堤防提升工程中的排灌站改造设计_张述林.pdf

112 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）堤防提升工程中的排灌站改造设计张述林（大连市普兰店区自来水公司，辽宁 大连 116300）摘 要：在堤防提升工程建设中，许多穿堤建筑物或是因为堤防防洪标准的提高而加固，或是因质量或耐久性不满足要求而拆除重建，文章以辽河干流堤防提升工程中新生南排灌站为例，阐述堤防提升工程中排灌站改造设计的原则和技术要点。关键字：堤防提升；排灌站；泵站；压力箱中图分类号：TV87文献标识码：B1 绪 言国内很多堤防的防灾能力低，维护成本高，防汛压力大。现状的防洪能力已经与国民经济增长和社会发展水平不相适应，堤防的防洪能力提升任务已十分紧要。影响堤防防洪能力有两大因素：堤防自身结构不满足要求，需要加高培厚；穿堤建筑物质量或耐久性不满足要求，需要加固或拆除重建。因此，在堤防提升工程建设中，对现有穿堤建筑物改造是不可避免的1。文章以辽河干流堤防提升工程中新生南排灌站为例，阐述堤防提升工程中排灌站改造设计的原则和技术要点。2 工程概况新生农场灌区位于辽宁省盘锦市双台子河下游右岸，新生南排灌站位于灌区东部，双台子河与太平河交汇口以西，紧邻双台子河右岸国堤，是一座历史较长的中型排、灌两用泵站。工程建于1963年，负责新生农场灌区 4000hm2水田的灌溉以及新生灌区 76km2的排水任务，设计灌溉引水流量 15m3/s，设计排水流量 15m3/s。新生南排灌站原设计排涝标准为 10a 一遇，主要建筑物防洪标准为 20a 一遇，工程等别为等，主要建筑物为 3 级，次要建筑物为 4 级。新生南排灌站承担任务多样，包括自排、抽排、防洪、防潮和灌溉。来水通路有3处：下水线排涝水、太平河排涝水、辽河灌溉用水。泵站提水后水流通道也有3处：2处灌溉用水出口、1处泄水出口。现状主要建筑物包括泵站前池、泵房、泵站后池、灌溉闸；五孔排水闸（南车间）及涵洞；二孔闸及涵洞（太平河取水）；下水线五孔闸及涵洞；排洪闸及溢洪道等。其中五孔排水闸（南车间）、前池、泵房、后池、灌溉闸由南向北依次布置在双台子河北岸，下水线五孔闸布置在前池西侧，二孔闸（太平河取水）及涵洞位于前池东侧，毗邻太平河右岸，排洪闸位于后池东侧，下游溢洪道通向双台子河。灌溉时关闭下水线五孔闸，双台子河和太平河水分别经五孔排水闸（南车间）和二孔闸（太平河取水）及涵洞流入前池，并经泵站、后池及灌溉闸提升至灌区总干；排水时，关闭太平河二孔进水闸，开启下水线五孔闸将水引入前池，外河水低于前池水位时，将前池水经五孔排水闸（南车间）自排到双台子河，外河水高于前池水位时，关闭五孔排水闸（南车间），排涝水经泵站机排流入后池后经排洪闸、溢洪道排入双台子河。现状排灌站布置如图 1 所示。文章编号:1007-7596（2023）05-0001-04收稿日期 2022-07-02作者简介 张述林（1987-），男，辽宁瓦房店人，工程师。DOI:10.14122/ki.hskj.2023.05.020 113 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）图 1 现状排灌站工程平面布置图3 排灌站改造设计原则排灌站改造设计遵循如下原则：1）保持原排灌站任务和功能不变。2）复核各建筑物的结构安全性和耐久性，最大程度利用现有的设备和建筑物，节省工程投资。3）尽可能维持原址建设，少占耕地。4）增加安全监测设计，建设智慧排灌站2-4。新生南排灌站从建站至今已运行 57a，期间经历1975年辽宁省海城、营口地区的7.3级强烈地震。虽然排灌站定期进行维修养护，但主要建筑物结构破损、耐久性不达标，机电设备老化，特别是防洪标准提高、堤防加高培厚导致部分建筑物功能失效，经论证确定拆除重建排灌站。4 排灌站改造设计辽河干流堤防标准提级后要满足 200a 一遇设计洪水标准，新生南排灌站处设计洪水位 6.91m，堤顶高程由 7.14m 提高到 8.92m，穿堤排涝涵洞及闸室需拆除重建。同时作为后池排涝通道的溢洪道也穿过辽河大堤，溢洪道两侧坡顶高程 6.47.1m，厂区地面高程 5.2m，因此溢洪道也必须进行改造设计。重建的新生南排灌站保留原站的所有功能：自排、抽排、防洪、防潮和灌溉。泵房与各涵闸选址尽量采用原址改造，减少额外增加占地。根据站址地形、地质条件和泵站枢纽功能，确定主要水工建筑物包括 5 个部分：泵站、南车间取（排）水闸及涵洞、下水线水闸及涵洞、太平河取水闸及涵洞，泄水涵洞及其控制闸。工程枢纽平面示意图如图 2所示。图 2 改造后排灌站工程平面布置示意图排灌站仍以前池来承接各方向排灌水。前池位置不变，平面呈梯形，以满足各进水口布置，四面分别连接下水线排水涵闸、辽河侧南车间排水涵闸、太平河排水涵闸及主泵房。前池功能包括：作为泵站的取水前池，排涝水和灌溉水经过前池抽提到各出水口；在辽河低水位时，涝水不需抽排，可通过辽河侧的南车间闸自流到辽河。下水线排水涵 114 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）闸为 5 孔，长 40m，闸门采用铸铁闸门，功能为：洪水期向泵站前池内排水，灌溉时关闭。辽河侧南车间排水闸涵为 5 孔闸，长 50m，闸门采用双向挡水铸铁闸门，功能为：灌溉期向泵站前池内补水，洪水期辽河水位低于前池水位时自流向辽河排涝，洪水期辽河水位高于前池水位时关闭闸门。太平河排水涵闸为 2 孔，长 73m，功能为：洪水期向泵站前池内排水，灌溉时关闭5-6。泵站位于前池西北侧，总设计流量 15m3/s，采用堤后式干室型，选用 10 台立式轴流泵,总装机1600kW。泵站将前池水抽至站后压力水箱。主泵房前部为检修闸室，共 5 孔。检修闸室后主泵房的下部为进水池，采用墩墙结构，5 孔，每孔对应 2台水泵机组。水泵层位于进水池上部，电机层高程5.7m，泵房最左端布置检修间进行设备拆检，同时设楼梯作为水泵层与电机层的交通。泵站后上部结构为副厂房，下部结构为压力箱涵，中间为电缆层。泵站出水可分为后池出水、压力箱出水和管道出水三种型式。由于灌溉要求本排灌站需设多个分水口，因此管道出水型式不适合于本工程。后池出水和压力箱出水均能实现本工程泄水和灌溉功能。后池出水施工和运行管理方便，流态好，水力损失小。压力箱出水施工较为复杂，施工要求高，但出水流态平顺，水泵运行效率高，压力箱整体埋于地下，节省上部空间。由于辽河防洪标准提高，如采用后池出水，后池顶高程必须高出辽河设计水位。堤顶高程 8.92m，厂区地面高程 5.2m，后池需高出地面 3.72m，与周围环境不协调。综合考虑，将原泵站后池出水方式改为压力箱出水。压力箱设 3 个分水口，分别为 3 孔灌溉闸、单根 DN800 灌溉管道、2 孔泄水箱涵。压力箱涵平面呈梯形布置，上游宽 27.9m，下游宽 11m，顺水流长 25m，为钢筋混凝土结构。灌溉闸与压力箱在同一轴线，设 3 孔钢闸门，孔口尺寸 3m3m(BH)，灌溉时开启闸门，排涝时关闭闸门。泄水暗涵与压力箱涵右侧连接，末端设有控制闸。在辽河低水位时泄水涵控制闸关闭，前池的排涝水通过南车间穿堤涵闸自流入辽河；在辽河高水位时，泄水涵控制闸开启，通过泵站抽提排涝水到压力水箱，然后通过泄水涵流入辽河。泄水暗涵断面尺寸为 2 孔 2.5m2m(BH)，涵长 156m。灌溉支管线从压力箱分出，设计引水流量 0.5m3/s。管线启用时需关闭 3 孔灌溉闸及泄水闸。管线采用 DN400 球墨铸铁管，管长 57.3m，控制阀及阀室位于管线中部。在堤防外侧和前池各布置一套水位计，监测河道和前池水位变化；压力箱设置压力计监测泵后水压力；主泵房基础和四角布设土压力计和水准测点以监测地基应力和基础沉降。整合水泵机组自动监控系统，建立起排灌站的安全监测系统、闸门监控系统、计算机网络系统、智能调度系统、传输系统和视频监控系统，实现智慧泵站建设。5 建筑和场区设计排灌站建筑设计在满足工艺流程的前提下，结合厂区地形条件，力求布局紧凑，使用方便，有利生产，方便生活，并尽量节约资金、用地。整个厂区地势较平坦，南北长约为 21.8m，东西长约为 51米，总用地面积为 780m2。泵站厂区内建筑物总建筑面积 389.1m2，道路广场及停车场面积 233.8m2。厂区内布置的主要建筑物包括：排水泵房主厂房及副厂房、管理用房。厂区内建筑物与构筑物平面布局合理，功能分区明确，道路交通组织有序。厂区内各建筑物间距均满足城市规划及消防设计要求。在建筑物周围及厂区空地处种植绿化带，以美化环境，减少污染。为了防尘，挡风，美化环境，厂区周围设置防护绿化带，本工程绿化种植平面布局为周连围合式布置，这样可以形成半封闭，安静的环境，厂区周围沿围墙种植大乔木，灌木和草坪，在建筑物的周围种植灌木及草坪。绿化景观设计力求营造出品味优雅文化环境，严谨开放的交流环境，催人奋进的工作环境，舒适宜人的休闲环境，和谐统一的生态环境。充分体现出厂区的景观特性。厂区的总绿化率为 12.8%。厂区内的交通运输遵照国家有关的建筑规范布置，厂区内主干道 4m 宽，为沥青混凝土路面，交叉路口转弯半径为 9m，满足交通运输和防火设计要求。人行道铺装彩色水泥步砖，厂区周围设置半透明铁艺围墙。目前，国内先进省份已全面进入绿色建筑普及阶段。绿色建筑是在全寿命周期内，最大限度地节约资源、保护环境和减少污染，为人们提供健康、115 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。积极发展绿色建筑，有利于在全社会形成节约能源资源和保护生态环境的产业结构、发展方式、消费模式和生活方式，促进住房城乡建设领域节能减排、降低建筑物使用成本、改善环境质量，具有重要的现实意义和深远的历史意义。绿色建筑设计的一星级为设计目标，定位绿色科技建筑理念，全面提升品质与建筑形象。6 改造后发挥效益作为堤防防洪体系和排涝工程体系中的一部分，新生南排灌站通过本次改造，其堤防部分的防洪闸和泄水闸防洪标准提升到 200a 一遇；保证了新生灌区 4000hm2水田的灌溉任务；提高了新生灌区 76km2的排涝能力。同时在改造过程中，没有新增占地，且通过优化方案，为场区新增 3000m2的绿化面积，美化了场区环境。改造前虽有10台机组，但经常损坏，汛期难以保证排涝时间，灌溉期不能及时充分抽水。经过改造，提高了泵站的运行保证率，达到了节能增效的目的。实践证明新生南排灌站的提升改造取得了显著的经济和社会效益，对防洪减灾和保证粮食生产有重大意义。为地区的经济发展创造了有利条件。7 结 论堤防提升防洪标准势必要导致穿堤建筑物进行改造，其中尤以排灌站的改造最为复杂。排灌站改造设计必须保证其功能不变，既要充分利用现有的建筑物和设备，又要根据边界条件的变化提出经济合理的设计方案。同时要开展智慧排灌站的建设，进一步提升排灌站的管理水平。参考文献：1 邱传忻.泵站M.北京：中国水利水电出版社，2004：36-38.2 沈昊，陈小鹏，罗海东.堤后式排灌两