V=(1-α)1.5×Qmax×子0計算。

式中子0--設(shè)計匯流時間,s；

α--下游設(shè)計流量折減系數(shù)；

Qmax--泵站匯水區(qū)內(nèi)河道設(shè)計流量,m3/s；

Q--泵站進水總管設(shè)計流量,m3/s。

計算得：

=0.57

泵站設(shè)計流量Q=α×Qmax=0.57×41.06=23.4 m3/s。

根據(jù)《室外排水設(shè)計規(guī)范》（GB50014-2006）（2011年版）用于削減排水管道洪峰流量時的公式

校核雨水泵站規(guī)模。

式中：V--調(diào)蓄池有效容積,m3；

α--脫過系數(shù)，取值為調(diào)蓄池下游設(shè)計流量和上游設(shè)計流量之比；

Q--調(diào)蓄池上游設(shè)計流量Q,m3；

b、n--暴雨強度公式參數(shù)；

t--降雨歷時,min。

計算得α=0.717，泵站設(shè)計流量Q=α×Qmax= 0.717×41.06=29.4 m3/s。

新梗雨水泵站排水能力28.8 m3/s。雖《室外排水設(shè)計規(guī)范》（GB50014-2006）（2011年版）用于削減排水管道洪峰流量時的公式適用于雨水調(diào)蓄池計算，將本工程河道假設(shè)為雨水調(diào)蓄池，經(jīng)上述計算，本泵站基本滿足校核流量29.4 m3/s的要求。

2.1.3 雨水泵站設(shè)計

（1）前池

雨水經(jīng)進水箱涵重力流進入前池，根據(jù)總平面布置圖及格柵的總寬度不宜小于進水渠道寬度的2倍原則，設(shè)計漸寬部分展開角度12毅，漸寬部分長度29.6 m。前池斷面為梯形斷面，上、下口寬分別為8.60 m、20.90 m，前池凈高3.25 m。前池容積為：888 m3。

（2）格柵間

為保證混流泵的穩(wěn)定運行，設(shè)置背靶式格柵除污機去除雨水中的大塊污染物。格柵除污機安裝角度為75毅，柵條凈距b=30 mm，柵前最高水深2.80 m，水流過柵流速為0.75 m/s。本工程共需配置5套B越3700 mm機械格柵除污機，同時，格柵除污機工作平臺，安裝皮帶輸送機、壓榨機各1臺，以方便垃圾清除和運輸。

雨水提升泵站的集水井及格柵井內(nèi)容易積聚H2S等有害氣體[1]，為保證雨水提升泵站工作人員的人身安全，格柵間內(nèi)設(shè)有除臭裝置及H2S氣體檢測探頭?？紤]格柵間存在冒水的可能，為保證電氣室安全，將格柵間與電氣室采用混凝土墻完全分開。同時，格柵間、電氣室的通風系統(tǒng)互相獨立，互不干擾，避免格柵間內(nèi)氣體腐蝕電氣設(shè)備。

（3）集水池

集水池設(shè)計采用梯形斷面，上、下口寬分別為20.90 m、48.80 m，常液位5.50 m，報警液位6.00 m。集水池采用正向進水，進水擴散角24毅，有效容積4207 m3，前池與集水池的有效容積為最大一臺水泵的抽水時間為23 min。

（4）雨水提升泵房

設(shè)10臺潛水混流泵，其中9臺大泵，1臺小泵。集水池內(nèi)設(shè)置液位傳感器和液位開關(guān)，以控制水泵的運行和保護泵。主要設(shè)計參數(shù)及設(shè)備：

潛水混流泵：Q越3.0 m3/s，H越10.57 m，N越450 kW，9臺；

Q越1.8 m3/s，H越10.57 m，N越280 kW，1臺。

為防止?jié)撍炝鞅猛Ｖ惯\行后秦淮新河水向泵站倒流，在出水管末端設(shè)浮箱拍門。在每臺混流泵上方設(shè)有安裝檢修孔，安裝檢修孔尺寸為直徑2.4 m圓孔。為保持潛水混流泵的安全運行，在鋼制井筒蓋設(shè)復合排氣閥，在穿墻管上設(shè)排氣立管。

（5）出水井

壓力出水井匯集各臺水泵出水，提升后的雨水再通過出水箱涵排至秦淮新河。壓力出水井長48.8 m，寬9 m，高4.1 m，設(shè)10臺拍門，3臺手電兩用鑄鐵閘門，其中2臺安裝于出水箱涵，1臺安裝于回流管。在每臺拍門上方設(shè)有安裝檢修孔，同時，設(shè)2個檢修人孔。檢修孔上設(shè)壓力蓋板。出水井底標高為7.05 m，出水井內(nèi)頂標高為11.15 m。

（6）泵站的平面布置圖及剖面圖詳見圖2、3。

圖2 新梗雨水泵站平面圖

圖3 新梗雨水泵站剖面圖

2.1.4 進水箱涵設(shè)計

（1）進水箱涵長度

根據(jù)相關(guān)資料，在規(guī)劃路面標高9.0 m處為景觀內(nèi)河與進水箱涵銜接點，即景觀內(nèi)河距螺塘街58 m，進水箱涵全長250 m，每隔60 m設(shè)檢查井。同時，根據(jù)雨水系統(tǒng)規(guī)劃圖，在新河路設(shè)檢查井，預(yù)留地塊雨水接入口。

（2）進水箱涵斷面設(shè)計

雨水泵房通過進水箱涵與景觀內(nèi)河銜接，進水箱涵規(guī)格：2孔4000×2000mm，混凝土材質(zhì)，粗糙系數(shù)n=0.013，坡度i越0.0021，按重力流計算，流速v= 2.69 m/s，過流能力為43 m3/s。為保證運行安全，采取進水箱涵過流能力大于泵站能力的設(shè)計。

景觀內(nèi)河和進水箱涵銜接處設(shè)簡易格網(wǎng)，柵條凈距b=200 mm。為便于進水箱涵的清淤及檢修，在簡易格網(wǎng)后設(shè)一道手電兩用鑄鐵鑲銅閘門。

2.1.5 出水箱涵設(shè)計

雨水經(jīng)潛水混流泵提升后進入出水箱涵，最終排至秦淮新河。出水箱涵全長77 m，出水箱涵規(guī)格：2孔4000×2000mm，混凝土材質(zhì)。

出水箱涵在排出口時變?yōu)槌鏊疂u擴箱涵，漸擴角度45毅，出水漸擴箱涵寬度30 m，保證排至秦淮新河的流速小于0.5 m/s。出水箱涵與出水漸擴箱涵之間設(shè)手電兩用鑄鐵鑲銅閘門。

2.2 引水工程設(shè)計

南京河西新城區(qū)四面環(huán)水，屬河漫灘地，地勢平坦低洼，無山可依但有水可傍。春夏兩季充沛的降雨，可使河道得到一定的水量補給，但兩次降水之間，河道內(nèi)則是死水一潭，尤其是秋冬枯水期以及夏季河道水體的蒸發(fā)量大于降水量時，河道缺乏有效的水源補給，直接影響城市形象。

為此，對河西南部地區(qū)的河道引補水工程提出了兩大規(guī)劃目標：（1）配合河西南部地區(qū)的河道建設(shè)，建立比較完善的河道補水系統(tǒng)，實現(xiàn)“河水流動、水質(zhì)達標”。（2）補水后的河道水質(zhì)一般不低于《地面水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-88）郁類水體的水質(zhì)要求。

本次研究的新梗雨水泵站兼有排水及引水的功能，從地理位置、水源的水量、水質(zhì)、水位等方面綜合考慮，河西南部地區(qū)河道的主要補水水源宜選秦淮新河為補水水源。根據(jù)規(guī)劃，秦淮新河應(yīng)恢復到芋類水體，完全可以作為補水水源。

（1）補水量與補水周期

河西南部地區(qū)河道在5.50 m的常水位時的蓄水量約為55.6萬m3，日最大蒸發(fā)量3475.6 m3。向河道補水時，保持河道最小流速0.2~0.25 m/s即能起到清潔河道的作用。按照秦淮新河補水水源可提供的補水量：新梗雨水泵進水量為2.0 m3/s，則：

每次補水時間：0.48 h（按補水量2.0 m3/s計）

每次換水時間：77 h

（2）水位組合

1）秦淮新河

河堤堤頂標高為12.10 m

設(shè)計防洪水位11.17 m

設(shè)計最高水位9.50 m

常水位7.00耀7.50 m

2）景觀河道

設(shè)計最高水位6.00 m

設(shè)計常水位5.50 m

設(shè)計最低水位4.00 m

河底高程3.50 m

3）當河道水位低于4.5 m時，開始補水；當河道水質(zhì)低于《地面水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-88）吁類水體的水質(zhì)時，進行換水，換水后水質(zhì)不低于郁類水體水質(zhì)。

（3）引水管設(shè)計

利用秦淮新河、景觀河道1 m的水頭，通過自流方式由秦淮新河向河西景觀河道補水。在生產(chǎn)管理用房內(nèi)設(shè)置分析化驗室，水質(zhì)合格后向河西新區(qū)引水。

補水通道為：新梗泵站寅天保中河寅沙洲西河寅中部地區(qū)。

從秦淮新河引一根引水管，將水引入新梗雨水泵站進水箱涵。當內(nèi)河水位降低至一定高程或水質(zhì)惡化時，由秦淮新河通過引水管道進行補水或換水。引水管靠秦淮新河端設(shè)簡易格網(wǎng)，柵條間隙b=50 mm。為方便檢修，在引水管上設(shè)2臺手電兩用鑄鐵鑲銅閘門。引水管采用焊接鋼管，管徑D2032×24，坡度i=2.43譯，全長192 m，管底標高4.50~5.00 m。為保障堤壩安全，引水管穿堤壩部分采用鋼筋混凝土包封處理，并在秦淮新河迎水面設(shè)鋼筋混凝土防滲環(huán)。焊接鋼管內(nèi)防腐采用內(nèi)襯水泥砂漿層，外防腐采用環(huán)氧煤瀝青涂料，按特加強級（六油二布）防腐要求處理，厚度逸0.6 mm。

2.3 景觀河道“活水”

河西新城南部地區(qū)的景觀河道都是相通的，相對于新梗雨水泵站，在秦淮新河下游，規(guī)劃有螺塘雨水泵站，該泵站兼有排水及引水的功能，為實現(xiàn)河水流動的目，可通過下游螺塘雨水泵站排水，上游新梗雨水泵站引水使河道“活水”，達到“雨水流得暢、活水引得進”的功能。

3 最大程度利用地下空間

為泵站及濱河科技休閑服務(wù)區(qū)提供場所，充分利用地下空間，將泵站前池上部設(shè)維修、物資倉庫（丁類），同時，在維修、物資倉庫設(shè)消防泵房以滿足消防要求。

在維修、物資倉庫內(nèi)設(shè)260m3消防水池，以滿足先鋒秦淮風光帶室內(nèi)消防需求，其中室內(nèi)消火栓用水量20 L/s，作用時間2 h，自噴用水量30 L/s，作用時間1 h，消防泵設(shè)計流量為50 L/s，揚程70 m（室內(nèi)消火栓和自噴合并）。先鋒秦淮風光帶設(shè)置DN250環(huán)狀消防增壓供水管，各單體自噴濕式報警閥組設(shè)于各單體幢建筑內(nèi)，在報警閥前分為獨自的消火栓和自噴二套系統(tǒng)。消防屋頂水箱設(shè)于先鋒秦淮風光帶東側(cè)商業(yè)建筑屋頂（絕對標高24.1 m）上，消防水箱容積18 m3，并配套相應(yīng)的消火栓和自噴增壓穩(wěn)壓設(shè)備，揚程0.35 MPa，高位水箱服務(wù)于先鋒秦淮風光帶。

4 結(jié)束語

全地下新梗雨水泵站兼有排水及引水的功能，最大程度利用泵站前池上部空間設(shè)維修、物資倉庫，在滿足城市防澇、防汛[2]功能的前提下，符合濱河科技休閑服務(wù)區(qū)景觀要求，同時把“親水、依水、活水、凈水”作為提升城市品質(zhì)的亮點，為類似的工程項目提供參考。

[1]胡龍；地下式雨水泵站設(shè)計中應(yīng)注意的問題[J]，中國市政工程，2007年12月.

[2]張鴻斌,天津市北塘地區(qū)多功能雨水泵站的設(shè)計[J]，中國給水排水，2011年6月.

Process Design of Full Underground M ultifunction Rainwater Pum ping Station

JIWei,JI Shuo,XING Fangfang
(CapitalEngineering&ResearchIncorporationLtd,Beijing100176,China)

The layout form,scale calculation method and water diversion work of a full underground rainwater pumping station were introduced with the concrete example of Xingeng Rainwater Pumping Station of Nanjing Hexixincheng District.The Xingeng Rainwater Pumping Station has both functions of water drainage and diversion,making the urban landscape river as a flowing water.At the same time,the upper space of the front pool of pumping station was utilized as storage for maintenance and materials.

full underground rainwater pumping station;scale;water diversion project; process design

TV213

B

1006-6764（2014）02-0048-04

2013-08-15

冀偉江（1980-），男，畢業(yè)于西安交通大學環(huán)境科學與工程專業(yè)，工程師，現(xiàn)從事給排水技術(shù)工作。