圩区联排泵站布局方案优选

圩区联排泵站布局方案优选

程远

安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司    安徽省合肥市    230000

摘要：为了研究圩区中联排泵站不同布局方式及不同规模组合对圩内河道水位的影响，文章结合实际工程案例，采用MIKE11水动力模块，对封闭圩区中的河道、泵站概化后建立了模型进行模拟，计算在相同水系条件下，泵站不同布局、不同流量组合对圩区水位的影响变化，对封闭圩区联排泵站布局及规模做出优选。

关键词：圩区；MIKE11；水动力学模块；联排；泵站布局

1、前言

平原圩区的除涝排水系统，一般包括河网、沟塘、排涝站、排水闸等工程措施，其共同承担着设计标准条件下的除涝任务，系统中每一项工程措施的规模和布局都与其他工程措施的规模和布局有着紧密联系，如果每一项工程措施都能合理配合，使之处在最优的状态下工作，便可获得最大的排涝效益。因此，无论是规模布局还是调度运行，都存在最优化问题。而现今圩区受土地因素制约，圩内河网水系大范围拓宽调整存在较大困难，本文以马鞍山博望区农场片区联排泵站为例，通过MIKE11水动力模块建模，概化区域河网水系，对封闭圩区联排泵站布局及规模做出优选。

2、基本情况

军民圩农场片位于马鞍山市博望区，南滨石臼湖，与湖阳圩相望，西畔丹阳新河，北傍高丘岗地，东临野风港河。经过多年建设，军民圩农场片内基本形成了“五横两纵”的水系布局，圩内水系互为贯通，河道断面基本一致，区内现状分布泵站3座，分别为农场一站、农场二站及农场三站，3座泵站为联排泵站，总排水面积20.5km²。由于农场二站、农场三站建设年代久远，经泵站安全鉴定后，评定为四类站，进行拆除重建，农场一站仍维持现状规模。在设计标准条件下，区域泵站总设计规模需达到24.2m3/s，扣除农场一站设计流量6.8m³/s，拆除重建后的农场二站、三站总设计流量为17.4m³/s。本文采用MIKE11建模，对泵站不同布局方式、不同流量组合进行对比，进而对联排泵站布局进行优选。

3、模型基本方程

丹麦DHI公司研发的DHI MIKE是一、二维动态耦合的洪水模拟软件，MIKE11模型可对各种复杂的建筑物做单独或者联合调度，适用于宏观上的流域控制性工程规模论证分析。MIKE11水动力模块采用6点Abbott~Ionescu有限差分格式对圣维南方程组求解。

圣维南方程是反应有关物理定律的微分方程，包括连续方程（质量守恒定律）和动量方程（牛顿第二定律）：

式中：Q—断面流量，m³/s；q—侧向入流，m³/s；A—过水面积，m²；h—断面水位，m；R—水力半径，m；C—谢才系数；α—动量修正系数。

4、模型概化

模型概化主要包括圩内主要河道及控制建筑物。由于圩内现状大塘多为养殖大塘，在汛期基本不考虑调蓄，因此本次计算概化河道7条，概化主要建筑物3座。河长参数依据现状河道情况确定，河道断面依据区域水面率采用河边距~河底高程形式在计算中反映，控制建筑物主要是排涝泵站，概化的主要参数包括泵站流量、泵站控制运行条件及控制运行水位，河网水动力模型概化详见图1。

图1  模型概化图

5、边界条件

（1）入流条件

本地区内缺乏水文资料，特别是无流量资料，无法直接推求区域的设计汇流。因此本次利用安徽省水利水电勘测设计院1995年编制的《安徽省长短历时年最大暴雨统计参数等值线图》，和1984年编制的《安徽省暴雨参数等值线图、山丘区产汇流分析成果和山丘区中、小面积设计洪水计算办法》推求区域汇流过程线，同时将汇流过程概化为集中入流进入河网。

（2）初始水位

根据区域地形条件及泵站控制运行条件，河网区初始水位确定为泵站最低运行水位3.7m。

（3）泵站控制运行条件

结合泵站控制运行条件，泵站起排水位采用4.0m，当水位低于3.7m泵站停止运行。

（4）糙率系数

根据相关规范，参照区域河道水网基本情况，河道糙率系数采用0.03。

6、布局方案及水位成果

本模型分别针对农场二站、三站合建、分建及不同规模组合进行分析计算，河网初始水位为3.7m，泵站起排水位为4.0m，通过河网水动力模型计算，当区域遭遇10年一遇降雨时，不同方案泵站设计流量及图1中位置①及位置②最高水位详见表1，主要节点位置逐时段水位变化详见图2。

表1  布局方案及水位成果

图2  不同位置逐时段水位变化

7、结论

通过本案例水位成果分析，可得出以下结论：

（1）通过实际算例，计算出了圩区不同位置不同时段相应的水位变化曲线，计算过程基本可反映出联排泵站不同规模及布局对圩内水位的影响。

（2）圩内联排泵站与泵站布局相关，泵站合建时，圩区最高水位控制一致，工程投资虽相对较省，但局部位置涝水汇集距离增加，变相增加了涝区受涝时间；泵站分建时，各不利排水点涝水汇水距离更短，排涝效率更高。

（3）由于本案例圩内水系互通，断面基本一致，当泵站采取相同规模时，圩内排涝水位控制的最低，因此认为圩内联排泵站规模与排涝沟排涝能力协调时，联排泵站效率最高。

（4）在未来圩区联排泵站布局及规模确定中，应综合比较工程投资、受涝范围及圩内水系规模，合理确定泵站布局及规模。

参考文献

[1]DHI MIKE FLOOD 洪水模拟技术应用与研究[M]，中国水利水电出版社；

[2]张尧，MIKE11水动力模块在封闭圩区水系布局模拟计算中的应用[J]，中国水运，2012；

[3]赵尔官，MIKE11模型在万顷沙平原河网排涝分析中的应用[J]，广东水利水电，2019。