上海勘测设计研究院有限公司 上海市逸仙路388号 200434
摘要：综合水利枢纽建筑物的布置往往涉及多方面因素的限制，总体布置需结合水利枢纽的各种功能因素以及周边建设条件来考虑，本文介绍了吴淞江工程（上海段）中新川沙泵闸枢纽的总体布置，以及泵站建筑物设计方案比选。
关键词：水利枢纽；工程布置；泵站；造价
1工程概况
吴淞江工程（上海段）是国务院批复的《太湖流域防洪规划》等多项重大规划确定的综合治理骨干工程之一，工程在流域防洪工程布局中占有重要地位，在增加太湖洪水外排出路的同时，结合阳澄淀泖区、浦西区的区域除涝，提高区域除涝能力，兼顾水环境改善和航运，实现综合利用。新川沙泵闸枢纽是吴淞江工程（上海段）重要的排江口门建筑物，也是上海市水利控制片嘉宝北片的重要沿江控制建筑物，主要功能包括：
（1）挡潮：当长江出现高潮位时，发挥挡潮作用，保障区域不受潮水侵袭。
（2）泄洪：在流域洪水下泄期间，发挥泄洪功能，保障流域防洪通畅。
（3）排涝：新川沙泵闸枢纽是嘉宝北片的重要控制闸，在预报有暴雨及区域暴雨期间，通过新川沙泵闸实现区域水位的有效预降及涝水排江，保障区域排涝安全。
（4）水资源调度、改善区域水环境：按照嘉宝北片区域水位控制要求和水资源调度原则，通过新川沙泵闸枢纽调引长江优质水，保证区域适宜水位，改善区域水环境。
图1 工程位置示意图
拟建新川沙泵闸枢纽位于宝山罗泾镇海星村新川沙河入长江口门处，河道左岸为陈行水库东堤，右岸为规划预留船闸用地及港区（现状为罗泾镇生态公益林管护示范区），河道入江口外侧为罗泾港码头，具体见图1。
2工程选址及总平面布置
2.1工程选址
现有新川沙入江段河面较为宽阔，从工程投资及相关用地规划批复方面考虑，基本确定枢纽顺河布置，至入江口距离略有调整空间。若枢纽布置太靠近入江口，则主体结构直接受外江风浪的冲击较大。施工时，需在外江滩涂建造U型临时挡水围堰，围堰工程量较大，施工难度较高，于工程投资不利。同时枢纽过水水流对罗泾港码头停泊作业的船只可能造成影响。若将枢纽布置得离入江口太远，虽然外江风浪对枢纽的主体结构影响较小，但枢纽前引河较长，出水水流条件较差，容易使枢纽下游产生淤积，大大增加枢纽建成后清淤运行成本。
考虑规划用地、进出水流条件、地形地质条件、对外交通、闸下淤积、工程排水对陈行水库及罗泾港码头的影响，以及规划预留船闸用地及港区等因素，建议将枢纽布置在距新川沙河河口200m位置。将外江挡水围堰布置在新川沙河入江段内，降低工程投资。
2.2工程总平面布置
拟建新川沙泵闸枢纽由一座闸孔总净宽60m的节制闸和排涝（正向）150m3/s、引水（反向）90m3/s的泵站组成。主要功能为挡潮、行洪、排涝，兼顾水资源调度、改善区域水生态环境等。
泵闸枢纽的布置方案一般有泵闸分建和泵闸合建两种。泵闸分建一般适用于两支入河、用地较为宽松的区域，优点是泵闸互不干扰，缺点是占地空间大。本工程一侧为陈行水库东堤，另一侧为规划预留港区，用地较为紧张，同时前期规划已基本明确了本工程的用地范围，所以排除泵闸分建方案。
泵闸合建可分以下三种：
方案一：节制闸居中、泵站分列两侧，则两岸均需设置安装间等辅助生产用房；
方案二：泵站居中、节制闸分列两侧，仅在一侧设置安装间等辅助生产用房；
方案三：节制闸和泵站均集中布置，分列于河道两侧，仅需在一侧设置安装间等辅助生产用房。
由于枢纽左岸为陈行水库东堤，如考虑布置泵站安装间等辅助生产用房，其结构施工会对大堤造成影响，同时在后期运行过程中，难以避免有人员进出，对陈行水库运行可能造成干扰，所以泵站安装间等辅助生产用房应考虑布置在枢纽右岸，故首先排除方案一。方案二节制闸分开布置，会增加运行、维护、管理难度。另外，上游河道中心线偏左侧，因此，工程总体布置方案推荐采用方案三，节制闸布置在左侧，泵站布置在右侧，安装间等辅助生产用房布置在枢纽右岸。
3建筑物布置及设计方案比选
本工程泵站设计流量为排涝150m3/s，引水90m3/s，双向运行。结合国内已建大型泵站设计经验，采用单泵流量在25~30m3/s较为适宜，可供选择的泵型主要有竖井贯流泵和立式轴流泵。
竖井贯流泵适应于低扬程泵站的水泵，其流道平顺，型线简单，水流仅沿水泵和电机的轴线方向流动，无任何转弯曲折，水泵装置水力效率较高，贯流泵具有较大的过流能力。竖井贯流泵采用“S”型叶片，通过改变电动机的相序，改变叶轮的转动方向，实现泵站双向运行要求。近年来，随着国内潜水电机制造和安装水平的提高，泵机具有两重以上组合密封和防泄漏、超温、过电流等多种自动保护装置，运行过程中可以采用全自动的实时监控。因此，贯流泵采用潜水电机方式的泵组，已在上海周边地区得到较广泛的使用。
立式轴流泵制造、安装、运行经验成熟，其电机安装高程较高，分电机层、水泵层等，通风、维修条件好。立式轴流泵可通过配“X”型流道，流道有上下两层，下层为进水流道，上层为出水流道，通过流道进出口闸门的开启和关闭，切换进出水方向，实现泵站双向运行的要求。
本文对6台竖井贯流泵方案和5台立式轴流泵方案进行综合技术经济比选，以确定最优泵站建设方案。
（1）方案一 6台竖井贯流泵方案
竖井贯流泵方案单台设计流量25m3/s，流道中心高程-4.46m，流道底板高程-6.56m，泵房顺水流方向总宽度47.0m，垂直水流向宽度55.42m，轨道高程14.74m。泵站剖面布置图见图2。
具体对比见表1。
表1 泵站方案比选分析表
泵房平面尺寸方面，方案二略有优势，但高度方面，方案一流道底板高程为-6.56m，方案二为-8.46m，相差1.9m，方案二施工基坑支护投资和难度增加较多。
从景观效果而言，方案一轨道高程为14.74m，方案二轨道高程为17.74m，相差3.0m，方案二景观效果较方案一差。
从泵站运行管理经验而言，上海地区暂无使用双向立式轴流泵的先例。
从泵房投资而言，两方案差别较小。
因此推荐方案一，采用6台竖井贯流泵方案。
4 结语
枢纽闸址的选择和总体布置均需从现场条件、实现功能、投资等多方面综合考虑，对于具体工程来说每个工程的控制因素是不一样的。新川沙泵闸枢纽紧邻上海市四大水源地——陈行水库，须严控新建工程对水库堤岸影响；同时随着社会经济发展进步，对水工建筑物景观要求越来越高，因此在枢纽布置及建筑物型式选择时，需要结合周边环境，在满足枢纽功能要求的前提下，兼顾人文景观要求，进行充分的方案比选，在造价合理的情况下选择最优方案。
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[6] GB/T50805-2012，城市防洪工程设计规范[S]. 北京：中国计划出版社
论文作者:李明治
论文发表刊物:《防护工程》2018年第22期
论文发表时间:2018/11/22
标签：枢纽论文; 泵站论文; 方案论文; 工程论文; 竖井论文; 江口论文; 区域论文; 《防护工程》2018年第22期论文;