南照电力灌溉站拆除重建工程设计和施工

李 丹

(颍上县水利建筑安装工程公司，安徽 阜阳 236200)

灌溉站对农业生产具有重要的意义，保障该设施的正常运行具有必要性[1-2]。南照电力灌溉站是南照灌区主要枢纽工程之一，是颍上县灌溉骨干工程。土建部分主要由上游拦污闸、进水前池、泵房、出水涵及出口控制闸等结构组成。南照站共装潜水泵2台，配电机6台，未知型号电机2台。水泵和电机的最早出产时间为1976年。设计灌溉流量4.4 m3/s，设计进水位17.50 m，设计出水位29.50 m，设计灌溉面积3000 hm2。泵站多年带病运行，目前无法满足灌溉需要。泵站设计为球壳淹没式，站前无检修闸，仅在水泵进水管设有检修闸阀，因年久失修，闸阀漏水，高水位无法进行正常的机修维修养护，造成机组无法保证正常运行，急需更新改造。

1 重建工程相关参数及方法研究

1.1 工程规模和主要设计参数

南照电灌站位于南照镇大寺社区，工程始建于1975年，1996年技术改造。目前安装机组8台(套)，其中6台20H-28型水泵配套JS117-6型电动机，2台600HDB-50潜水泵，总装机容量1000 kW。设计灌溉流量4.4 m3/s，设计进水池水位17.5 m，设计出水池水位29.5 m，最枯水位17.5 m，灌溉面积约3000 hm2。根据对南照灌溉站的安全鉴定评价，该泵站为四类泵站，本次拟拆除重建。颍上县南照站拆除重建工程主要为南照灌区的站首工程，其相应的规模应与2019年改造后的南照灌区相一致，南照灌区改造后恢复其灌溉面积3666.67 hm2。

工程的主要设计参数包括：设计流量、特征水位、特征扬程[3]。在工程设计的设计流量中，灌溉设计流量指该保证率下的灌区内某一时期最大灌溉用水流量。项目区灌溉设计保证率为85%，对水稻，最大的一次灌水是在泡、整田期用水，参考《安徽省行业用水定额》(DB34/TG 9—2019)和相关资料，水稻的泡田净定额为1050～1425 m3/hm2，考虑项目区既有水稻又有旱作物，净定额取1050 m3/hm2，相应的灌溉设计流量Q计算如式(1)：

(1)

式中：m为最大一次灌水定额，取1050 m3/hm2；A为灌溉面积，取3 666 367 hm2；T为轮灌天数，取12 d；t为水泵每天工作时间，取22 h；η为渠系水利用系数(一般大型灌区采用0.55，中型灌区采用0.65，小型灌区取0.75)，取0.65。考虑本次设计的灌溉渠道灌溉面积较小，参照颍上县灌区设计相关资料，本次设计灌溉模取15 m3/(s·万hm2)，设计流量为5.5 m3/s。

1.2 泵站规划参数

泵站在机组设备选型、布置时遵循以下原则：(1)泵站扬程在6.5 m或以上时，原则上选择混流泵，低于6.5 m的选择轴流泵。对于进水池防洪水位较高，泵轴较长需加中间轴承的泵站，原则上优选潜水电泵。(2)装机台数和单机功率经技术经济比较后选择，泵站台数按3～6台选取。(3)电机的配套功率按不小于水泵最大轴功率的110%考虑，并考虑传动机构效率。(4)水泵的设计扬程按规划设计净扬程加上损失扬程确定。在设计扬程工况下，考虑留有适当余量，泵站不考虑设备用泵。选型时水泵的设计扬程一般位于模型性能曲线图高效区略偏上，以使平均扬程时水泵能在高效区运行，并兼顾到最高与最低扬程时水泵应能安全、稳定运行。(5)水泵在长期运行中，泵站效率较高，能量消耗少，运行费用较低；按所选的水泵型号和台数建站，工程投资较少；便于安装、维修和运行管理。

在进行泵型选择时，需要确定水泵的型式和台数。由于本站设计净扬程10.7 m，灌溉流量5.50 m3/s，据本站流量扬程特点，适合选用的泵型为立式混流泵。立式泵又分为普通立式泵和立式潜水泵两种。在技术上，这两种泵的性能参数基本相同；在投资上，潜水泵土建投资稍有减少；运行维护上，潜水泵解体大修一般需要返厂，而普通立式混流泵的结构简单，可靠性比较高，有比较成熟的运行和现场维修经验。

因为引水需要流道底板较低，常规立式泵轴长超过制造厂允许值。在结构上电机与水泵采用长轴连接，存在安装检修不便及运行摆度大等无法避免的问题。潜水轴流泵在土建投资、电气设备投资方面均较省，且潜水泵在施工要求、施工难度方面比立式泵简单。综上所述，本项目泵型推荐潜水泵。由于本工程泵站主要功能为灌溉，个别泵组检修对工程运行影响不大，因此不考虑备用机组。本阶段设计初拟3台1000HDB-40型混流泵和4台800HDB-40型混流泵进行方案比较，这2种水泵的性能曲线见图1。

图1 潜水混流泵性能曲线

1.3 施工围堰

根据本区附近的周集、王家坝、润河集、正阳关雨量站资料分析，本区多年平均降雨量为900 mm，降水量年内和年际变化都很大，汛期6—9月雨量占全年降雨量的60%以上。年降水丰枯变化频繁，年降水量最大值是最小值的3.8倍。由于暴雨容易产生区内洪涝灾害，其特点是降雨范围小、历时短、强度大。而对应外河水位高，持续时间长，对内水形成顶托，在洪水期区内往往形成外洪内涝的局面。因此在进行施工过程中需要进行围堰处理。

为防止围堰外水位抬高围堰内两侧岸坡中地下水水位，围堰位置宜离泵室较远。本次选定下游围堰中心线布置在末端20 m处。利用弃土在下游引渠与淮河月牙堤交界处填筑施工围堰。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL 252—2017)和有关规范要求，颍上县南照站拆除重建工程为Ⅲ等工程，主要建筑物级别为3级，次要建筑物级别为4级，临时工程5级；施工期洪水标准选用枯水期10 a一遇的水位或洪水流量。根据《水利水电工程围堰设计规范》(SL 645—2013)围堰级别应根据其保护对象、失事后果、使用年限和围堰工程规模划分，确定围堰工程5级。

结合基坑开挖步骤，考虑到该围堰的重要性及施工期间需要作为场内交通道路，外河侧围堰顶宽4 m。堰顶高程25.30 m，河底高程16.50 m，最高挡水位24.46 m，堰顶超高0.73 m，最大挡水深度8.0 m，堰体高度8.80 m。22.00 m高程处内坡设5 m平台外坡设3 m平台，22.00 m高程以上边坡1∶3，22.00 m高程以下内边坡1∶3外边坡1∶4。挡水期淮河侧水深较大，波浪冲刷频繁，为保护堰体坡面，在淮河测铺设雨布、压土袋。根据《碾压式土石坝设计规范》(SL 274—2020)的规定，平均波高及平均波长采用莆田试验站公式计算。围堰顶高程的计算如式(2)：

(2)

式中：Lm为平均波长，m；g为重力加速度，m/s2；Tm为均波周期，s；H为坝迎水面前水深，m。为便于施工比较，施工时段有10月—次年4月、10月—次年3月、11月—次年4月、11月—次年3月，各施工时段的5 a一遇外河水位分别为25.20 m、25.20 m、23.96 m、23.96 m，10 a一遇外河水位分别为26.11 m、26.11 m、24.46 m、24.46 m。

1.4 工程环境影响预测与评价

施工过程需要考虑对周围环境的影响，主要包括：水环境、环境噪声、固体废弃物的处理等。其中施工对水环境影响是本次研究主要关注的内容。工程施工期的水污染源主要包括混凝土养护及拌和系统冲洗废水、机械设备冲洗含油污水、施工人员的生活污水等。混凝土浇筑时将产生碱性废水，浇筑1 m3混凝土约产生约0.35 m3碱性废水，其pH值可达9～12。此外，混凝土拌和系统的转筒和料罐的冲洗也将产生少量碱性废水。碱性废水如不经处理、随意排放，将对周围土壤产生不利影响，不利于迹地恢复；如直接进入淮河，将影响水质，因此需在混凝土拌和厂设置处理设施，对废水进行处理。

本工程建筑施工混凝土浇筑强度较大，混凝土拌和与养护产生的废水较多，同时还存在废水排放不连续、悬浮物高等特点，因此本工程采用平流式沉淀池，利用自然沉淀的原理去除废水中的悬浮物。由于废水中pH值较高，可在沉淀池加适量的酸调节pH值至中性。根据施工总布置，在混凝土拌和站后采用矩形沉淀池，每台班后的冲洗废水排入池内，处理后的废水可用于施工道路和场地洒水等。

含油废水包括机械车辆维修、冲洗废水，废水中主要污染物成分为石油类和悬浮物。含油废水随意排放，会改变土壤结构，不利于施工迹地恢复；废水若直接进入水体，在水体表面形成油膜，影响水质。因此施工区机械冲洗保养点需设置含油废水处理设施，对含油废水进行处理。为防止含油废水对土壤环境和水环境的污染，对机械保养产生的废水进行处理。由于各施工区机械数量较少，设置隔油池处理含油废水，车辆冲洗、维修过程中的含油废水通过场内设置的集水沟进入水处理装置，废水处理达标后排入附近荒地或者洒水降尘等，不可直接排入水体和农田，并对隔油池定期清理。

2 重建工程的相关评价结果研究

颍上县南照站拆除重建工程灌溉流量5.5 m3/s，设计装机4台，总装机1120 kW。工程等别为Ⅲ等，规模为中型。颍上县南照站拆除重建工程前池及进水池、主泵房及副厂房、出口管道、出水池等主要建筑物为3级，进水引渠、出水渠等次要建筑物为4级，临时建筑物为5级。主要工程量为：土方开挖19 469 m3、土方回填9468 m3、钢筋混凝土及混凝土2461 m3、堆砌石108 m3、钢筋144 t。

表1为南照电灌站运行设计参数表。本次设计灌溉模取15 m3/(s·万hm2)。设计流量为5.5 m3/s。进水池设计水位，取值为19.00 m；进水池最低运行水位，取值为17.50 m；进水池最高水位，取值为29.01 m；进水池防洪水位，取值为28.02 m；出水池设计水位，取值为29.70 m；出水池最高运行水位，取值为29.70 m；出水池最低运行水位，取值为28.80 m，等。设计净扬程为10.7 m，最低净扬程为5.3 m，最高净扬程为12.2 m。

表1 南照电灌站运行设计参数

表2为水泵技术、经济综合性能方案比较结果。从泵型方案主要参数表及图1中的性能曲线看出，2个方案在流量、扬程等方面都能满足规划设计要求。方案一设计工况效率高，运行不灵活，总装机功率较大，运行成本较高，金结和土建投资较大。方案二设计工况效率较高，运行工况基本位于高效区中心，运行较灵活；总装机功率较少，土建投资较少。结合水工专业布置需求，综合考虑，本站推荐方案二，即选用4台800HDB-40型潜水混流泵。

表2 泵站机组选型方案比较

由式(2)的计算结果可知，采用的设计堰顶高程25.23 m。考虑到该围堰的重要性取堰顶高程25.30 m，拟定的围堰断面见图2。围堰渗流及滑动稳定计算对上述围堰断面最高挡水时期的圆弧滑动稳定，采用河海大学《土石坝稳定分析系统》分析计算。通过计算可得，本工程围堰为5级围堰，围堰边坡稳定安全系数高于1.05。

图2 围堰断面图(单位：m)

根据《水利水电工程环境保护概估算编制规程》(SL 359—2006)概算本工程环境保护投资。本工程环境保护投资包括施工期环境监测投资、环境保护临时措施投资和独立费用三部分。水土保持防治措施投资已列入主体工程中，施工人员噪声、粉尘防治等劳动保护投资在工程现场经费中考虑。本工程环境保护总投资为20.04万元，包括：环境监测投资为4.13万元，环境保护临时措施投资为7.21万元，独立费用为7.57万元，基本预备费为1.13万元。

从总体上来分析，本工程主要体现了有利影响，且具有长效显著性。工程施工产生的废水、废气、噪声、固废、临时占压对环境的不利影响，是短期可逆的，且在施工期采取相应的保护措施后可以减免。本工程不存在制约工程实施的环境问题，从环境角度分析，在实施有效的环境保护措施基础上，本工程是可行的。

3 结 论

在南照电力灌溉站的拆除重建可行性分析的报告中，本次设计灌溉模取15 m3/(s·万hm2)；设计流量为5.5 m3/s；进水池设计水位，取值为19.00 m；进水池最低运行水位，取值为17.50 m；进水池最高水位，取值为29.01 m；进水池防洪水位，取值为28.02 m；出水池设计水位，取值为29.70 m；出水池最高运行水位，取值为29.70 m；出水池最低运行水位，取值为28.80 m，等。设计净扬程为10.7 m，最低净扬程为5.3 m，最高净扬程为12.2 m。选用4台800HDB-40型潜水混流泵，采用的设计堰顶高程25.30 m。本工程环境保护总投资为20.04万元，包括：环境监测投资为4.13万元，环境保护临时措施投资为7.21万元，独立费用为7.57万元，基本预备费为1.13万元。综合分析来看，在实施有效的环境保护措施基础上，本工程是可行的。