摘要：随着国民经济发展，城市防洪排涝泵站建设越来越重要，其治涝标准越来越高，本文对城市防洪排涝泵站设计的问题进行了深入地研究分析。
关键词：城市防洪排涝；泵站设计；泵型比选
1 城市防洪排涝泵站设计的特点
城市防洪排涝泵站设计主要包括以下几个特点：一是通常在市政排污管道亦或者城市天然内河的出江口设计泵站。二是防洪排涝站通常设计在城市河涌排水出口或者工厂排污管道出口处，因而需要与水环境的整治有效地结合起来，从而实现城市的可持续发展。三是在当内涌水位高于外江水位时，水闸闸门开启，且泵站机停止运行，并形成自流排水；而在汛期，当关闸水位与外江水位相等时，雨洪内涌进入前池，流量抽排频繁变幅，外江的水位也会出现较大的变幅；而在非汛期，前池无水干涸。四是防洪排涝泵站在一年内运行的时间都相对较短，因为排涝汛期一般只经历几天或者一个星期左右，且一年之内的累积运行时间最多也不会超过一个月。五是防洪排涝泵站有着十分严格的施工期限要求，且会受到季节洪水的要求。通常情况下要求的是主体工程需要在一个枯水期内完成，即每年的10月初至来年的4月底这段时期内。
2 城市防洪排涝泵站设计问题分析
2.1 组装机匹配容量设计
城市防洪排涝泵站主要有3个特征参数，即排涝流量、特征扬程以及特征水位等。这些特征参数均根据相关规范中的特定原则来进行确定，且对机组型号、台数以及功率等的选择均具有一定的影响。一般情况下，根据水泵扬程最大值计算得到轴功率来对单机功率进行匹配和选择。而单机机组排涝流量的设计主要是根据特征运转曲线上泵站扬程设计所对应的流量来确定的。在城市防洪排涝泵站设计的过程中，排涝流量的设计与其装机的匹配容量之间一定要预留安全裕度，从而便于城市日后发展的需求。例如某城市泵站防洪排涝流量计算设计为2.4m3/s，在对机组进行选型时，考虑了调蓄容积设计的1.9万m3会被填平，从而将单机排涝流量设计为1.15m3/s，装机3台，单机功率匹配为110kW，机组总排涝流量设计为 3.45m3/s。
2.2 进水前池尺寸设计
由于城市排涝泵站一般处于市区天然内河冲沟的出江口，因而在设计进水前池的尺寸时，主要是按照天然内河冲沟设计规划的容积来进行确定，或者可以适当地浚深与拓宽。由于该城市防洪排涝泵站机组总排涝流量设计为3.45m3/s，根据总排涝流量设计的50倍来确定进水前池的设计尺寸。根据机电设备制造厂家以及运行的相关规范的要求，电气设备与水泵之间运行的间隔时间最少为5min，且不能频繁启动，否则就会造成设备损坏，从而提升维修的次数。在汛期发生期间，城市防洪排涝泵站的主要作用就是排渍除涝，因此在设计和确定进水前池尺寸时，其有效容积必须确保单台机组运行的时间为5min。
2.3 排涝泵站水位设计
排涝泵站的水位设计最高主要为管渠水位，而最高水位的选取应比管渠内顶部低0.2～0.3为宜。由于泵站内每台泵机需要3min～5min才能一次启动，因此当管渠内部的水位上升至来水量设计水位前的3min～5min时，就需要将第一台水泵进行启动运行，然后依次启动其他的水泵。当水位上升至特定的水位时，排涝泵站的所有水泵均已运行，这时汇水区域的排水体系也在同步运行，从而使得整个排水系统和设施都能保持最佳的运行状态。
2.4 水泵扬程设计
选择水泵最基本的一个参数就是水泵扬程，它直接决定了水泵选择的机组转速、型号、运行效率以及功率等。水泵扬程的设计主要包括3个指标，即设计扬程、最低扬程以及最高扬程等。其中设计扬程指的是内江与外江水位设计的之间的差值计入水力损失之后，即可得到设计扬程。而最高扬程则指的是内江运行最低水位与外江运行最高水位之间的差值计入水力损失之后，即可得到最高扬程。最低扬程则指的是在洪淹区对排涝泵站进行设计时，为了节约抽水成本，提高排泄的能力，增加排洪效益，就需要设置排涝闸门，当外江洪水水位比内江的洪水水位低时，就能够达到自行排泄的目的，因而最低扬程则出现在闸门关闭之后。
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2.5 排涝流量设计
在排涝泵站设计的过程中，水泵选型的主要参数以及基本依据就是排涝流量的设计，且它对于机组选择的型号、台数以及功率等均具有一定的影响。泵站排涝流量的设计以及其过程线，可以按照对应的排涝方式、调洪容积、排涝标准以及排涝面积来进行确定。一般情况下，城市防洪排涝的标准比外江防洪排涝的标准相对较低。因此在设计排涝流量的过程中，需要对相关的影响因素进行适当地分析和调节，同时对泵站设计的区域以及往年排涝防洪的情况来合理地设计排涝流量。
3 排涝泵站水泵型式选择分析
3.1 水泵型式的选择应在可能的范围内进行多方案比较使泵站效率高并满足下列要求：
(1)应满足泵站设计流量、设计扬程以及不同时期的排水要求；在平均扬程时，水泵应在高效率区运行，在最高和最低扬程时，水泵应能安全、稳定运行。水泵不发生气蚀，电动机不超载，泵组不会发生振动。
(2)应优先选用国家推荐的系列产品和经过鉴定的产品；具有多种泵型可供选择时，应综合分析水力性能、机组造价、工程投资和运行检修等因素择优确定。
(3)水泵及电机结构应简单、可靠，机电设备的安装调试、运行管理和检修维护方便，泵站的运行费用和综合造价较低。
(4)泵房的水工结构应简单、美观，尽可能小以满足工程布局的要求。不影响城市景观的规划布局，河面通透，不遮挡景观视线。
(5)泵站的建设主要服务于城市的排涝，年运行时间不长，泵型的选择必须安全可靠。
3.2 根据两种泵型的特点，从技术、经济和景观要求方面比选分析如下：
(1)技术性能方面
(2)经济性
泵站投资主要包括工程建设中的投资(土建投资和设备投资)以及工程建成后每年的运行费用。采用立式潜水轴流泵，不需要泵房上部结构，建成开敞式泵房结构，只需一台汽车吊(泵站群间可共用，统一调配)即可完成水泵的安装和拆卸，水工结构简单，节省土建投资。同时，采用立式潜水轴流泵，不仅水泵设备的价格便宜，而且相应的辅助设备及闸门工程量少(不为检修水泵设备设置闸门)，因此，在水泵台数相同的条件下，设备和土建工程量投资均少并且具有一定的景观优势。以装泵台数最多的甲泵站为例，对不同的泵型进行经济比较。同规模泵站的直接投资，安装立式潜水轴流泵站的投资约为安装卧式潜水贯流泵泵站投资的54%，上表投资分析中还没有包括辅助设备的年运行和维修费用。
(3)景观要求
本排涝泵站位于城区江滨绿化区内，如何保护自然景色，保持天然的地形地貌，遵循城市总体的规划设计框架，达到建一座工程，造一方人与自然和谐相处景点的目标，成为排涝泵站设计的研究课题之一。立式潜水轴流泵泵房方案地面无建筑物，占地面积小，因而最适合城区景观设计的要求和空间。
因此，从经济性和景观要求考虑，三座泵站若采用立式轴流泵就是充分利用其优点，如：不设置泵房的上部结构，减少水工结构投资，并使得为城镇景观设计留有充分余地和空间，以弥补其水力效率稍低的缺点。
结语
综上所述，通过城市防洪排涝泵站设计问题的分析，阐述了城市防洪排涝泵站设计的主要特点，并对泵站设计中的装机容量匹配、进水前池的尺寸、排涝泵站水位、水泵的扬程以及排涝流量设计等内容作了详细地阐述，从而为排涝泵站的设计提出了一些可行的参考意见。
参考文献
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[3]张新，李静.广州市花都区城区防洪排涝规划综述[J].广东水利水电，2013（3）：32-33+40.
论文作者:廖祥君 陈志运
论文发表刊物:《基层建设》2017年第35期
论文发表时间:2018/3/15
标签：泵站论文; 扬程论文; 水泵论文; 城市防洪论文; 水位论文; 流量论文; 机组论文; 《基层建设》2017年第35期论文;