论文部分内容阅读
[摘要] 如今的市政建设对雨水排放和雨水重复利用要求越来越高，雨水泵站的设计问题关系到城市雨水管道系统的正常运转，对保证市政建设有着重要的作用。本文分析了雨水泵站的重要作用，提出了设计过程中必须要考虑到的相关问题，总结了要从汇水面积划分、工艺设计、集水形式、泵站形式等方面综合考虑的设计理念，为保证雨水泵站的设计工艺对城市水循环做出有利贡献起到了一定的借鉴意义。
[关键词] 雨水泵站 设计 分析
如今的市政建设对雨水排放和雨水重复利用的要求越来越高，雨水泵站的设计问题关系到城市雨水管道系统的正常运转，对保证市政建设有着重要的作用，本文特此对市政雨水泵站的设计问题进行了全面、细致地分析。
1.雨水泵站的重要作用
雨水泵站是指设置于雨水管道系统中或城市低洼地带，用以排除城区雨水的泵站。雨水泵站的作用主要是控制雨水管道内的水位，在雨水管道水位较高的情况下对城市雨水进行快速排出，保证雨水管道的畅通和排泄能力，避免城市各种设施因受雨水淹没而带来的损失。对市政雨水泵站而言，其设计应该秉承流量大、扬程低的特点。目前我国市政雨水泵站都采用轴流泵，有时也用混流泵。无论选用何种泵目的都是为了适应当地的城市情况，以设计的合理性来保证城市雨水管道系统的畅通，同时也为城市雨水重复利用提供必要的动力保障。
2.雨水泵站设计中应注意的问题
2.1雨水泵站设计流量的确定
雨水泵站设计流量的计算要求准确，准确的设计流量才能避免泵站的建设成本过大、过小或者是出现其它的技术问题。为了保证设计的准确性，必须要考虑到雨水泵站所处的城市地理情况，要与城市雨水管道设计同步进行。对位于城市新建区内的雨水泵站，要以发展的眼光看待问题，预留一定的设计流量，保证未来接入的雨水能顺利排放；对位于旧城区内的雨水泵站，设计流量不仅要考虑降雨量，也要考虑到因旧城区雨水管网陈旧而导致地下水的入渗或污水管错接入雨水管等问题，要考虑7%左右的设计富裕流量（也就是在降雨量的基础上增加7%的流量作为雨水泵站总的设计流量）。
2.2雨水泵的选择
国内大、中型雨水泵站多选择轴流泵。轴流泵是一种利用叶轮旋转对水体产生推力(升力)工作的大流量低扬程的水泵，有立式、卧式、斜式及贯流式数种。据了解轴流泵有独立设计的高效节能、抗汽蚀性的优点，是目前较好的雨水泵，可靠性高，且与传统水泵具有互换性，便于工程选型、使用。而且操作方便，易于实现遥控和自动控制，这也是我国多数雨水泵站都选用这类水泵的原因。采用该型潜水泵是沿江、湖泊地区修建泵站时，解决电机防洪问题最彻底的办法，且省去机泵间的长轴和中间轴承，使机组运行更为可靠。而雨水泵的选用台数因降雨具有季节性的特点，在便于自动控制的情况下，一般选用的雨水泵不得少于2台，也不宜多于5台，并且不设备用泵。当雨水泵的流量确定后，还要确定水泵的扬程。每台泵单独运转时有一定的启止水位，如需另一台泵参加运转时则另有启止水位。雨水泵的启动及停止—般是按集水池水位来控制的，第一台水泵及第二台水泵之间应有不同的启止水位且水位差不宜过大，应该在0.3～0.6m之间。
3.雨水泵站的设计分析
3.1汇水面积的划分
汇水面积（集水面积）指河流支流所流经的区域，断面以上流域分水岭所包围的面积。也就是说：流域分水岭以内降水所产生的径流都要通过该断面。一般来说，雨水管道设计流量的计算公式为：
Q＝сFq
式中Q为雨水管道设计流量（升/秒）;с为径流系数（雨水径流量和降落量的比值）；F为汇水面积（公顷）；q为设计降雨强度,以单位面积降雨流量计〔升/（秒·公顷）〕。汇水面积一般根据高水高排、低水低排的原则划分，人为创造条件以尽可能减少高水排入低水系统或者低水排入高水系统的情况。例如：对于市政工程人行地道的雨水排放，通常在地道两端设置驼峰以阻止其他区域的雨水涌入地道，从而减少地道雨水泵站负荷。又如：对于建筑排水，国家现行《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）（2009年版）第4.9.7条规定：雨水汇水面积应按地面、屋面水平投影面积计算。高出屋面的毗鄰侧墙，应附加其最大受雨面正投影的一半作为有效汇水面积计算。现以图1为例进行理解，假如一场刮弱风的暴雨，A区为淋雨面，雨水径流汇入B区，应全部计入汇水面积；C区为避雨面，不计入汇水面积；当雨线与地面的夹角a趋向90°时，B区即道路路面投影面积的100％产生径流，而A区仍为淋雨面因此图1中的汇水面积应为f（A、B、c）。①即：
图1 暴雨情况分析图
可见，对于不同类型的工程，汇水面积划分存在不同的要求和技巧。
3.2集水设计
雨水泵站集水池的容积不必过大，以减少土建成本。因为相对雨水设计流量，集水池再大也不可能完全地完成集水任务，所以集水池的调节作用可以忽略不计。起到调节作用的是雨水管道，所以集水池的容积满足基本的吸水条件即可。集水池的容积以最大一台水泵流量为标准进行计算，一般采用30s～1min的流量。对于自动控制的集水池容积可以小一些，但均不得低于最小值(30s)的流量。②而对于集水池的深度来讲，是指集水池中最高水位和最低水位之间的有效水深，雨水泵站的最高水位可以采用进水管渠的管顶高程，最低水位可以采用相当于最小一台水泵流量的进水管水位高程。集水池容积的计算范围，除集水池本身外，可以向上游推算到格栅的部位。另外，在设计集水池时还要考虑到污泥的情况，对城市的污泥流量要进行必要的数据验证，保证雨季的排污能力在设计的范围内。
3.3泵站形式
对雨水泵站而言主要组成部分是泵房和集水池，泵房中设置由水泵和动力设备组成的机组。动力设备通常是电动机，设有配电盘。泵房顶部设起重设备，供安装和检修时起吊机组之用。集水池中设置机械或人工清除垃圾的格栅，拦挡粗大的和容易截住的悬浮物，以防水泵阻塞。集水池有一定的储水容积以利水泵的启动。泵房和集水池通常建在一起，但当地质条件较差、选用非自灌或半自灌启动的排水泵时，宜于采用分建式布置。另外，雨水泵站设计的形式要考虑到泵站位于城市雨水系统的具体位置。如果雨水经泵站提升后直排河道,雨水中经过粉碎的固体颗粒物等杂质会直接污染河道,故此时采用合建式泵站不合适；如果雨水排入城市合流管道,雨水中的污染物可通过截流形式将截流污水排入污水厂进行处理,此时可采用合建式雨水泵站,集水池前适宜采用粉碎型格栅。
3.4工艺设计
目前我国城市雨水泵站的工艺设计常采用以下方式：雨水干管→格栅间→进水管→雨水调节池→雨水泵站→水泵压力出水管→出流井。以上工艺流程并不是一成不变的，可以根据每个地区的具体情况合并或减少。如格栅间、雨水调节池均可设在雨水泵站内合并成—个构筑物。雨水泵站的工艺设计要考虑到泵站投产以后的运行管理情况，特别应该注意的是雨水泵站内部分闸门应采用暗杆式控制，这种控制方式能够更好地开启和关闭管道路线，有较好的操作性能，而蝶阀、球阀等控制阀门则不适合重复地开启和关闭。而且，暗杆式控制阀门的重复开闭功能能够更好地避免堵塞情况的发生，这种暗杆式控制阀门有较好的自我封闭性能，能够避免污水对阀门的腐蚀影响。除此之外为减少突然断电等事故的影响、保证全地下式泵站及调蓄池的安全，泵站的进、出水可采用速闭闸门。
总之，雨水泵站在城市水循环系统中有着重要的作用，在设计过程中必须要考虑到当地的雨水量问题，并根据雨水量来选择合适的雨水泵。而具体的设计分析则要从汇水面积划分、工艺设计、集水形式、泵站形式等方面综合考虑，以保证设计工艺对城市水循环作出有利的贡献。
注释：
① 冯统宏. 浅析循环水泵房沉井下沉施工工艺[J]. 山西建筑, 2009,(01)：175-177 .
② 王增先. 雨水泵站沉井施工[J]. 山西建筑, 2011,(04) ：67-68.
参考文献:
[1] 冯统宏. 浅析循环水泵房沉井下沉施工工艺[J]. 山西建筑, 2009,(01)：175-177 .
[2] 王增先. 雨水泵站沉井施工[J]. 山西建筑, 2011,(04) ：67-68.
[3] 孙贵林. 雨水泵站自动监控系统[J]. 水运工程, 2005,(05)：115-118.
[关键词] 雨水泵站 设计 分析
如今的市政建设对雨水排放和雨水重复利用的要求越来越高，雨水泵站的设计问题关系到城市雨水管道系统的正常运转，对保证市政建设有着重要的作用，本文特此对市政雨水泵站的设计问题进行了全面、细致地分析。
1.雨水泵站的重要作用
雨水泵站是指设置于雨水管道系统中或城市低洼地带，用以排除城区雨水的泵站。雨水泵站的作用主要是控制雨水管道内的水位，在雨水管道水位较高的情况下对城市雨水进行快速排出，保证雨水管道的畅通和排泄能力，避免城市各种设施因受雨水淹没而带来的损失。对市政雨水泵站而言，其设计应该秉承流量大、扬程低的特点。目前我国市政雨水泵站都采用轴流泵，有时也用混流泵。无论选用何种泵目的都是为了适应当地的城市情况，以设计的合理性来保证城市雨水管道系统的畅通，同时也为城市雨水重复利用提供必要的动力保障。
2.雨水泵站设计中应注意的问题
2.1雨水泵站设计流量的确定
雨水泵站设计流量的计算要求准确，准确的设计流量才能避免泵站的建设成本过大、过小或者是出现其它的技术问题。为了保证设计的准确性，必须要考虑到雨水泵站所处的城市地理情况，要与城市雨水管道设计同步进行。对位于城市新建区内的雨水泵站，要以发展的眼光看待问题，预留一定的设计流量，保证未来接入的雨水能顺利排放；对位于旧城区内的雨水泵站，设计流量不仅要考虑降雨量，也要考虑到因旧城区雨水管网陈旧而导致地下水的入渗或污水管错接入雨水管等问题，要考虑7%左右的设计富裕流量（也就是在降雨量的基础上增加7%的流量作为雨水泵站总的设计流量）。
2.2雨水泵的选择
国内大、中型雨水泵站多选择轴流泵。轴流泵是一种利用叶轮旋转对水体产生推力(升力)工作的大流量低扬程的水泵，有立式、卧式、斜式及贯流式数种。据了解轴流泵有独立设计的高效节能、抗汽蚀性的优点，是目前较好的雨水泵，可靠性高，且与传统水泵具有互换性，便于工程选型、使用。而且操作方便，易于实现遥控和自动控制，这也是我国多数雨水泵站都选用这类水泵的原因。采用该型潜水泵是沿江、湖泊地区修建泵站时，解决电机防洪问题最彻底的办法，且省去机泵间的长轴和中间轴承，使机组运行更为可靠。而雨水泵的选用台数因降雨具有季节性的特点，在便于自动控制的情况下，一般选用的雨水泵不得少于2台，也不宜多于5台，并且不设备用泵。当雨水泵的流量确定后，还要确定水泵的扬程。每台泵单独运转时有一定的启止水位，如需另一台泵参加运转时则另有启止水位。雨水泵的启动及停止—般是按集水池水位来控制的，第一台水泵及第二台水泵之间应有不同的启止水位且水位差不宜过大，应该在0.3～0.6m之间。
3.雨水泵站的设计分析
3.1汇水面积的划分
汇水面积（集水面积）指河流支流所流经的区域，断面以上流域分水岭所包围的面积。也就是说：流域分水岭以内降水所产生的径流都要通过该断面。一般来说，雨水管道设计流量的计算公式为：
Q＝сFq
式中Q为雨水管道设计流量（升/秒）;с为径流系数（雨水径流量和降落量的比值）；F为汇水面积（公顷）；q为设计降雨强度,以单位面积降雨流量计〔升/（秒·公顷）〕。汇水面积一般根据高水高排、低水低排的原则划分，人为创造条件以尽可能减少高水排入低水系统或者低水排入高水系统的情况。例如：对于市政工程人行地道的雨水排放，通常在地道两端设置驼峰以阻止其他区域的雨水涌入地道，从而减少地道雨水泵站负荷。又如：对于建筑排水，国家现行《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）（2009年版）第4.9.7条规定：雨水汇水面积应按地面、屋面水平投影面积计算。高出屋面的毗鄰侧墙，应附加其最大受雨面正投影的一半作为有效汇水面积计算。现以图1为例进行理解，假如一场刮弱风的暴雨，A区为淋雨面，雨水径流汇入B区，应全部计入汇水面积；C区为避雨面，不计入汇水面积；当雨线与地面的夹角a趋向90°时，B区即道路路面投影面积的100％产生径流，而A区仍为淋雨面因此图1中的汇水面积应为f（A、B、c）。①即：
图1 暴雨情况分析图
可见，对于不同类型的工程，汇水面积划分存在不同的要求和技巧。
3.2集水设计
雨水泵站集水池的容积不必过大，以减少土建成本。因为相对雨水设计流量，集水池再大也不可能完全地完成集水任务，所以集水池的调节作用可以忽略不计。起到调节作用的是雨水管道，所以集水池的容积满足基本的吸水条件即可。集水池的容积以最大一台水泵流量为标准进行计算，一般采用30s～1min的流量。对于自动控制的集水池容积可以小一些，但均不得低于最小值(30s)的流量。②而对于集水池的深度来讲，是指集水池中最高水位和最低水位之间的有效水深，雨水泵站的最高水位可以采用进水管渠的管顶高程，最低水位可以采用相当于最小一台水泵流量的进水管水位高程。集水池容积的计算范围，除集水池本身外，可以向上游推算到格栅的部位。另外，在设计集水池时还要考虑到污泥的情况，对城市的污泥流量要进行必要的数据验证，保证雨季的排污能力在设计的范围内。
3.3泵站形式
对雨水泵站而言主要组成部分是泵房和集水池，泵房中设置由水泵和动力设备组成的机组。动力设备通常是电动机，设有配电盘。泵房顶部设起重设备，供安装和检修时起吊机组之用。集水池中设置机械或人工清除垃圾的格栅，拦挡粗大的和容易截住的悬浮物，以防水泵阻塞。集水池有一定的储水容积以利水泵的启动。泵房和集水池通常建在一起，但当地质条件较差、选用非自灌或半自灌启动的排水泵时，宜于采用分建式布置。另外，雨水泵站设计的形式要考虑到泵站位于城市雨水系统的具体位置。如果雨水经泵站提升后直排河道,雨水中经过粉碎的固体颗粒物等杂质会直接污染河道,故此时采用合建式泵站不合适；如果雨水排入城市合流管道,雨水中的污染物可通过截流形式将截流污水排入污水厂进行处理,此时可采用合建式雨水泵站,集水池前适宜采用粉碎型格栅。
3.4工艺设计
目前我国城市雨水泵站的工艺设计常采用以下方式：雨水干管→格栅间→进水管→雨水调节池→雨水泵站→水泵压力出水管→出流井。以上工艺流程并不是一成不变的，可以根据每个地区的具体情况合并或减少。如格栅间、雨水调节池均可设在雨水泵站内合并成—个构筑物。雨水泵站的工艺设计要考虑到泵站投产以后的运行管理情况，特别应该注意的是雨水泵站内部分闸门应采用暗杆式控制，这种控制方式能够更好地开启和关闭管道路线，有较好的操作性能，而蝶阀、球阀等控制阀门则不适合重复地开启和关闭。而且，暗杆式控制阀门的重复开闭功能能够更好地避免堵塞情况的发生，这种暗杆式控制阀门有较好的自我封闭性能，能够避免污水对阀门的腐蚀影响。除此之外为减少突然断电等事故的影响、保证全地下式泵站及调蓄池的安全，泵站的进、出水可采用速闭闸门。
总之，雨水泵站在城市水循环系统中有着重要的作用，在设计过程中必须要考虑到当地的雨水量问题，并根据雨水量来选择合适的雨水泵。而具体的设计分析则要从汇水面积划分、工艺设计、集水形式、泵站形式等方面综合考虑，以保证设计工艺对城市水循环作出有利的贡献。
注释：
① 冯统宏. 浅析循环水泵房沉井下沉施工工艺[J]. 山西建筑, 2009,(01)：175-177 .
② 王增先. 雨水泵站沉井施工[J]. 山西建筑, 2011,(04) ：67-68.
参考文献:
[1] 冯统宏. 浅析循环水泵房沉井下沉施工工艺[J]. 山西建筑, 2009,(01)：175-177 .
[2] 王增先. 雨水泵站沉井施工[J]. 山西建筑, 2011,(04) ：67-68.
[3] 孙贵林. 雨水泵站自动监控系统[J]. 水运工程, 2005,(05)：115-118.