王紹華， 張 棟

（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津 300392）

隨著城市化快速發(fā)展，自然環(huán)境日益惡化，極端天氣頻發(fā)，城市內(nèi)澇問題日益突出。為有效應(yīng)對內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)，《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》于2014年進(jìn)行了修訂，修訂版大幅提高了雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)重現(xiàn)期并且取消了降雨歷時(shí)計(jì)算公式中的折減系數(shù)m[1]。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[2]，當(dāng)折減系數(shù)為1時(shí)，設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為1 a的不同時(shí)刻設(shè)計(jì)流量相當(dāng)于折減系數(shù)為2時(shí)重現(xiàn)期1.531～4.028 a的標(biāo)準(zhǔn)，這就直接導(dǎo)致泵站進(jìn)出水管徑及泵站建設(shè)用地大幅增加。然而，由于城市建設(shè)用地日益緊張，排水泵站占地面積受到了嚴(yán)重制約，傳統(tǒng)泵站直進(jìn)直出的布置形式難以實(shí)施，而不合理的尺寸布置不僅影響水泵性能的有效發(fā)揮，同時(shí)會導(dǎo)致泵站建設(shè)成本增加[3]，如何有效解決上述矛盾，成為雨水泵站設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素。

天津市某雨水泵站在設(shè)計(jì)過程中，采用新型的進(jìn)出水布置方式，有效解決了上述問題。

1 工程概況

天津市建成區(qū)由于歷史原因，雨水系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)偏低，局部還存在雨水空白區(qū)，嚴(yán)重影響了城市建設(shè)和發(fā)展。根據(jù)規(guī)劃需要建設(shè)1座雨水泵站，設(shè)計(jì)流量13.5 m3/s，解決A、B兩地塊雨水排放問題。受雨水管道布置和土地利用的限制，泵站選址位于A、B兩個(gè)地塊之間且出水管方向與進(jìn)水管道方向一致。見圖1。

圖1 雨水系統(tǒng)

雨水主干管管徑A地塊為2 200 mm、B地塊為3 000 mm，A地塊管道埋深為5.88 m、B地塊為6.50 m；泵站出水管徑3 200 mm；地面設(shè)計(jì)高程4.000 m。

2 泵站布置形式的選擇

2.1 傳統(tǒng)形式泵站

傳統(tǒng)雨水泵站布置形式會將兩個(gè)地塊的雨水主干管匯合為一根泵站進(jìn)水管進(jìn)入泵站前池，采用直進(jìn)直出、直進(jìn)側(cè)出方式，配合壓力轉(zhuǎn)彎井的布置，實(shí)現(xiàn)泵站出水管道排水方向的調(diào)整。見圖2。

由圖2可知，采用傳統(tǒng)布置形式的雨水泵站，占地面積約3 168 m2并且由于泵站DN3 000 mm進(jìn)水管與DN3 200 mm出水管交叉，為避免管線碰撞，需要將DN3 000 mm進(jìn)水管道埋深由6.5 m增加至9.5 m，導(dǎo)致泵站靜揚(yáng)程增加3 m。

圖2 傳統(tǒng)雨水泵站布置

2.2 新型進(jìn)出水形式泵站

為解決傳統(tǒng)形式雨水泵站設(shè)計(jì)的弊端，結(jié)合泵站進(jìn)出水管道的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一種新型進(jìn)出水形式的雨水泵站。見圖3。

圖3 新型雨水泵站

雨水經(jīng)進(jìn)水管道1進(jìn)入進(jìn)水閘井2，其后使用閘門3控制進(jìn)水，隨后雨水通過格柵井4進(jìn)入集水池6，經(jīng)水泵8提升至出水層中的水泵出水池9。池內(nèi)空氣通過池頂?shù)膹?fù)合排氣閥14快速排除，雨水經(jīng)出水閘井10排入壓力出水池12，最后雨水經(jīng)出水管道13排入下游水體[4]。

采用兩側(cè)進(jìn)水，中間出水的布置形式。平面布局上，將雨水泵站的兩根進(jìn)水管分別布置在泵池兩側(cè)，將出水管布置于泵池中部，這樣就避免了進(jìn)出水管線交叉的問題，降低了泵站設(shè)計(jì)揚(yáng)程；豎向布局上，將泵池分為兩層，下層為進(jìn)水區(qū)，主要作為泵站集水池使用，提供安裝水泵的空間，上層為出水區(qū)，用于布置壓力出水池、蝶閥井等構(gòu)筑物，充分利用了上部空間。

應(yīng)用新型雨水泵站的庭院布置見圖4。

圖4 新型雨水泵站布置

結(jié)合用地形狀，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，泵站占地面積減少至約2 737 m2，比傳統(tǒng)方案節(jié)約占地13.6%。

3 新型雨水泵站的設(shè)計(jì)優(yōu)勢

新型雨水泵站除了節(jié)約土地成本，解決進(jìn)出水管線高程沖突問題，其設(shè)計(jì)優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。

1）節(jié)約工程投資。采用新型進(jìn)出水方式的泵池埋深10 m，由于距周邊建筑較近，設(shè)計(jì)采用25 m灌注樁+18 m雙排水泥攪拌樁止水帷幕方式進(jìn)行基坑支護(hù)。經(jīng)測算，泵站工程建設(shè)費(fèi)用為4 362.98萬元。

如采用傳統(tǒng)形式雨水泵站，泵池埋深需調(diào)整為13 m，相應(yīng)的灌注樁、雙排水泥攪拌樁及土方也需調(diào)整。調(diào)整后泵站的工程建設(shè)費(fèi)用為4 896.48萬元。

采用新型進(jìn)出水方式的泵池可節(jié)約工程建設(shè)費(fèi)用533.5萬元。

2）節(jié)約泵站能耗。采用新型進(jìn)出水方式的泵站有6臺水泵，單泵設(shè)計(jì)流量2.27 m3/s，設(shè)計(jì)揚(yáng)程11 m，單泵功率350 kW。如采用傳統(tǒng)形式雨水泵站，由于進(jìn)水管線埋深增加3 m，相應(yīng)的水泵站揚(yáng)程也要增加3 m，單泵功率增加至450 kW。

該區(qū)域全年有效降水共38場，總降水量480.40 mm[5]。見圖 5。

圖5 典型平水年降水量

由于降水主要集中在5—9月，其他時(shí)間雨水泵站基本不開啟，因此，選取5—9月的降水量計(jì)算泵站年用電量。

由圖5可知，5—9月降水總量438.5 mm，徑流系數(shù)按照0.55計(jì)算，則泵站服務(wù)的雨水系統(tǒng)每年產(chǎn)生的雨水徑流總量Q=438.5×0.55×（60.9+82.9）×10=34.68×10（4m3）。

地下水滲入量按照10%計(jì)算，則雨水泵站每年排水總量為38.1×104m3。水泵每年開啟時(shí)間46.68 h。新型泵站每年可節(jié)約電能4 668.26 kW·h。

4 結(jié)語

新型進(jìn)出水方式雨水泵站充分利用泵站進(jìn)出水管線的特點(diǎn)對泵站池形進(jìn)行優(yōu)化，采用兩側(cè)進(jìn)水，分層設(shè)計(jì)的方法，解決了同側(cè)進(jìn)出水泵站進(jìn)出水管道高程沖突問題并將出水蝶閥井集成于泵池內(nèi)，達(dá)到節(jié)約占地、節(jié)約投資、節(jié)約運(yùn)行能耗的目的。