阜阳市机电排灌管理站 安徽 阜阳 236000
摘要：阜阳市和平沟流域防圈堤建成后，高水区涝水不能再经高水河由三十里河站抽排入泉河，无法自排将导致城市内涝。针对这一问题，论文结合阜阳市和平沟流域的地形地貌特点，阜阳市和平沟泵站排水方案研究，首先采用目估适线法进行频率分析，推求设计洪水；进而采用排涝模数和水量平衡法计算泵站抽排流量，在对比分析的基础上确定排水方案，并结合流域水文特点确定泵站取水流量；最后以此为基础，编制和平沟泵站排水规模方案，最终确定排涝泵站（排涝水入泉河）排水流量为34.0m3/s，从泉河提水入和平沟补水流量为10.0m3/s。
关键词：和平沟；抽排流量；取水流量；泵站
1.问题提出
阜阳市和平沟阜临路以北，青年沟以西的区域，涉及颍州区的九龙镇、马寨乡、西湖镇、西湖风景区、程集镇等5个乡镇（如图1所示），区域内人口约7.0万人，耕地约7.5万亩，2017年国民生产总值约为6.0亿元。而阜阳市城防圈堤建设及颍州西湖风景区开发建设改变了高水区的排涝布局，原经高水河由三十里河泵站排入泉河，现改从和平沟入泉，而和平沟流域内地面高程较低，面积较大，遭遇强降雨，且下游承泄河道可能出现水位顶托的情况时，存在较大的内涝风险。因此，需要新建和平沟泵站以恢复区内的排涝体系，确保区内人民群众的生命财产安全。
根据阜阳闸上实测水位，推算至泉河三十里河上游的和平沟口处的水位，46年中和平沟口处泉河水位高于30.0m的年份有26年（约2年一遇），高于31.0m的年份有12年（约4年一遇），高于32.0m的年份有5年（约9年一遇），而流域大部分区域都在29.5~32.5m之间。可见，流域内降雨产生的涝水50%以上的年份需泵站进行抽排，若不新建泵站抽排涝水入泉河，涝水将在流域内产生很大的洪涝灾害。针对和平沟流域面临的防洪实际，参考现有的研究成果[1~3]，本文将从水文分析、泵站抽排流量和泵站取水流量等方面开展阜阳市和平沟泵站排水方案研究，以合理的设置和平沟泵站。
2.水文分析
2.1设计暴雨推求
流域洪水主要由暴雨形成，由于暴雨的季节性，使洪水亦具有明显的季节性，6月~9月降雨量占全年平均降雨量的60%以上，大暴雨一般出现在6～8月份。本流域的地形的特点是西高东低，沿泉河洼地地势最低，汇流快，洪水量级大。干支流洪水经常遭遇，区间来水多，洪峰叠加，易形成峰高量大的暴雨洪水。目前因河道淤积、河槽下泄能力下降，洪水积滞难下，洪水过程呈矮胖型，其持续时间较长。
统计阜阳市气象站1954～2014年共57年的年最大1d、3d降雨实测资料，采用P-Ⅲ型频率曲线进行适线，最后计算得到阜阳站计参数及设计暴雨成果表（称本次计算）。为了比较，还根据《安徽省长短历时年最大点雨量频率计算、适线、查图成果表》（1995年版）查算阜阳站处最大3日点雨量，设计点暴雨成果（称95版安徽等值线图）。两种方法计算的结果误差在±5%范围内，且实测暴雨较等值线图系列延长约20年，其间产生过1997、2003、2007等几次较大暴雨，实测暴雨计算值略大符合实际情况，因此，本次暴雨成果采用实测暴雨统计计算成果。
2.2泵站抽排流量计算
由于缺乏实测流量资料，也没有相近流域的实测流量资料或小流域单位过程线，本次研究采用排涝模数[4]和水量平衡法（推理公式概化三角形洪水过程线，双曲辅助线法调蓄分析抽排流量）[5,6]两种方法计算泵站抽排流量。
（1）排涝模数法
按安徽省淮北除涝水文计算办法，和平沟流域降雨径流关系采用1号降雨径流曲线，和平沟位于安徽省阜阳市颍州区，流域计算采用安徽省的A区，总控制流域面积75.5km2。
排涝模数原则上可按三天暴雨产生的净雨扣除河槽滞蓄（V）后，在两天内平均排出，按下式计算：
（1）
RPT为历时为T的设计净雨量（mm），V为调蓄库容（mm），抽排以泵站预降水位与允许最高涝水位之间的库容计算，可调蓄水深1.5m（29.5~31.0m），调蓄库容251.3万m3，折算至面上约为30.2mm，T为排涝天数（d），考虑按3天暴雨在后两天平均排出，t为水泵日开机小时数（h），取他t=24h/d。
允许最高涝水位按下述考虑：区域内最不利水位应按低于区域内90%地面高程0.3m以上为原则，并以此水位推算泵站前池内涝水位31.0m。以此查算和平沟流域水位库容曲线，得此时库容为495.0万m3（含主干和平沟、草河、阜临河及沿线坑塘蓄水量）。
（2）水量平衡法
根据泵站控制运用原则、洪水过程曲线、抽排能力曲线、水位库容曲线和水库水量平衡基本方程，对各频率设计洪水进行调洪演算。
抽排能力曲线需根据来水过程对抽排流量进行假定，经多次试算排水流量Q，以控制水位低于最高涝水位31.0m。
前池启排水位及最高水位的分析确定：新建和平沟站启排水位受泉河排涝水位及阜阳闸影响，汛期阜阳闸上蓄水位为27.5~28.5m，和平沟口处泉河5年一遇除涝水位约为30.4m，本次设计初步拟定泵站启排水位为29.2m，通过试算抽排流量后最终确定；最高水位以低于流域地面约0.3~0.5m，经查看1/1万地形图，确定最高控制水位为31.0m。
通过利用洪水过程曲线、抽排能力曲线和水位库容曲线，按双辅助线法进行多次试算，最终确定5年一遇洪水时泵站的规模。
（3）泵站抽排流量
上述两种计算方法中，排涝模数法将起调水位定在设计除涝水位29.5m，而水量平衡法经过试算起调水位定在29.2m，计算的泵站抽排流量均为34m3/s。其原因是排涝模数法是3天暴雨在后两天平均排出，无法反应具体某个时段的水位，可能中间会出现个别时段水位高于设计最高涝水位；水量平衡法是依靠洪水过程线经调洪演算分析最终确定，能满足任何一个时间点的水位均低于最高涝水位。总体来说两者分析的结论均十分接近，综合考虑，本次采用水量平衡法分析成果。
2.3泵站取水流量计算
三十里河站灌溉流量为13.92m3/s，高水河被西湖扩挖占用，无法通过三十里河站为高水河流域提供灌溉用水，只能依靠和平沟泵站提水灌溉。和平沟流域面积75.5km2，耕地面积约为7.5万亩，按淮北地区1万亩1个流量估算，向流域内农田灌溉用水需7.5m3/s；另外需向城南新区及西湖引水约2.5m3/s（市城南新区提供数据），合计本期设计泵站的取水流量约为10m3/s。由于城市规模的扩大，相应引水流量可由三十里河泵站重建及其它沿泉泵站重建就近解决。
3.和平沟泵站排水规模方案
3.1设计抽排标准
通过前面的水文分析计算，和平沟流域为规划城区以外的农村地区，排涝标准应为5~10年一遇，中小河流小润河治理和平沟的设计自排标准为10年一遇，目的在于增大河道开挖断面以增加向泉河的抢排机会。为减少投资，同时考虑可依靠低水区滞蓄部分洪水，本次设计和平沟泵站的排涝标准为5年一遇。
3.2排水规模方案确定
根据和平沟流域的位置，规划新建的和平沟站应具备排涝和功能提水。即受外水顶托时，将高水区涝水抽排入泉河；从泉河提水入和平沟向阜阳城区输水。
（1）排涝工况设计参数
由于和平沟流域地势较低，当遇洪水时期泉河水位高，内水无法自排。故拟建和平沟站需考虑排涝功能。
①设计排涝流量的确定：根据前面分析结果，新建和平沟站抽排标准为5年一遇，抽排流量为34m3/s。
②进水池特征水位（堤内）确定：根据规范并进行调节计算，结合相应的地形数据，得到最高水位、设计运行水位、最高运行水位和最低运行水位，见表2所示。
③出水池特征水位（泉河侧）确定：依照防洪标准，与泵站位置处的泉河堤防标准一致，为100年一遇，因此防洪水位为34.5m，见表2所示；根据规范，当承泄区水位变化幅度较大时，最高运行水位可取承泄区10a~20a一遇洪水的排水时期平均水位，当承泄区水位变化幅度较小时，可取设计洪水位，综合考虑，本次设计最高运行水位取泉河20年一遇洪水位，为33.72m。
（2）补水时期设计参数
①补水设计流量的确定：为满足流域及阜阳城区输水，取10m3/s。
②进水池特征水位（泉河侧）：阜阳闸上非汛期正常蓄水位为28.0~29.0m，故拟定进水池设计运行水位取28.0m；阜阳闸最低蓄水位为25.5m，考虑河道通航水位及生态水位，本次设计泵站最低水位取26.0m。
③出水池特征水位（堤内侧）确定：出水池设计运行水位为满足最远端用水位推算至出水池的水位，计算值为30.0m；为使水能输送的距离最远，本次设计最高运行水位需不对流域产生涝渍，因此最高运行水位应低于区内最高控制涝水位为30.5m。
4.结论
阳市和平沟流域高水区涝水不能再经高水河由三十里河站抽排入泉河，形成城市内涝，无法自排，论文看展了阜阳市和平沟泵站排水方案研究，结论如下：
（1）采用目估适线法频率分析推求得到的设计洪水成果，合理可靠；
（2）排涝泵站（排涝水入泉河）排水流量为34.0m3/s，和平沟补水流量为10.0m3/s，能够满足当地防洪标准；
（3）建议和平沟泵站发挥效益前，保持原排涝体系畅通，防止涝水串流产生灾害。
参考文献
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论文作者:侯玉祥
论文发表刊物:《防护工程》2019年10期
论文发表时间:2019/8/14
标签：水位论文; 泵站论文; 和平论文; 流域论文; 阜阳市论文; 流量论文; 洪水论文; 《防护工程》2019年10期论文;