李可驅(qū)

(廣州市南沙區(qū)水務(wù)局，廣東 廣州 510000)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速高質(zhì)量的發(fā)展和城鎮(zhèn)建設(shè)步伐的加快，區(qū)域的防洪、排澇等問題日益突出[1-4]。泵站作為水利工程的組成部分,擔(dān)負(fù)著區(qū)域防洪排澇和改善水生態(tài)環(huán)境的重要任務(wù),泵站工程建設(shè)的施工管理不同于一般水利工程，具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工難度大等特點(diǎn)。目前大量學(xué)者就泵站工程建設(shè)現(xiàn)代化管理理念、建筑物運(yùn)行安全評價(jià)等方面做了大量的研究工作[5]。例如：周偉豐和羅林峰[6]以鹽官泵站為研究對象，通過分析鹽官泵站快速閘門、拍門振動(dòng)晃動(dòng)的原因，提出改進(jìn)措施，經(jīng)過實(shí)際調(diào)試取得了較好效果，可為減緩快速工作閘門振動(dòng)提供參考；劉省清[7]通過綜合性分析更新改造案例，確定管理過程中的漏洞，提出針對性解決策略，促進(jìn)景電一期大型泵站土建施工管理質(zhì)量提升，為后續(xù)管理工作提供重要支持。然而，現(xiàn)有研究較少從建筑物規(guī)劃，工程運(yùn)行和環(huán)境保護(hù)的綜合角度進(jìn)行提升管理實(shí)踐的探究[8-9]。

廣州市南沙區(qū)南順排澇區(qū)是所在區(qū)域番順聯(lián)圍排澇問題最復(fù)雜的區(qū)域，目前僅靠水閘自排無法滿足區(qū)域內(nèi)的排澇要求，而且南順南閘建于1968年，閘門老化、破損嚴(yán)重，各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)均不能滿足要求，急需全面更新改造或重建。本文以南順泵站改造工程為例，針對南順排澇片的農(nóng)田及居民的排澇問題，從建筑物型式規(guī)劃布置、工程運(yùn)行及管理和環(huán)境管理及保護(hù)的規(guī)劃管理角度進(jìn)行研究，以期通過科學(xué)、規(guī)范、系統(tǒng)的管理提升工程質(zhì)量，為完善區(qū)域防洪排澇體系提供一體化支撐。

1 工程概況

廣州市南沙區(qū)地處廣東省中南部，珠江三角洲腹地，位于穗港澳“小三角”的中心位置，總面積770.13 km2。根據(jù)《廣州市南沙區(qū)水利現(xiàn)代化綜合發(fā)展規(guī)劃報(bào)告》，南順泵站位于番順聯(lián)圍南順排澇片(內(nèi)含大滘涌和圍內(nèi)順德的區(qū)域)，南順排澇區(qū)包括靈山鎮(zhèn)區(qū)以東及大崗鎮(zhèn)所屬區(qū)域，主要包括靈山鎮(zhèn)區(qū)以東飄風(fēng)涌、大滘涌、中滘涌的控制區(qū)域，以及現(xiàn)狀大崗鎮(zhèn)(包括原大崗鎮(zhèn))所包括的全部區(qū)域，這也是潭洲瀝和大崗瀝的控制區(qū)域。該區(qū)域內(nèi)除大崗鎮(zhèn)區(qū)所在地有部分臺(tái)地外，其他區(qū)域地面高程大都在-0.7 m～0.7 m，番順聯(lián)圍內(nèi)地勢最高和地勢最低的區(qū)域都位于該控制區(qū)。

廣州市南沙區(qū)境內(nèi)有省屬氣象站市橋站一個(gè)，觀測項(xiàng)目有雨量、氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向等。南順南閘、南順泵站上下游及鄰近地區(qū)有三善滘、南沙站等潮(水)位站。本地區(qū)沒有流量實(shí)測成果(僅有部分臨時(shí)測流斷面)。各潮位站概況見表1。

表1 各潮位站資料概況表

2 建筑物型式規(guī)劃布置

現(xiàn)南順南閘位于南沙區(qū)大崗鎮(zhèn)潭州瀝，距河口約200 m，另外在原南順?biāo)l左岸、大崗瀝出口前約300 m建有南順北閘，兩閘之間現(xiàn)狀為一天然洲頭。兩閘目前分別處在大崗瀝和潭州瀝的主河道上，閘外為上橫瀝水道。為不改變目前的河道流態(tài)，并且盡量減小征地拆遷的原則，重建南順南站仍然在原址重建。新建泵站則布置在兩閘之間的天然洲頭上。

2.1 水閘型式選擇

2.1.1 閘室結(jié)構(gòu)型式選擇

按泄流特點(diǎn)，水閘可分為開敞式、胸墻式、雙層式等基本型式；按堰流特性，可分為寬頂堰和實(shí)用堰等。兩者可組成多種閘型。根據(jù)工程規(guī)模分析，并根據(jù)類似工程類比，初擬閘室為5孔，單孔凈寬10 m。對于孔數(shù)較多、寬度較大的閘室，一般宜采用開敞式或胸墻式的結(jié)構(gòu)型式。考慮排澇要求較高，推薦采用開敞式。對于閘室結(jié)構(gòu)有以下兩種方案：

(1)方案一：實(shí)用堰

實(shí)用堰型水流條件較好，但泄流能力受尾水位變化影響明顯，泄流能力不穩(wěn)定，且施工較復(fù)雜。

(2)方案二：寬頂堰

寬頂堰具有宣泄推移質(zhì)泥沙順暢，底板不易破壞、磨損，結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，泄流能力穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但自由泄流時(shí)，流量系數(shù)小，容易產(chǎn)生波狀水躍

對于上述方案，由于本工程處在外江堤防上，水位變幅較大，采用寬頂堰型較為適宜。綜上所述，閘室結(jié)構(gòu)采用開敞式寬頂堰型閘室結(jié)構(gòu)。

2.1.2 水閘閘門及啟閉設(shè)備

根據(jù)樞紐工程任務(wù)，水閘有雙向擋水要求，可供選用的閘門有直升式平面閘門、平面定輪翻板式工作閘門或弧形閘門。直升式平面閘門通常采用鋼絲繩卷揚(yáng)啟閉機(jī)或豎缸液壓啟閉機(jī)啟閉，需設(shè)高排架啟閉機(jī)房或豎缸露在閘頂面，影響城市景觀，不適宜本工程位于規(guī)劃中的城市特點(diǎn)。對于閘門選擇有以下兩種方案

(1)方案一：弧形閘門

弧形閘門具有重量輕、受力條件好、比同跨度平面閘門要求的啟閉機(jī)容量小、啟閉機(jī)運(yùn)用靈活、不需設(shè)置門槽、過閘水流順暢等優(yōu)點(diǎn)。但與平板閘門相比，所需閘墩較平板門長，增加砼量，閘墩受到閘門推力作用，拉應(yīng)力集中，鋼筋用量較大；弧形門不能提出孔口，檢修維護(hù)不如平板門方便，閘門支座和部分支臂淹沒經(jīng)常處于水下等。

(2)方案二：平面定輪翻板式工作閘門

平面定輪翻板式工作閘門可以明顯降低啟閉機(jī)排架的高度，提高了建筑物抗震能力，減小了工程量，安裝閘門也較為方便，與弧形門相比具有閘墩短、結(jié)構(gòu)簡單、建筑物工程量小等優(yōu)點(diǎn)，但平面定輪翻板式工作閘門在運(yùn)行中存在一些問題，例如在開啟過程中底緣流態(tài)不太好，止水磨損過大等。

對于上述方案，本階段采用平面定輪翻板式工作閘門，采用固定卷揚(yáng)機(jī)啟閉。

2.2 泵站型式選擇

2.2.1 水泵型式選擇

南順泵站揚(yáng)程變化范圍為0.8～3.8 m，屬低揚(yáng)程范圍，采用軸流式水泵較為合適。軸流泵的特點(diǎn)是高比轉(zhuǎn)速、低揚(yáng)程、大流量，在低揚(yáng)程工況下輸送大流量液體時(shí)具有較高效率，可較好滿足水泵在低揚(yáng)程工況下運(yùn)行的需要。

水泵結(jié)構(gòu)型式有立式、臥式和斜式三種。臥式泵結(jié)構(gòu)簡單、檢修方便，但低揚(yáng)程臥式軸流泵吸水管路長，水力性能不理想，且效率較低，泵房平面尺寸較大，啟動(dòng)前需充水，適用于進(jìn)水池水位變幅不大的場合；斜式泵流態(tài)較好，泵站效率高，安裝檢修較方便，但需專門的支撐結(jié)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)類型較特殊，施工安裝較困難，且土建及機(jī)電費(fèi)用較高；立式泵占地范圍較小，葉輪浸沒在水中，啟動(dòng)方便，管路短，水頭損失小，電動(dòng)機(jī)層較高，通風(fēng)防潮條件較好，對進(jìn)水池水位變幅適應(yīng)性較強(qiáng)，但土建結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜些。

綜合考慮，選用運(yùn)行可靠、技術(shù)成熟、費(fèi)用適中的立式軸流泵。

2.2.2 水泵臺(tái)數(shù)選擇

因本工程所屬排澇泵站的運(yùn)行工況隨降雨量的變化而變化，隨機(jī)性較強(qiáng)，流量變化幅度較大，泵站裝機(jī)臺(tái)數(shù)不宜太少，而裝機(jī)臺(tái)數(shù)多了，泵站水工投資將增加。為保證參數(shù)優(yōu)、運(yùn)行方式靈活、效益高的原則，針對本工程具體情況有提供以下兩種方案：

方案一：5臺(tái)機(jī)方案：1600ZLQ9-3.5立式全調(diào)節(jié)軸流泵，單泵設(shè)計(jì)流量9 m3/s。

方案二：6臺(tái)機(jī)方案：1400ZLB8-3.5立式半調(diào)節(jié)軸流泵，單泵設(shè)計(jì)流量7.5 m3/s。

(1)水泵性能比較

5臺(tái)機(jī)和6臺(tái)機(jī)方案水泵性能比較見表2。

表2 水泵主要性能比較表

根據(jù)水泵廠家提供的資料，1600ZLQ9-3.5立式全調(diào)節(jié)軸流泵和1400ZLB8-3.5立式半調(diào)節(jié)軸流泵的性能曲線分別見圖1和圖2。

圖1 1600ZLQ9-3.5型軸流泵工作性能曲線 圖2 1400ZLB8-3.5型軸流泵工作性能曲線

針對上述兩種方案，由5臺(tái)機(jī)和6臺(tái)機(jī)方案水泵性能參數(shù)可知，兩種泵的揚(yáng)程和流量均能滿足設(shè)計(jì)要求，在設(shè)計(jì)揚(yáng)程和最高揚(yáng)程之間，兩種泵均能在高效區(qū)運(yùn)行。但在相同工況下，5臺(tái)機(jī)方案的效率更高，且5臺(tái)機(jī)方案的高效區(qū)揚(yáng)程相對偏低，這更有利于平均揚(yáng)程時(shí)抽水。故從水泵性能方面來比選，應(yīng)推薦采用5臺(tái)機(jī)方案，即5臺(tái)1600ZLQ9-3.5立軸全調(diào)節(jié)軸流泵。

(2)泵站裝置效率比較

根據(jù)工程特征參數(shù)，參考同類工程，泵站裝置效率計(jì)算公式如下：

η站=η泵×η管×η池×η傳×η機(jī)

(1)

式中：水泵效率為η站為泵站效率；η泵為水泵效率；η管為管道效率；η池為水池效率；η傳為傳動(dòng)效率；η機(jī)為電動(dòng)機(jī)效率。

對于5臺(tái)機(jī)方案，當(dāng)H設(shè)=3.3 m時(shí)，Q=9 m3/s，水泵效率為η泵=85.7%。取傳動(dòng)效率η傳=100%，η池=97%，η管=92%，電動(dòng)機(jī)效率η機(jī)=92.2%，則泵站裝置效率η站為70.5%；對于5臺(tái)機(jī)方案，當(dāng)H設(shè)=3.3 m時(shí)，Q=7.5 m3/s，水泵效率為η泵=79.4%。取傳動(dòng)效率η傳=100%，η池=97%，η管=93%，電動(dòng)機(jī)效率η機(jī)=89.6%，則泵站裝置效率η站為64.2%。

由以上計(jì)算可知，采用5臺(tái)機(jī)方案和6臺(tái)機(jī)方案時(shí)，泵站的裝置效率均滿足規(guī)范要求(凈揚(yáng)程低于3 m時(shí)，泵站的裝置效率不低于60%)。但采用方案一時(shí)的泵站裝置效率明顯高于采用方案二時(shí)的泵站裝置效率。5臺(tái)機(jī)方案泵站裝置效率較優(yōu)。

(3)工程投資

6臺(tái)機(jī)方案工程投資較5臺(tái)機(jī)方案略高。

(4)運(yùn)行管理

本泵站以排澇為主，兼顧改善水環(huán)境，泵站年運(yùn)行小時(shí)數(shù)不高，5臺(tái)機(jī)方案運(yùn)行調(diào)度簡單，運(yùn)行費(fèi)用也較低。

(5)綜合比選

綜合比選如表3所示，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較，選擇5臺(tái)機(jī)方案更合適，本工程推薦采用5臺(tái)機(jī)方案，水泵型號為1600ZLQ9-3.5的立式軸流泵。

表3 水泵選型綜合比選表

3 工程運(yùn)行及管理

工程管理是發(fā)揮工程效益的關(guān)鍵，只有加強(qiáng)和提高管理水平，才能充分發(fā)揮工程的綜合效益和潛在效益。尤其在平原感潮河網(wǎng)地區(qū)，系統(tǒng)的工程只有實(shí)行系統(tǒng)的管理和長效管理，開展實(shí)時(shí)的調(diào)度，才能充分發(fā)揮群體工程的作用。

3.1 工程調(diào)度

當(dāng)番禺氣象臺(tái)天氣預(yù)報(bào)工程區(qū)1天后將要出現(xiàn)日雨量為120～250 mm以上的暴雨、大暴雨和特大暴雨時(shí)，南順?biāo)l在雨前低潮開閘預(yù)排，把閘下水位降低至至-0.5 m，以騰空涌容，關(guān)閘候雨，其他外江水閘群亦同時(shí)關(guān)閘運(yùn)行。暴雨來臨時(shí)，排澇區(qū)域內(nèi)雨洪下泄，河涌內(nèi)水位持續(xù)上漲，待外江水位低于內(nèi)涌水位時(shí)開閘搶排，當(dāng)涌內(nèi)水位低于-0.5 m時(shí)關(guān)閘；待外江水位高于內(nèi)涌水位時(shí)關(guān)閘，利用涌口泵站抽排，泵站起排水位設(shè)定為0.3 m，保證涌口水位不超過排水控制高程1.2 m。

3.2 工程觀測

工程安全觀測是工程管理的耳目，是保證工程安全，充分發(fā)揮工程效益的一項(xiàng)基本工作。在水閘管理工作中應(yīng)當(dāng)認(rèn)真執(zhí)行有關(guān)規(guī)定，“貫徹安全第一的方針”，高度重視安全監(jiān)測工作。

工程觀測主要包括：巡視檢查、日常觀測及資料分析、定期安全評估以及監(jiān)測系統(tǒng)和水情自動(dòng)化系統(tǒng)的日常維護(hù)等各項(xiàng)工作。

3.2.1 人工巡視檢查

巡視檢查是安全監(jiān)測的重要環(huán)節(jié)，應(yīng)定期由熟悉工程并具有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的工程技術(shù)人員負(fù)責(zé)進(jìn)行。巡視檢查分為施工期人工巡視檢查和運(yùn)行期人工巡視檢查。每年在汛前、汛后以及發(fā)生有感地震后必須作巡視檢查。

3.2.2 水情自動(dòng)化系統(tǒng)

南順泵站工程測報(bào)系統(tǒng)更新原則是：將根據(jù)現(xiàn)場通信線路的測試結(jié)果擬采用超短波通信方式為數(shù)據(jù)傳輸主信道，公用程控電話(PSTN)通信網(wǎng)為備用信道。系統(tǒng)改造后，將滿足洪水預(yù)報(bào)以及為工程運(yùn)行調(diào)度提供依據(jù)。

4 環(huán)境管理及保護(hù)

環(huán)境管理是工程管理的一部分，是工程環(huán)境保護(hù)工作有效實(shí)施的重要環(huán)節(jié)。環(huán)境管理的目的在于保證工程各項(xiàng)環(huán)境保護(hù)措施的順利實(shí)施，使工程興建對環(huán)境的不利影響得到控制或減免，促進(jìn)工程地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境相互協(xié)調(diào)的良性發(fā)展。

4.1 環(huán)境監(jiān)測

環(huán)境監(jiān)測的目的是做好工程區(qū)的環(huán)境保護(hù)工作，及時(shí)掌握施工期廢水、廢氣、噪聲、棄渣產(chǎn)生及排放情況，施工期評價(jià)環(huán)境質(zhì)量，預(yù)防突發(fā)性污染事故對環(huán)境的危害，為工程區(qū)的環(huán)境保護(hù)及污染控制、環(huán)境監(jiān)理和環(huán)境管理提供科學(xué)的依據(jù)。包括：水質(zhì)監(jiān)測、環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測、噪聲監(jiān)測和人群健康監(jiān)測等。

4.2 環(huán)境保護(hù)

環(huán)境保護(hù)主要采用水環(huán)境保護(hù)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、人群健康保護(hù)等措施。

4.2.1 水環(huán)境保護(hù)

施工人員產(chǎn)生的生活污水中含有的主要污染物為BOD5、COD和總磷，由于本區(qū)市政管網(wǎng)建設(shè)較滯后，無專用污水排放管網(wǎng)和設(shè)施，故施工及管理人員生活廢水須經(jīng)過處理后可用于農(nóng)灌，禁止排入河道。

4.2.2 生態(tài)環(huán)境保護(hù)

本工程對生態(tài)環(huán)境的影響主要是工程建設(shè)引起的水土流失。要求施工單位嚴(yán)格執(zhí)行《中華人民共和國水土保持法》，科學(xué)安排，加強(qiáng)監(jiān)管，嚴(yán)格按施工組織設(shè)計(jì)進(jìn)行施工，避免亂挖亂堆。在主體工程施工區(qū)進(jìn)行基坑開挖和回填，遇到雨天時(shí)，可采用塑料薄膜對裸露面進(jìn)行防護(hù)，減少徑流沖刷侵蝕，并及時(shí)進(jìn)行基坑排水。

4.2.3 人群健康保護(hù)

為防止施工人員將傳染性疾病帶入施工區(qū)，在施工人員進(jìn)場前進(jìn)行衛(wèi)生檢疫，項(xiàng)目主要包括傳染性肝炎、肺結(jié)核、流腦、瘧疾等傳染病流行性疾病，限制傳染病患者進(jìn)入施工區(qū)，切斷傳染病的傳染源。

針對工地就餐集中特點(diǎn)，應(yīng)加強(qiáng)對施工區(qū)食堂的衛(wèi)生監(jiān)督與管理，保證飲食的清潔衛(wèi)生。生活用水執(zhí)行國家《生活飲用水衛(wèi)生監(jiān)督管理辦法》和《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)。

5 結(jié)語

本文以南順泵站改造工程為研究背景，從建筑物型式規(guī)劃布置、工程運(yùn)行及管理和環(huán)境管理及保護(hù)的規(guī)劃管理角度進(jìn)行研究論述，結(jié)果顯示：

(1)采用5臺(tái)機(jī)方案和6臺(tái)機(jī)方案，泵站的裝置效率均滿足規(guī)范要求，但采用5臺(tái)機(jī)時(shí)的泵站裝置效率明顯高于采用6臺(tái)機(jī)時(shí)的泵站裝置效率，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較，選擇5臺(tái)機(jī)方案更合適。

(2)工程管理是發(fā)揮工程效益的關(guān)鍵，加強(qiáng)和提高管理水平，有助于充分發(fā)揮工程的綜合效益和潛在效益。

(3)泵站的建設(shè)大大改善了本區(qū)的水環(huán)境，對整個(gè)環(huán)境是有利的。其充分結(jié)合城市景觀的需要，了改變一江兩岸的自然風(fēng)光，美化了城市環(huán)境。