湖北省荆州市豉湖渠泵站工程初步设计

湖北省荆州市豉湖渠泵站工程初步设计第一章综合说明荆州市位于湖北省中南部，长江中游北岸，江汉平原腹地。市域跨东径111°15’——114°05’，北纬29°26’——31°37’之间。长江自西向东贯穿市域，全长483km。市域总面积14067km2，总人口630万人，市中心城区建成区面积52.7km2，总人口67.5万人。城市性质为国家历史文化名城，长江中游主要港口，鄂中南地区的中心城市。市中心城区处于长江中游荆江河段北岸，呈带状分布。地势南高北低，地面高程一般为28.0m-38.0m（黄海高程，下同）。市区内河湖纵横，其自然排水水系属江汉平原四湖（长湖、三湖、洪湖、白露湖）水系。市区内降雨地面径流通过雨水管渠收集，古城区一带雨水排入荆襄河入长湖，沙市城区及工业新区一带雨水则通过西干渠、豉湖渠排入四湖总干渠，但汛期外水位较高，市区内渍水无法自排，需经泵站抽排。经过多年的城市建设，城区已形成抽排及自动排蓄兼有的城市排水格局，但豉湖泵站未建，沙市城区、新北区及工业新区总面积110km2范围内的雨水受下游顶托无法自排，造成内渠水位澭高，部分地区长期在汛季渍水，如江津路为城区主要交通干线，在汛期每年被淹数天，给国家、集体及个人财产造成了极大的损失。因此，急需在该区域的下游排放口设置节制闸和修建泵站抽排，以降低城区下游排放口水位，保障城区雨水排放通畅，保证城市经济持续稳定的发展。2003年10月，荆州市城市建设投资公司委托我院对豉湖泵站进行可行性分析并提供相应报告。2003年12月，省计委在荆州市主持召开了《荆州市玉桥基础设施建设工程可行性研究报告》评审会，会议同意建设豉湖渠泵站，其设计排水流量为30m3/s。依据省计委对“可研报告”的批复文件，现编制完成《荆州市豉湖泵站工程初步设计说明书》及有关附件。其主要内容如下：一、编制依据1、荆州市豉湖泵站工程设计合同2、湖北省计划委员会关于《荆州市玉桥基础设施建设工程可行性研究报告》的批复。3、荆州市城市总体规划4、荆州市工业新区总体规划5、荆州市排水专项规划6、豉湖渠疏挖整治规划（沙市区水利局）7、泵站设计规范（GB/T50265-97）8、国家颁布的有关规定、规范。二、水文及站址工程地质荆州市城区南高北低，沿长江呈带状分布，城区从西到东基本上由第四世纪冲积、洪积层组成，覆盖层为粘土、亚粘土、淤泥质粘土及轻亚粘土，土层薄，下部为粉质砂层，波浪起伏，一般顶板高程22.00-27.00饱含上层滞水。埋藏于粘土层及粉细砂层的上层滞水，受降雨及地表水补给；在粘土及粉细砂卵石层中潜水，受长江水补给。历年平均降雨量1158.5mm，最大降雨量1858.5mm，历年一日最大降雨量174.3mm，小时最大降雨量66.6mm，历年平均蒸发量1350mm。根据城市总体规划，沙市城区雨水和沙市北片农田雨水将通过白水滩等调蓄水体（总调蓄库容250万m3）控制其排入豉湖渠的流量不大于20m3/s，工业新区排入豉湖渠的流量通过调蓄（总调蓄库容42万m3）可削减为10m3/s，泵站上游豉湖渠排水总流量通过调蓄（总调蓄库容400万m3，其中沟渠调蓄水量108万m3），可控制在30m3/s即泵站设计排水流量为30m3/s。泵站总装机容量为5×500KW（四用一备），其主要特征水位和扬程为：外渠设计水位29.47m，外渠最高防洪水位29.70m，外渠最高运行水位29.70m，外渠最低运行水位26.70m，外渠平均水位28.20m；内渠设计水位26.25m，内渠最高运行水位26.70m，内渠最低运行水位25.80m，内渠平均水位26.25m。泵站设计总扬程4.70m，最高总扬程5.25m，平均总扬程3.80m。根据荆州市城市总体规划及工业新区规划，豉湖泵站的站址设在岑观公路西侧约100m地段。综合考虑本地段的地形条件、地质条件，交通要求、施工进度安排、堤身安全渡汛及运行管理等因素选取工程布置方案一为推荐方案，该方案已通过《豉湖泵站初步设计方案汇报材料》得到专家的认可。本工程的初步勘察工作由华迪勘察院承接，根据勘察成果，泵站场地地基由冲积淤积粉质粘土层、冲积粉细砂层及冲积砂砾石层组成。泵房底板（21.10m），拦污栅桥、节制闸的底板（23.78m）持力层为粉质粘土层，该土层的承载力为250KPa，在初步设计阶段建议采用天然地基，适当加厚加宽基础，保证基础稳定。本地区地震基本烈度为6度。场地土为中软场地土，建筑场地类别为Ⅱ类，建筑物地处于抗震有利地段，场地稳定，适宜建筑。三、主机组选型本阶段对主机组的选型系依据豉湖泵站参数和目前国内厂家已生产的泵型进行技术经济分析比较确定。通过对收集的水泵样本的分析，适合本泵站的水泵有三种立式全调节轴流泵：1600ZLQ7.5-4型，1.6ZLQ-135型，1600ZLQ7.5-4.3型。按照满足最高运行总扬程和最低运行总扬程时机组能稳定运行的原则，并要求机组在中、低扬程条件下运行时，其效率、排水流量、轴功率等指标良好，达到经济运行效果。通过对收集的水泵特性曲线进行分析比较，本阶段推荐选用1600ZLQ7.5-4型立式全调节轴流泵，配TL500-24/1730型同步电动机，该泵的设计扬程H=4.7m，设计流量Q=7.5m3/s，设计点效率η=86%，制造厂提供的吸出高度为-1.25m。四、工程布置及主要建筑物豉湖泵站工程包括主泵房、拦污栅桥、自排渠、节制闸、变电站和管理生活区六部分。1、主泵房豉湖泵站为虹吸式结构，主泵房布置在豉湖渠上，其工程等别属于三等工程，主要建筑物（主泵房、拦污栅桥、节制闸）按3级建筑物标准设计，其它建筑物按4级建筑物标准设计。泵房总装机容量2500KW，设计排水流量30m3/s，机组间距4.8m。泵房采用肘形进水流道，其底面高程21.10m，虹吸式出水流道,驼峰底高程30.232m，主机间底板纵向长23.3m，横向宽24.9m，电机层地面高程32.71m。主机间的左、右两端分别布置安装间和副厂房。2、拦污栅桥拦污栅设置在主排渠上，每孔净宽4.0m，共6孔，与主泵房相距77m，栅桥顶部设置清污机工作平台，兼作行人交通道，工作桥面高程30.50m，桥宽7.0m。选用一辆150KN的汽车式吊车作为拦污栅体启闭设备，设置清污机械一台套及其管理用房。3、自排渠（导流渠）在现状豉湖渠（泵站处）南侧修建自排渠（导流渠），其横断面与该处豉湖渠疏控整治规划横断面一致。其直线段长度约为230m。4、节制闸节制闸布置在自排渠上，总宽29.0m，分6孔，每孔净宽4.0m，闸底板高程23.78m，节制闸启闭设备为卷扬式启闭机，启闭机房地面高程32.00m。5、变电站根据泵站所需电源及考虑接线方便等因素，将变电站布置于泵房北侧略偏东，变电站距泵房约25m，尺寸为15m×8m。6、管理生活区豉湖渠泵站应设立专门的管理机构，以便对泵站、节制闸及其配套建筑物实行统一调度、管理。泵站管理人员及机组运行人员定编20人。新建生产、生活用房面积2130m2，并配置有下列设施：交通及通讯设备，外部观测设备，机修设备和电工试验设备等。五、施工导流、对外交通及工程控制进度1、施工导流本工程以11月1日至次年5月31日划分为枯水施工时段，6月1日至10月31日划分为汛期。在枯水时段开挖自排渠并修建节制闸，完工后破堤导流，主泵房、拦污栅桥围堰施工。2、对外交通工程位于荆州市工业新区东北部豉湖渠上，岑观公路西侧100m地段，工地至近旁岑河镇、观音当镇已有岑观公路相通，工地距岑河镇7.0km，至观音当镇5.0km，岑河镇、观音当镇与荆州市市区均有一级公路相通，交通极为便利。3、工程控制进度本工程开工后在汛期来临之前的枯水时段修建自排渠及节制闸，并做好主体泵房与拦污栅桥的施工围堰，之后便进行泵房的基坑开挖，电机层以下钢筋砼浇筑，进出口挡土墙及进出水池的浇筑，电机层以上砼浇筑及机电设备安装等，并同时进行拦污栅桥的施工，主体工程在第二个枯水时段全部结束，此后继续进行辅助设施及堤坡护砌等的施工，2005年5月份全部工程结束，总工期16个月。六、工程投资估算1、主要工程量土方开挖10.6万m3，土方回填3.16万m3，砌石1.83万m3，混凝土1.22万m3。2、主要材料用量水泥2500t，钢筋600t，钢材215t，木材200m3。3、工程总投资（1）泵站静态总投资：4426.35万元（2）泵站动态总投资：4552.82万元第二章泵站工程规模设计第一节排水规划一、雨水排放现状沙市城区（30km2）、新北区（34km2）、工业新区（28km2）及高速公路以北农作区（9km2）总面积101km2范围内的雨水通过雨水管道或明渠收集，就近排入内河水系或湖渊水体，通过调蓄或转输，排入豉湖渠，最后汇入四湖体系。豉湖渠是四湖总干渠的排水支渠，起于沙市城区中部，连通西干渠和总干渠，总长23.5km，是沙市城区、新北区及工业新区排除雨水的唯一通道。豉湖渠（南港桥处）现状渠底宽约28.50m，渠顶宽61.85m，现状渠底高程24.05m，现状堤顶高程30.50m，常水位25.50m，最高水位（2003.7.12）29.70m，设计过流量80m3/s，设计最大洪峰流量128m3/s。二、排水规划荆州市城市排水规划和工业新区建设规划确定的城区排水的指导思想为：提高水系调蓄能力，消减洪峰流量；采取工程措施沟通内河水系，提高排水泵站抽排能力；汛期采用低水低排，高水高排，平常采用重力自排。豉湖渠为沙市城区，新北区及工业新区排除雨水的唯一通道，根据城市总体规划，豉湖渠和西干渠的河道应承担城区的泄洪流量各为20.0m3/s。但当四湖总干渠处于暴雨洪峰流量时，豉湖渠、西干渠泄洪将受顶托，城区排水规划在豉湖渠设置节制闸和雨水泵站，当城区排水受顶托时，关闭节制闸，由豉湖泵站抽排，以保证城区在汛期不渍水。第二节泵站建设必要性荆州市城区地处江汉平原，城市排灌输能力受流域水系制约，当四湖流域水系处于洪水位时，城市排水受下游高水位顶托，而现有的排涝泵站排水规模太小，且分散布置，总抽排规模为23.4m3/s，沙市大部分城区、新北区及工业新区总面积101km2范围内的雨水在汛期由于下游顶托无法自排，造成大部分地段被淹，如江津路为城区主要交通干线，在汛期每年被淹数天，大街上污水横溢，交通中断，部分企业被迫停产，部分居民家中进水，城市环境受到严重污染，给国家、集体及个人财产造成了极大的损失，因此，急需在该区域的下游排放口设置节制闸和修建泵站抽排，以降低城区下游排放口水位，保障城区雨水排放通畅。第三节泵站规模一、雨水流量的计算1、基本参数雨水设计流量计算公式：Q=ψ·q·F（升/秒）式中：ψ——径流系数，取0.65q——设计降雨强度（升/秒·公顷）；F——汇水面积（公顷）。暴雨强度公式：q=684.7（1+0.854Lgp）/t0.526式中：P——设计降雨重现期，取1年；t——降雨历时（分钟）；2、雨水设计流量按照工业新区排水系统规划，工业新区排入豉湖渠的雨水汇水面积约28平方公里，雨水设计流量84.21m3/秒，加上高速公路以北农作区雨水流量7.25m3/秒，雨水总流量为91.46m3/秒。二、调蓄库容的计算根据工业新区排水规划，在豉湖渠两侧分别设调蓄水体，以削减排入豉湖渠洪峰流量。调蓄水体结合规划道路排水管渠和现状地形，分别在豉湖渠以北设置二片，豉湖渠以南设置三片，调蓄库容计算如下：计算公式：V=（1-α）1.5·Qmax·τ0式中：V——调节池容积（m3）Qmax——调节池上游干管的设计流量（m3/s）τ0——相应于Qmax时的设计降雨历时（S）α——下游干管设计流量的降低程度调蓄库容计算表编Qmax（m3/s）出流量Q’αιo（s）V（万调蓄水调蓄水号（m3/s）m3）深（m）体面积（ha）119.592.00.1050308.390.516.78218.252.00.1154008.270.516.5438.941.00.1152023.890.57.78422.682.50.11616811.740.523.48522.02.50.1152329.610.519.2