徐 旦，翁浩軒，詹敏杰，王坤雪，周華民

(1. 浙江廣川工程咨詢有限公司 浙江杭州310020； 2. 浙江省水利河口研究院 浙江杭州310020)

浙江省某海水湖項(xiàng)目建成后，在湖區(qū)匯水面積范圍內(nèi)污染源得到有效控制的前提下(即工業(yè)污染源全部攔截，生活污水截污率大于95%)，水質(zhì)目標(biāo)確定為湖泊的富營(yíng)養(yǎng)化水平控制在中度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)以下，且不發(fā)生藻類(lèi)水華爆發(fā)事故，水質(zhì)透明度達(dá)到0.7m，通過(guò)生態(tài)措施改善人工湖水質(zhì)，確保其他水質(zhì)指標(biāo)不低于源水水質(zhì)等級(jí)。

1 設(shè)計(jì)概況

工程區(qū)現(xiàn)狀換水格局基本形成，包括人工湖和沉沙池的圍堤、三處水閘等，人工湖區(qū)占地197.24hm2，常水位在1.5m，平均水深3m時(shí)，湖區(qū)總庫(kù)容為538.61萬(wàn)m3。沉沙池占地27.05hm2，沉沙池水位3.2m時(shí)，沉沙池可容納總庫(kù)容為123.95萬(wàn)m3。為滿足海水循環(huán)交換已建納潮閘、進(jìn)水閘和排水閘：納潮閘用于納潮蓄水，納潮閘閘門(mén)總凈寬4.0m，底板高程-1.5m；進(jìn)水閘總凈寬4.0m，閘底高程0.0m；白沙灣排水閘總凈寬4.0m，閘底高程-1.0m。

為滿足人工湖常水位1.5m的要求，需加大人工湖的進(jìn)水量，考慮加泵強(qiáng)排至沉沙池，使之獲得較高的蓄水位，蓄水位取決于沉沙池圍堤的安全，堤防安全的蓄水位取3.2m。加泵納潮不受外江潮位限制，特別是在特殊時(shí)期，如果湖體發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化，藻類(lèi)大量爆發(fā)，需要快速置換水體時(shí)，強(qiáng)排可以不受外海潮 位限制。

2 泵閘規(guī)模確定

2.1 彌補(bǔ)水量的加泵要求

人工湖面積為200×104m2，沉沙池面積為30×104m2，若人工湖常水位取1.5m，在開(kāi)閘自流停止時(shí)取水，所需泵的流量情況見(jiàn)表1。由表可見(jiàn)，大、中、小潮期間，采用自流、泵抽相結(jié)合的方式，所需最大泵量為14.4m3/s。

表1 所需泵的流量(全月按中潮計(jì)，初始水位1.5 m，水深3.0 m，庫(kù)容600萬(wàn)m3) Tab.1 Required pump flow(according to monthly medium tide，initial water level of 1.5 m，water depth of 3.0 m，storage capacity of 6 million square meters)

若降低湖區(qū)常水位，取0.5m，則需要拓寬閘至8m，可保證3.0m水深要求，但無(wú)法滿足水體80%的月置換率要求。將閘拓寬至12m，效果并不明顯。在現(xiàn)有4m閘寬條件下，要保證3.0m水深要求，仍需要加泵，根據(jù)估算，流量約為8.1m3/s。如果不加泵只拓寬閘，考慮到月置換水量的要求，則最多只能保證2.5m水深，且無(wú)法滿足水體80%的月置換率要求。

鑒于以上分析，需在已建水閘基礎(chǔ)上，增加泵站以滿足湖區(qū)換水需求。

2.2 優(yōu)化泵流量的湖區(qū)水交換能力計(jì)算分析

經(jīng)過(guò)水交換能力計(jì)算分析，采用自流和泵結(jié)合，人工湖可按照1.5d的進(jìn)水模式，即半天(納潮)+半天(沉淀)+半天(進(jìn)水)，人工湖進(jìn)水頻率由1個(gè)月15次增加到1個(gè)月20次，則1個(gè)月的換水量可以達(dá)到800萬(wàn)m3。但該模式對(duì)于泵量的要求很高，需要泵的流量達(dá)到14.4 m3/s。因此，考慮在進(jìn)水過(guò)程中加入絮凝劑和助凝劑，人工湖可按照1 d的進(jìn)水模式，即半天(納潮和沉淀)+半天(進(jìn)水)，人工湖進(jìn)水頻率由 1個(gè)月15次增加到1個(gè)月30次，則1個(gè)月的換水量可以達(dá)到800萬(wàn)m3，泵的流量也可大幅降低至4.4m3/s。由結(jié)果可知，30d后，湖區(qū)水體可達(dá)到80%置換率要求。

有風(fēng)情況下，水體置換率降低。按照2016年7月實(shí)際風(fēng)速計(jì)算，水體置換率為69%。加快換水周期至1.5d，可以達(dá)到湖區(qū)水體80%置換率的置換要求，滿足淺水湖系統(tǒng)設(shè)計(jì)導(dǎo)則要求。但該方案對(duì)于泵的流量需求較大?？煽紤]在進(jìn)水過(guò)程中加入絮凝劑和助凝劑，人工湖可按照周期為1d的進(jìn)水模式，可以達(dá)到湖區(qū)水體80%置換率的置換要求，泵的流量也可大幅降低至4.4m3/s。由于工程區(qū)域已建納潮閘，本項(xiàng)目從經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性角度考慮，結(jié)合實(shí)地地形，對(duì)納潮閘進(jìn)行改造，結(jié)合納潮閘現(xiàn)狀，采用一體化泵站方案。

3 一體化泵閘介紹

一體化泵閘將泵組直接布置在閘門(mén)上，閘門(mén)既是擋水結(jié)構(gòu)又是水泵支承的基礎(chǔ)，使得水閘和泵站合二為一，它占地小，安裝方便，迅速高效，投資經(jīng)濟(jì)又能實(shí)現(xiàn)防洪排澇、改善水體環(huán)境等多項(xiàng)目標(biāo)。

如圖1所示，傳統(tǒng)閘站通常將水閘和泵站分開(kāi)布置，即在河道的截面處設(shè)置水閘，在水閘一側(cè)或者兩側(cè)布置泵站，而一體化泵閘將水閘和泵站結(jié)合為一個(gè)整體裝置系統(tǒng)，構(gòu)成一扇裝有潛水泵的水閘，無(wú)需設(shè)置單獨(dú)的泵站。

本項(xiàng)目現(xiàn)已建納潮閘，水閘凈寬4m，水閘位于山腳處，與海堤連接，為滿足湖區(qū)供水需求，需設(shè)置泵站。為減少工程投資，充分利用現(xiàn)狀納潮閘，經(jīng)綜合考慮采用一體化泵閘方案。

圖1 傳統(tǒng)閘站和一體化閘站對(duì)比 Fig.1 Comparison between traditional gate station and integrated gate station

4 泵閘結(jié)構(gòu)形式確定

4.1 泵閘選型

本引水泵站位于沉沙池，為滿足湖區(qū)補(bǔ)水要求，泵站取水高程為-0.5m。由于泵站設(shè)計(jì)位置位于已建納潮閘內(nèi)側(cè)，受已建水閘流道限制，泵站的選型為本工程的要點(diǎn)和難點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)狀情況對(duì)泵站進(jìn)行比較分析，如表2所示。

表2 泵型比較 Tab.2 Comparison table of pump types

經(jīng)綜合比較，本次推薦采用潛水軸流泵。

考慮湖區(qū)補(bǔ)水周期以及遠(yuǎn)期運(yùn)行調(diào)度，機(jī)組的臺(tái)數(shù)不能太多，1臺(tái)泵可基本滿足運(yùn)行要求，故本工程選定1臺(tái)設(shè)計(jì)流量為4.5m3/s的潛水軸流泵，見(jiàn)表3。

4.2 閘門(mén)選型

確定泵型后，一體化泵站的閘門(mén)型式對(duì)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定及水流流態(tài)起著決定性作用，閘門(mén)型式比較如圖2～4所示。

表3 泵站裝機(jī)特性 Tab.3 Installed characteristics of pumping station

圖2 直升門(mén)：潛水泵臥式 Fig.2 Helicopter door：horizontal submersible pump

圖3 直升門(mén)：潛水泵立式 Fig.3 Helicopter door：vertical submersible pump

圖4 上翻門(mén)：潛水泵臥式 Fig.4 Upturning door：horizontal submersible pump

本工程一體化泵閘主要用于湖區(qū)補(bǔ)水及水位控制，內(nèi)湖側(cè)常水位較高，且現(xiàn)狀納潮閘水流流道狹窄，直面外海，金屬構(gòu)件容易遭受海水侵蝕。經(jīng)綜合考慮，采用直升門(mén)+立式潛水泵方案，經(jīng)FEA受力及CFD流態(tài)分析，能夠滿足本工程的運(yùn)行需求。

5 施工安裝要點(diǎn)

本工程泵閘底板底高程-4.2m，現(xiàn)狀納潮閘流道高程-1.5m，需開(kāi)挖2.7m，待開(kāi)挖施工完成后進(jìn)行機(jī)械設(shè)備安裝，安裝過(guò)程中需時(shí)刻關(guān)注潮水的影響，因此施工過(guò)程中的質(zhì)量控制對(duì)泵站今后運(yùn)行具有至關(guān)重要的作用。

①做好施工準(zhǔn)備，推進(jìn)各專(zhuān)業(yè)銜接。由于面對(duì)外海，需時(shí)刻注意海風(fēng)海浪對(duì)施工過(guò)程的影響。應(yīng)提前做好施工準(zhǔn)備工作，結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙和施工方案，從施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況出發(fā)進(jìn)行組織設(shè)計(jì)，明確施工工藝，合理設(shè)置工序流程，設(shè)計(jì)人員和技術(shù)人員應(yīng)深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行技術(shù)交底，將設(shè)備預(yù)埋件的進(jìn)場(chǎng)與土建施工順序合理銜接，避免因銜接不順影響預(yù)埋件安裝。

②重視閘門(mén)軸線度和同心度。泵組同心度和軸線度是影響安裝效果的重要因素，施工人員必須予以重視。本工程閘門(mén)總質(zhì)量約50t，在施工工程中應(yīng)采取有效的控制措施，結(jié)合設(shè)備安裝的具體進(jìn)度和各項(xiàng)指標(biāo)，對(duì)設(shè)備的協(xié)調(diào)性和兼容性進(jìn)行調(diào)整，保證設(shè)備能夠相互匹配，在同心度和軸線度上具備統(tǒng)一性。施工人員還應(yīng)從給排水泵軸孔出發(fā)，明確測(cè)量點(diǎn)，借助螺旋測(cè)量?jī)x器對(duì)機(jī)電設(shè)備做出調(diào)整，保證泵組同心度和軸線度相互匹配。

③做好螺母與螺栓連接。本工程項(xiàng)目機(jī)組處在外海惡劣環(huán)境中，在運(yùn)行中容易產(chǎn)生振動(dòng)，螺母螺栓連接對(duì)設(shè)備的固定顯得尤為關(guān)鍵。因此在施工過(guò)程中，必須保證設(shè)備連接和固定的牢固性和穩(wěn)定性，施工人員必須做好螺母和螺栓的連接工作。在安裝過(guò)程中應(yīng)提前對(duì)材料的硬度等性能進(jìn)行檢測(cè)，保證材料質(zhì)量，避免劣質(zhì)螺母、螺栓留下隱患；還應(yīng)對(duì)兩者的連接狀態(tài)進(jìn)行嚴(yán)格控制，避免連接過(guò)緊，兩者受力狀態(tài)緊張，進(jìn)而導(dǎo)致螺母螺栓使用壽命受到影響，又要避免連接過(guò)松，導(dǎo)致設(shè)備固定和連接不夠牢固，從而出現(xiàn)劇烈振動(dòng)和噪聲問(wèn)題。

6 日常運(yùn)行維護(hù)

作為泵站中的基礎(chǔ)設(shè)備，水泵能否安全穩(wěn)定的運(yùn)行與設(shè)備閥門(mén)、傳動(dòng)軸以及管道等存在緊密聯(lián)系，其中任何一項(xiàng)出現(xiàn)故障問(wèn)題都會(huì)直接影響到泵站的運(yùn)行效果。而在當(dāng)前水泵安全檢修過(guò)程中，如果其找平與基礎(chǔ)定位工作存在疏忽，極易導(dǎo)致水泵出現(xiàn)運(yùn)行故障。與此同時(shí)，若機(jī)組的傳動(dòng)軸產(chǎn)生完全，或者機(jī)組軸系出現(xiàn)差錯(cuò)，極易導(dǎo)致水泵機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)較大的運(yùn)行噪音，并產(chǎn)生明顯的振動(dòng)。此外，若電擊聯(lián)軸器與水泵聯(lián)軸器找正存在一定的偏差和差錯(cuò)，也會(huì)導(dǎo)致水泵的運(yùn)行受到嚴(yán)重的影響，并產(chǎn)生水泵振動(dòng)、軸承發(fā)熱等現(xiàn)象。

水泵在具體運(yùn)行期間存在的故障問(wèn)題，需要通過(guò)操作檢修來(lái)有效解決，并降低水泵出現(xiàn)故障問(wèn)題的幾率。可以從以下幾個(gè)方面入手：①在日常維護(hù)中，需要先對(duì)水泵進(jìn)行全面檢查，并正確掌握水泵操作的流程，檢查內(nèi)容包括水泵溫度計(jì)、壓力表的讀數(shù)、水泵各個(gè)零部件的連接情況、水泵閥門(mén)和開(kāi)關(guān)的實(shí)際狀態(tài)等；②檢查水泵操作工具是否齊全；③檢查水泵的變壓器運(yùn)行狀態(tài)；④定期檢查軸承，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，第一時(shí)間更換軸承或更換潤(rùn)滑油；⑤清理雜質(zhì)和污物，避免運(yùn)行造成堵塞；⑥細(xì)致記錄實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的故障問(wèn)題；⑦檢查水泵的溫度、水位、電流是否處于正常標(biāo)準(zhǔn)；⑧需定期進(jìn)行水泵的清潔與清洗。

7 實(shí)際使用效果

工程所在區(qū)域位于臨海景區(qū)，湖區(qū)的水質(zhì)對(duì)旅游觀光及沙灘景觀起著至關(guān)重要的作用，本泵站的實(shí)施，產(chǎn)生了以下效益：

①遵循生態(tài)發(fā)展理念，減少了政策處理用地，有效保護(hù)了林地；②合理控制湖區(qū)水位和水深，保證了沙灘的親水性；③通過(guò)泵站不間斷換水功能，使得湖區(qū)整體水體能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)月置換80%，有效提高了水質(zhì)，防止藻類(lèi)爆發(fā)，對(duì)地區(qū)的旅游經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮了重要的作用。

8 結(jié)語(yǔ)

①通過(guò)實(shí)際工程項(xiàng)目的應(yīng)用，可以得出一體化泵站在節(jié)約空間、減少征地、合理利用土地上存在較大優(yōu)勢(shì)，建議在工程中可適當(dāng)選用一體化泵站。

②一體化泵站在施工安裝中需做好施工準(zhǔn)備，推進(jìn)各專(zhuān)業(yè)銜接，重視閘門(mén)軸線度和同心度，嚴(yán)格落實(shí)螺母與螺栓連接等基本施工安裝要求。

③在日程運(yùn)行中，應(yīng)加強(qiáng)泵站的維護(hù)管理，根據(jù)運(yùn)行期間發(fā)生的具體故障問(wèn)題，通過(guò)正確開(kāi)展檢修有效解決問(wèn)題，降低水泵出現(xiàn)故障問(wèn)題的幾率。