张功义（安徽省六安市水利水电规划设计院 六安 237000）

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复式排涝区泵站规模确定
——以寿县刘帝排涝泵站为例

张功义
（安徽省六安市水利水电规划设计院 六安 237000）

随着全球气候变化加剧，我国洪涝灾害十分频繁。为了减轻洪涝灾害，排涝工程设计在水利工程中显得至关重要。本文以安徽寿县刘帝排涝泵站为例，对复式排涝区的排涝泵站规模确定进行了探讨，对实际工作中的排涝泵站的设计有一定的现实指导意义。

复式排涝区 排涝流量 圩区 调蓄区 刘帝排涝站

1 引言

复式排涝区通常指排涝区中有功能不唯一的区块，比如有圩区或者调蓄区等。这一类的排涝区泵站排涝流量计算在实际操作中较为复杂，现有的规范比较原则和笼统，设计人员基于不同的考虑，计算方法不一而足，从而导致排涝流量的确定有一定偏差。因此，对于复式排涝区的排涝流量推算意义显著。

安徽省寿县正南洼地为淮河流域重点洼地之一，位于淮河南岸的寿县西北部，洼地面积141km2，汛期淮河遇中小洪水，水位即高出洼地地面，而且时间长达2～3个月，“关门淹”的问题十分突出。其中，刘帝排涝区内既有圩区，又有调蓄区。本文以刘帝排涝区为例，根据工作实际，就刘帝排涝泵站如何分析计算确定泵站排涝流量，作简要介绍，供类似复式排涝区工程参考。

2 工程概况

寿县正南洼地排涝区集水面积大，洼地内共有建设圩、枸杞圩、迎北圩、肖严圩、正阳农场、刘帝圩和时淠圩，另有一处肖严湖，为正南洼地的主要调蓄区，来水面积240 km2，根据规划共有五座排涝泵站，分别为大店二站（排涝区为建设圩、枸杞圩）、大店站（排涝区为迎北圩、肖严圩）、正阳农场站（排涝区为正阳农场）、刘帝站（排涝区为刘帝圩和肖严湖）和时淠站（排涝区为时淠圩）。

刘帝排涝泵站排涝区为刘帝圩和肖严湖。刘帝圩排涝面积8.6km2，地面高程19.50～21.00m，圩内耕地面积1万亩；肖严湖为正南洼地的天然湖泊，也是正南洼地主要调蓄区，来水面积240 km2，流域长度约40 km，平均宽度6 km，流域形状系数0.15，流域呈斜长梨状，纵坡比降约0.28‰。刘帝排涝站主要功能：一是利用寿县截涝渠抽排刘帝圩的涝水，二通过正南退水渠排泄肖严湖汛期洪水。因此刘帝排涝泵站排涝流量应为上述二部分的叠加，具体分析计算过程详见以下“排涝流量的确定”。

3 泵站排涝标准及主排涝期选定

根据安徽省水利厅编制的《安徽省大型泵站更新改造“十一五”规划报告》中“沿淮低洼地排涝标准达到5年一遇以上”，结合洼地内农业、水利和国民经济发展规划的要求，因地制宜地采取“自排、滞蓄、抽排”等综合治涝措施；加强管理，优化调度，及时腾空底水，充分利用沟塘滞蓄涝水，高水高排、低水低排，尽量减轻抽排负担等原则，最终确定刘帝泵站抽排标准采用7年一遇。根据当地暴雨特点，确定刘帝排涝站的主排涝期为5～9月。

4 排涝流量的确定

4.1 肖严湖排洪流量的确定

4.1.1 肖严湖设计洪水

肖严湖为正南洼地最大的调蓄区，来水面积240 km2，据实测降雨统计，该流域最大24小时点雨量均值为100mm，Cv=0.53，最大lh点雨量均值为45.5mm，Cv=0.50，Cs为3.5Cv。根据该流域地形为丘陵区特点，采用安徽省山丘区中、小面积设计洪水计算办法，即根据流域及暴雨特性采用纳希线性瞬时单位线模型进行汇流计算的方法，推求设计洪水，具体计算过程不再详细赘述，计算成果详见表1。

表1 肖严湖设计洪水计算成果汇总表

表2 肖严湖洪水调节计算成果表

4.1.2 肖严湖洪水调节计算及排洪流量确定

根据上述设计洪水成果及肖严湖的水位～库容曲线，进行肖严湖洪水调节计算，肖严湖的洪水调节计算采用水量平衡方程式，起调水位取22.00m。为充分利用肖严湖的调洪能力，减轻刘帝泵站抽排负担，根据肖严湖圩堤防洪标准（20年一遇）、堤防现状及历年运行情况，肖严湖堤防在23.50m以下水位基本可以安全运行而不破圩，因此洪水调节计算中假定若干个下泄流量值进行试算，当来水流量小于下泄流量，按来水流量下泄；当来水流量大于下泄流量，按假定的下泄流量值下泄，最终取肖严湖洪水调节计算最高水位接近23.50m的水位对应泄流量作为设计排洪流量。计算成果详见图1和表2所示。

因此，取35m3/s作为肖严湖的向正南洼地的排洪流量。4.2刘帝圩排涝流量确定

根据刘帝圩农作物种植结构、沟塘率等基本情况，参照相关规范，分析确定设计暴雨历时为3天，排涝历时也为3天。并根据周边正阳关、鲁台子、安丰塘三个雨量站实测降雨资料，推求历年最大3天设计暴雨，并根据降雨径流关系，确定设计净雨R。排涝模数计算通常有平均排除法、综合单位线法、水量平衡法和各地区中小面积设计洪水计算办法等，鉴于刘帝圩排涝面积较小且地形平坦，采用平均排除法计算刘帝圩排涝模数，计算公式如下：

M=（ahRt+as（Pt-ET-hs）+at（Pt-ET-ht））/3.6Tt

式中：M—排涝模数（m3/s/km2）；

ah、as、at—排涝区旱地率、水田率、沟塘率；

Pt—历时为T的设计暴雨（mm）；

Rt—历时为T的设计净雨（mm）；

E—水面日蒸发量（mm/d）；

T—涝水排除时间（d），该工程取3；

hs—水田滞蓄水深（mm）；

ht—沟塘滞蓄水深（mm）；

t—1d排涝时间，该工程取22h。

经计算刘帝圩7年一遇的抽排排涝模数为0.5m3/s/km2，排涝面积8.6 km2，则刘帝圩设计流量为4.3 m3/s。

图1 肖严湖洪水调节计算成果图（P=5%）

4.3 刘帝站排涝流量确定

经以上分析计算，采用线性叠加的方式确定刘帝排涝泵站排涝流量：即为确保肖严湖20年一遇设计洪水时圩堤安全条件下的最大排洪流量（35 m3/s）与刘帝圩7年一遇设计抽排流量（4.3 m3/s）两部分的叠加，因此最终确定得到刘帝排涝泵站排涝流量为39.3 m3/s。

5 结束语

以上讨论了复式排涝区泵站排涝流量的计算方法，在实际工作中应注意以下几点：

（1）准确掌握排涝区的农作物种植结构、河湖及沟塘等基本情况。

（2）应综合考虑涝区的地形地势、排水面积、作物种类、田间滞蓄涝水能力等因素，经论证合理确定设计暴雨历时、排除时间。

（3）在条件许可的情况下，尽量采用实测降雨资料。

（4）不同类型排涝区的排涝流量计算方法应结合涝区面积、地形和河湖水系条件、下垫面类型、排水方式，分别对待。主要有平均排除法、综合单位线法、水量平衡法和各地区中小面积设计洪水计算办法等。平均排除法主要用于排涝面积较小的且地形平坦的排涝区，该方法计算过程较简单，在采用平均排除法时，对自排的排涝涵闸一般不考虑沟塘及水面调蓄作用，但对抽排泵站应充分考虑沟塘及水面调蓄作用，避免排涝泵站装机偏大而造成不必要的浪费；综合单位线法适宜排涝区地形平坦且排涝面积较大的区域；水量平衡法对各种类型排涝区均可采用，但对有沟塘调蓄排涝区，该方法计算成果更精确。各地区中小面积设计洪水计算办法主要用于地形为丘陵地貌，有天然的排水沟渠的排涝区。对同一排涝区可采用多种方法计算的，应对每种计算方法成果进行对比分析，分析中重点考虑本市及周边地区已建排涝工程实际运用情况，合理选定。实际工作中用综合单位线法、中小面积设计洪水计算办法计算的设计流量均为洪峰流量，如确定排涝闸及排涝泵站等建筑物设计流量时应适当进行削峰处理，避免设计流量偏大造成不必要的浪费