靖丹楓，胡 邦，耿 震，蔣嵐嵐

（無錫市政設(shè)計研究院有限公司，江蘇 無錫 214072）

0 引言

2014年南京市對暴雨強度公式進行了修訂，排澇標準有所提高，城區(qū)內(nèi)原有的雨水泵站無法滿足現(xiàn)行排澇標準下的防洪要求。而雨水泵站前端內(nèi)河設(shè)置下凹式綠地等海綿城市措施可以提高地塊的調(diào)蓄能力，對排澇模數(shù)的削減有著很好的效果[1]。在新的暴雨強度公式和充分考慮海綿城市地塊的調(diào)蓄作用的情況下需重新對城區(qū)內(nèi)的雨水泵站進行校核。本文選取南京市秦淮區(qū)二埠泵站改建工程為例，詳細探討兩種情況共同作用之下雨水泵站的改擴建設(shè)計，以期對類似工程設(shè)計起到借鑒作用。

1 工程概況及問題分析

二埠泵站位于運糧河北岸，安江河南端，泵站原設(shè)計規(guī)模8m3/s，匯水范圍為京滬線、運糧河、銀龍路及星海路圍合的區(qū)域，服務(wù)面積約204.2 hm2。

二埠泵站是按照舊的南京市暴雨強度公式設(shè)計的規(guī)模，泵池內(nèi)共設(shè)有4臺排水潛水軸流泵。型號為900ZQB-70（葉片安裝角度為0°），流量范圍為1 808~2 290 L/s，揚程范圍為6.41~3.00 m，設(shè)備安裝功率為160 kW。

二埠泵站的服務(wù)范圍較大，隨著城中建設(shè)的發(fā)展，地面硬質(zhì)化強度較高，地表徑流系數(shù)增大,使洪峰模數(shù)增加[2]，汛期一到，河道水位高漲，二埠泵站作為該區(qū)域的唯一機械排澇設(shè)施，若排水能力不足，不能充分發(fā)揮泵站排澇作用，易造成范圍內(nèi)嚴重內(nèi)澇，因此該次改擴建工程基于新的暴雨強度公式和徑流系數(shù)進行規(guī)模計算。而在排澇河流兩側(cè)設(shè)置下凹式綠地等海綿城市措施，可以增加內(nèi)河水面率，增加其調(diào)蓄能力，從而降低其排澇模式[3]，從而降低雨水泵站的改擴建規(guī)模，使其既能滿足城市排澇的要求，又能充分發(fā)揮海綿作用，實現(xiàn)經(jīng)濟效益和生態(tài)效益的統(tǒng)一。

2 工程規(guī)模核算

2.1 暴雨強度計算

采用最新的南京市最新發(fā)布的暴雨強度公式計算：

式中：P為重現(xiàn)期，a；t為降雨歷時，min，t=t1+t2；t1為地面集水時間，min；t2為管渠內(nèi)雨水流行時間，min。

式中：Q為設(shè)計流量，L/s；ψ為綜合徑流系數(shù)；F為匯水面積，hm2。根據(jù)現(xiàn)狀資料，二埠泵站屬于河道-泵站機排方式，匯水面積為204.2 hm2，排澇設(shè)計重現(xiàn)期取20 a，綜合徑流系數(shù)為0.67，降雨歷時60 min，計算排水流量為16.00 m3/s?，F(xiàn)狀軸流泵、集水池、出水渠道等均按照8.00 m3/s進行設(shè)計，若改造為16.00 m3/s，將要對泵站的土建和設(shè)備均進行改建，成本較高，本方案將安江河周邊設(shè)置下凹式綠地，增加了其蓄水量，使得排澇模數(shù)降低，降低其擴建規(guī)模。

2.2 城區(qū)排澇模數(shù)核算

二埠泵站前有安江河，按規(guī)劃在安江河周邊藍線與綠線范圍內(nèi)設(shè)置下凹式綠地等海綿城市設(shè)施，可以大大增加地塊的調(diào)蓄量，屬于河道-泵站機排方式的泵站，安江河平均調(diào)蓄水水面面積為0.032 km2，調(diào)蓄量為800 mm，安江河周邊下凹式綠地面積為0.18 km2，如圖1所示，調(diào)蓄量為250 mm，排澇模數(shù)按下式計算：

圖1 下凹式綠地示意圖

式中：M為排澇模數(shù)，m3/km2·s；Ψ為徑流系數(shù)；X為設(shè)計雨量，mm；a為調(diào)蓄水位平均水面面積，km2；A為片區(qū)面積，km2；H為調(diào)蓄量，mm；T為設(shè)計排澇歷時，min。

排澇歷時60 min，得M=4.15 m3/km2·s，二埠泵站匯水面積2.204 km2，計算得出二埠泵站排水量為9.34 m3/s。

原二埠泵站的設(shè)計規(guī)模為8 m3/s，不能滿足需求，需要增加2 m3/s的排水規(guī)模，則改建后二埠泵站總排水能力達到10 m3/s。

3 工藝設(shè)計

改建工程更換其中2臺潛水軸流泵，流量由2 m3/s提高到3 m3/s，揚程為5.5 m，另外兩臺參數(shù)保持不變。

主要設(shè)備參數(shù)：

（1）潛水軸流泵1：2臺；

性能參數(shù)：

流量：Q=2 700~3 180 L/s；

揚程：H=7.25~4.50 m；

功率：N=250 kW；

安裝角度：0°，更換。

（2）潛水軸流泵2：2臺；

性能參數(shù)：

流量：Q=1 808~2 292 L/s；

揚程：H=6.41~3.33 m；

功率：N=160 kW；

安裝角度：2°，現(xiàn)狀。

4 泵站能力核算

由于排澇標準的提高以及原二埠泵站排水能力相對不足，使得汛期時二埠泵站不能滿足排澇要求，因此需要對其中2臺水泵進行更換，提高泵的流量及揚程。改造后對泵站的能力進行核算，詳如如下。

4.1 集水池核算

二埠泵站集水池長度為14.9 m，寬度為21 m，有效水深為1.5 m，有效容積為470 m3。改建工程后的軸流泵單臺最大排水能力為3 m3/s，按照《室外排水設(shè)計規(guī)范》（GB 50014—2006）（2016年版）要求，“雨水泵站集水池的容積，不應(yīng)小于最大一臺水泵30 s的出水量”，則該工程最大水泵30 s的排水量為60.0 m3，因此，集水池容積滿足泵站運行要求。

4.2 泵站進水渠道

二埠泵站格柵寬度為4.0 m，數(shù)量為4臺，柵前水深為2.5 m，過柵流速按0.8 m/s計，過柵流量折減系數(shù)按0.8考慮，格柵的過流能力為25.6 m3/s，完全可以滿足泵站的運行要求。

4.3 泵站出水渠道

二埠泵站改建后四臺泵的總流量為10 m3/s，出水箱涵尺寸為3.00 m×1.60 m，流速為2.08 m/s，可以滿足出水流速要求。

4.4 換泵后揚程計算

軸流泵揚程主要包括以下四個方面：

（1）靜水頭

安江河內(nèi)最低水位6.00 m，二埠泵站集水池最低水位為5.80 m，運糧河平均歷史最高水位為8.93 m，則靜水頭為3.13 m。

在城市軌道交通給市民帶來便利的同時，由列車運行產(chǎn)生的雜散電流也對軌道交通自身和周圍的設(shè)施設(shè)備等產(chǎn)生了較大影響。例如：北京地鐵某線因雜散電流造成車站主體結(jié)構(gòu)鋼筋嚴重腐蝕；深圳地鐵、香港地鐵曾發(fā)生因雜散電流引起煤氣管道穿孔而最終導致煤氣泄漏的事故；天津地鐵某線也曾發(fā)生因雜散電流造成水管穿孔的事件[1]。

（2）泵站內(nèi)水損

泵站出水管為DN1400，流速為1.95 m/s，1 000i為2.62，出水管長度為10 m，則沿程損失為0.03 m；局部水損包括蝶閥、進出水口、漸擴管、放氣閥、及三通，經(jīng)核算局部水頭損失為0.83 m。

泵站內(nèi)水損為0.86 m。

（3）出水箱涵水損

箱涵尺寸為3.00 m×1.60 m，流速為2.08 m/s，1 000i為2.4，出水箱涵總長度為93.10 m，則沿程損失為0.22 m；局部損失包括進出水口、彎管、放氣閥及出水閘門，經(jīng)核算局部水頭損失為0.77 m。

（4）自由水頭按0.5 m。

則總的揚程為5.50 m。

4.5 100 a一遇水位校核

運糧河100 a一遇洪水位為11.53 m，此時安江河的最高水位為7.50 m，靜水頭為4.73 m，需要揚程為6.40 m，此時潛水軸流泵1的流量為2 850 L/s，如圖2所示，潛水軸流泵2的流量為1 850 L/s，如圖3所示，均為泵的效率曲線范圍內(nèi)。此時，四臺泵流量為9.40 m3/s＞9.34 m3/s，因此泵站可以滿足排澇要求。

圖2 潛水軸流泵1性能曲線圖

圖3 潛水軸流泵2性能曲線圖

5 結(jié) 論

結(jié)合二埠泵站改擴建工程，就新的暴雨強度公式及海綿城市作用下雨水泵站的工藝設(shè)計進行探討，得出以下結(jié)論：

（1）新的暴雨強度公式下，雨水泵站服務(wù)地塊范圍內(nèi)的排水量將大幅度增加，因此需要對雨水泵站進行擴容。

（2）內(nèi)河周邊設(shè)置下凹式綠地等海綿城市措施可以極大提高地塊調(diào)蓄水量，降低排澇模數(shù)，使得改建雨水泵站的規(guī)模既可以滿足城市排澇要求，又能充分發(fā)揮海綿城市作用，降低改擴建規(guī)模。