柳州市城区防洪工程共分为河西片、河北片、白沙片、鸡喇片、河东片等5个独立保护区。到2005年底,可投入使用并发挥防洪效益的有9个堤段,25个排涝泵站,堤防长度18. 39 km。福利院泵站位于鸡喇保护区鸡喇堤段上游端,设计抽排标准为雨洪同期20年一遇大24 h内江暴雨洪水,设计控制汇水面积为0. 571 km 2。保护区内主要单位有柳州市冶炼股份有限公司(有色冶炼厂)、柳州市社会福利院、柳州市民政电镀厂、柳州市有色金属压延厂、柳州市九山铝合金型材厂、柳州市九头村等,保护区内除社会福利院外,大部分单位为工厂企业。流域内设计低洼地带原留作调蓄容积的1. 9万m 3,现已基本填平,大部分地表已成为不透水地、路面。福利院冲沟是上述工厂酸性污水排放的出口。
1城市防洪排涝泵站特点a)城市防洪排涝泵站一般设置于城市天然内河或市政排污管道出江口。
b)城市防洪排涝站一般设置于工厂的排污渠出口或设置于城市排水河涌出口与外江连接的江边繁华地段,需结合整治水环境,促进城市可持续发展。
c)在非汛期,泵站前池干涸无水;当汛期外江水位达到关闸水位时,内涌雨洪进入前池,抽排流量变幅频繁,外江水位亦有较大幅度变化;当外江水位落到低于内涌水位时,开启水闸闸门,自流排水,此时泵站停机运行。
d)城市防洪排涝泵站每年运行时间较短,每年汛期排涝运行时间只有几天或1个星期,每年汛期运行累计多不超过1个月。
e)城市防洪排涝泵站的施工期限要求比较严格,受洪水季节的影响,主体工程一般要求在1个枯水期内(即每年的10月初至次年的4月底)完成。
2设计中几个问题的探讨2. 1关于泵站机组装机容量匹配问题排涝泵站3个主要特征参数特征水位、特征扬程和排涝流量均按《泵站设计规范》( GB/ T50265 - 97) (以下简称《规范》) )规定的计算原则确定,其对选择机组型号、功率、台数等都有很大关系。单机功率的选择是根据水泵大扬程所计算的轴功率大小进行匹配的。机组单机设计排涝流量是根据泵站设计扬程在运转特性曲线上查出相应的流量。但从这几年城市防洪排涝泵站的运行经验看,大部分排涝站在内江发生内涝时,在匹配的功率和单机设计排涝流量运行下,对应的内江水位时有提高趋势,特别当发生内江排涝标准时,内江控制淹没水位更有不断升涨现象,至使上游居民和工矿企业受到不同程度的损失。缘由是在防洪堤的保护区内,原有凹坑或用来调蓄容积用的池塘被回填变为建设用地,贯穿市区的天然溪流冲沟(内河)亦已渠化变为管道流或渠管流,大大减少了内江率的河涌容积;城市人口增多,城市生活、生产污水亦不断增加。因此原来按《规范》规定计算的泵站设计排涝流量已不符合现状发展的需要。
城市防洪排涝泵站的设计排涝流量和其匹配的装机容量应预留有一定的安全裕度,以适应日后城市发展的要求。
否则刚建好的排涝泵站,运行不到3~5年,又把泵站机泵扩建工程提到议事日程上来。柳州市福利院泵站计算设计排涝流量为2. 4 m 3 / s ,机组选型时,考虑了设计调蓄容积1. 9万m 3将来被填平等因素,确定单机设计排涝流量为1. 15 m 3 / s ,装机3台,匹配的单机功率为110 kW ,机组总设计排涝流量为3. 45 m 3 / s ,是调洪计算成果2. 4 m 3 / s的1. 44倍。到2004年止,1. 9万m 3的调蓄容积已基本填平,经过2004年的“7
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洪水考验,验证了机组选型是正确的。
2. 2关于泵站进水前池尺寸确定问题《规范》7. 2. 7条规定:“进水池的水下容积可按共用该进水池的水泵30~50倍设计流量确定”。有些排涝泵站位于市区天然的冲沟内河出江口,其进水前池容积就是天然冲沟内河规划设置前池的容积,或作适当的扩宽与浚深。其进水前池尺寸大小不受地形、地貌、拆迁、投资等诸多因素制约。
福利院排涝泵站3台机组总设计排涝流量为3. 45 m 3 / s ,按50倍总设计排涝流量确定前池尺寸,单机运行150 s应要停机重新启动是不合理的。按照机电设备运行的有关规范和制造厂家要求,水泵和电气设备少有5 min的运行间隔,不能启动频繁,否则会损坏设备,增加维修率。城市防洪排涝泵站担负起除涝排渍的重任,在汛期运行期间,机组设备不能出现丝毫差错,城市防洪排涝泵站进水前池的有效容积应保证单台机运行5 min时间是比较合理的。福利院泵站按照此确定前池尺寸,运行结论是满意的。
2. 3关于泵站防腐蚀及雨污分流设计问题福利院泵站位于矿企业较为集中的市政管道出江口,未经处理的大量酸性液体散发出的酸性气体严重腐蚀水泵及电气设备。为此,设计采用了雨污分流方式进行总体布置,即该保护区内原有的市政排污管道自成系统,非汛期间直接排出外江,外江设一拍门,不排入排涝涵管;当汛期外江水位达到拍门关闭水位时,雨污合流通过连通管排入泵站前池,由水泵抽排出外江,避免了酸性气体直接腐蚀水泵、电气设备和防洪排涝闸。因为汛期排涝的雨水或雨污合流体仍有一定的腐蚀性,为此防洪排涝闸选择了具有防腐性较强的铸铁镶铜闸门。铸铁闸门虽然一次性投资大,但可减少今后每年的维护防护费用,其技术和在经济上是合理的。
2. 4关于泵站试机闸门和试机循环管设计问题福利院泵站排涝涵管在非汛期是排污管道,生活污水流量为0. 01 m3/ s.因为水泵和电气设备长时间无运转,可能会出现水泵轴承锈蚀涸结、电气保护继电器失灵等等现象,必须在汛期来临前,检查机电设备运转是否正常,进行试机运转,及早发现问题及时处理。
汛前,前池是干燥的,试机运转水泵机组不宜采用空载点动,而《规范》未明确规定设置试机设备。如何使前池达到水泵起抽水位进行试机运转,福利院泵站设计采用了试机闸门和试机循环管试机闸门与防洪闸共用,双向止水。试机前将试机闸门关闭,把内江雨污水人为地储蓄至水泵起抽水位。为充分利用内江人为蓄积的水量,在泵站出水池与前池之间设置试机循环管及电动蝶阀。即水泵试机运转抽排出的水大部分回流到前池,使前池维持起抽水位不变,顺利完成试机运转工作。达到检查排涝泵站系统的工作安全性,保证排涝泵部汛期运行万无一失。
2. 5关于泵站的消防设计问题城市防洪排涝泵站在非汛期是处于停机状态,电线电缆易老化。一旦泵站内发生火灾,难以及时发现扑救(尤其在夜间) ,并且大部分泵站周围都是居民住宅或工厂企业,因此在泵站内设计火灾自动报警装置十分必要。由于气体类自动灭火装置投资及运行维护费用相对较高,且排涝泵站装机容量不大,一般在30~8 000 kW范围,为中小型泵站,不宜采用气体类自动灭火装置。而且从设备选型方面可以提高设备的火灾预防能力,如室内变压器选用干式绝缘的变压器,高压同步电机改用高压异步电动机,尽量减少泵站内高用油量设备。目前35 kV及以下的配盘、柜设备基本上已采用无油或少油设备,不需要安装气体类自动灭火装置。
4结论
城市建设常常抢占水边洼地乃至堵塞天然沟渠,且城镇趋于城市化后,不透水地面不断增多,同等降雨的洪峰及洪量增大,加重内涝。笔者建议在城市规划时,好不占用或少占用市内的天然河沟,留有一定的调洪涌容,有条件时,还应利用原有的洼地湖塘,建设成园林湖公园,既可调蓄雨洪,又能美化城市环境。此外,应对排涝泵站装机布置稍为放宽,给今后的扩建增容留有余地。城市防洪排涝泵站与一般的灌溉排水泵站不同,必须留有足够的前池容量,并设置试机运转装置,考虑防腐才便安全稳定地度讯。