（一）设计任务

1.设计目的

熟悉排水泵站的规划、布置和设计要点，懂得排涝泵站的设计工艺，加深对课堂知识的理解，培养学生进行工程设计、设备选型、技术改造及科学研究等方面的工作能力。

2.设计参数及有关资料

（1）地形资料，具体包括：

1）排灌泵站的站址地形图（1/500～1/1000）（任课教师另外提供）。

2）某河流排水口处堤顶高程为8.0m，堤顶宽B=6.0m，边坡系数m内=2.0、m外=3.0。

（2）地质资料，具体如下：

1）土壤为黑黄黏土，局部有黄沙夹层。

2）土壤黏聚力c=5～10N/cm2。

3）内摩擦角φ=15°～20°。

4）贯入击数N=10～15。

5）地基承载力fK=100～150kN/m2。

3.排涝要求

（1）根据规划，由该站所承担的总排水面积为19.2km2，其中水稻田面积为10.8km2，旱地及村庄房舍、道路占地为5.6km2，水面面积为2.8km2。旱地、村庄等暴雨径流系数c为0.55；水稻田排涝期间允许的滞水深度为35mm；河网、湖泊平均滞水深为60mm；稻田和河网在滞水期蒸发，渗漏等约占总降雨深的6%左右。

（2）排涝标准。根据当地经济发展状况和现有水利设施等因素综合分析，排涝泵站按5年一遇3日暴雨3日排干设计。经长系列资料分析，5年一遇的3日暴雨，暴雨深为197mm。

（3）排涝水位（参考《泵站设计规范》）。以较低处地面高程为3.7m作参考点，按排水总干渠1/10000的纵坡，考虑渠中水面距地面0.2m，则推得进水池的设计水位为3.1m。

设计最高内水位：按排水设施失效，泵站处出现5年一遇降雨历年沥涝水位设计。经调查，可取4.2m。

设计最低水位：以旱作物参考地块地下水降至临界深度为1.5m的情形设计。推算泵站进水池为2.3m。

设计外水位：按与设计暴雨同频率之外河水位推求，可得设计外水位为5.45m。

设计最高外水位：依排涝期间外河多年高水位的平均值求得为6.5m。

设计最低外水位：依排涝期间外河多年低水位的平均值求得为5.18m。

4.灌溉要求

（1）灌溉面积。较高地势的旱作物，枯水期间需扬水灌溉，灌溉面积为0.72万亩。

（2）设计灌溉流量。按一个流量灌溉一万亩地计算，其设计流量为0.72m3/s。

（3）灌溉干渠渠首的设计水位，经推算为7.5m。

（4）灌溉季节河道的枯水位为1.5m，设计水位为3.1m。

5.其他资料

（1）附近有6.6kV输电线路通过，经与供电部门联系，只需更换5.5km长的一段导线，就能保证泵站供电。

（2）河道大堤可兼作公路，交通方便；劳动力充足，附近有砂、石等天然建筑材料。

（3）建筑物等级为Ⅳ级。

（4）排水干渠断面要素。底宽b=4m，站前渠底高程为0.5m，边坡系数m=1.5，设计正常水深hc=2.6m，渠道纵坡为1/10000。

（二）设计内容及成果要求

要求学生独立完成排水泵站设计中初步设计阶段的部分内容，提交的成果包括设计说明书和设计图纸。

1.设计说明书包括的内容

（1）概述建站目的、设计任务、资料分析、设计所依据的规范和标准。

（2）机电设备选择的依据和计算。

（3）泵站各建筑物的形式、结构、布置的依据、计算结果及其草图。

（4）泵房尺寸拟订的依据和设备布置的说明。

（5）验证机组选择的合理性，并说明其在使用中应注意的问题。

（6）必要的附图、附表、参考文献。

（7）结束语，包括对泵站设计的评价、收获和存在的问题，改进意见等。

2.设计图纸包括的内容

（1）枢纽平面布置图（在1/500地形图上绘出）。

（2）泵房平面图，泵房纵、横剖面图。

（三）设计步骤及思路

1.熟悉资料

通过熟悉和分析资料，充分论证其建站的必要和可能性，避免盲目性，做到论据充分，有的放矢。

2.站址选择、枢纽布置(www.daowen.com)

根据地形、地质、交通、施工管理等多方面的因素，综合考虑确定泵站站址，一般排水泵站宜布置在河段靠下游处（外水位较低），以降低泵站排水扬程，达到节能的目的。

根据泵站的作用，合理确定枢纽的组成部分及结构形式，布置中力求工程量小、运行管理方便、管路短、综合效益高。当然，站址选择与枢纽布置要紧密结合，往往可能选择几个方案，通过比较，选择最优的方案，在泵站站址地形图上绘出枢纽布置平面图。

3.设计流量的计算

由于各地自然条件不同，推算排水流量的方法也不完全一致，设计时应根据各地情况选择适宜的方法。一般有以下3种方法：

（1）排水模数法。河北、山东、河南、天津、皖北、淮北、湖北平原地区，多采用统计结果的经验公式计算排水模数

式中 q——除涝设计排涝模数，m3/ （s·km2）；

F——排涝面积，km2；

R——设计暴雨所产生的径流深（一般由暴雨、径流关系推求）；

k——综合系数（由排水沟坡度、降雨历时及流域形状等因素确定）；

m——峰量系数（反映洪峰与洪量的关系）；

n——递减系数（反映排水模数与面积的关系）。

应用排涝模数公式推算排水流量时，可先根据所在地区排涝面积F的大小，选定公式中的k、m、n值，然后通过水文分析，通过设计暴雨推求径流深。最后计算设计流量Q（以m3/s计），公式为

（2）平均排除法。当排涝面积较小，地形较平坦，且区内只有分散的湖泊、沟港和河网时，一遇暴雨，全部面积上的产水除田间滞蓄和湖泊、沟港滞蓄一部分外，均需抽排。设计流量可按作物允许的耐淹时间内平均排除法确定。计算公式为

式中 Q——泵站设计流量，m3/s；

F水田——涝区内水田面积，km2；

F旱荒、F河湖——涝区内旱地、道路、村庄和河、港、湖泊的水面面积；

p设计——设计暴雨，mm；

T——排水天数，d，根据作物不同生长期的耐淹天数而定；

t——每天开机小时数，h，一般取20～24h；

C——旱荒地暴雨径流系数，随地形、地貌、植被等条件变化。一般由统计决定；

h田蓄、h河蓄——稻田及河网蓄涝水深，mm。

（3）调蓄演算法。排水面积较大，排区地形有高有低，还有一定容积的内湖可作为调蓄库容。调蓄演算可分为两种情况：

1）先排田，后排湖情况。排水区分为两部分：一部分为低田抢排区；另一部分为高田自流入湖区。利用湖泊蓄涝，把高低两部分面积的排水时间错开，就可以大大减少抽排流量和装机容量。这对于地面有一定高差的圩区是一种较好的排水方式，这种方式已在南方许多地区得到广泛的应用。如排田流量大于排湖流量，则以排田流量作为排水泵站的设计流量。然而，当沟港、湖泊的容积较大，可以蓄积涝区80%以上的涝水时，排湖流量往往大于排田流量，则以排湖流量作为泵站的设计流量。

2）全部排湖情况。排水区湖泊、河网的蓄水容积较大，位置较低，可以全部调蓄来自排水面积的涝水，而无低田的抢排要求，此时泵站的流量取决于排湖流量。

4.计算设计扬程

排水泵站的设计扬程计算的准确程度取决于所掌握水文资料的多寡。设计暴雨时，容泄区水位的确定，要根据较长资料的分析，才能得出较客观的规律。因而设计泵站前，要调查研究，避免主观武断，尽量减少不必要的失误。

5.机组选型

首先根据排水和灌溉（如需要时）所求得的流量和扬程的对比关系，确定是选择一种机组还是需要选择两种机组。一般来讲，灌溉扬程比排水要高，而灌溉流量比排水流量要小，二者相差较大。使用一种机组不利时，可选用两种机组，但必须注意尽可能做到一机多用。如二者扬程相差不多，尽可能选择同种机组，以便于管理、维修，且互为备用，提高提水保证率。

根据设计扬程，可在泵类产品样本中查得适合该扬程的几种水泵，按单机流量求得台数，这时可在几种方案中，从效率高低、管理维修、吸水性能、土建规模、机电设备投资等方面进行分析、比较，选取较优的水泵方案。

根据水泵所要求的配套功率和转速，选择相应的动力机。

6.确定泵房形式，设计进、出水建筑物

根据水源水位的变幅、站址处的地形、地质条件和水泵类型等，分析论证宜采用的泵房形式。

进、出水流道的选型和设计往往是排水泵站中要遇到的重要问题之一。排水水泵单机流量一般比较大，而扬程较低，进水流道的形式和尺寸的设计，直接关系到机组效率的高低，决不能马虎。排水泵站一般是越堤排出，是采用穿堤涵洞还是采用虹吸式出水流道，要根据堤防的防洪标准、河道排水期间的水位变幅及地质条件等确定。总之，要在保证运行安全可靠、效率较高的情况下，尽可能采用工程量小、投资省、建造容易的进、出水流道。

7.泵房内部布置及各部分尺寸的确定

布置时，首先应满足主机组的运行和维修、安装等要求，在此前提下，布置辅助设备，兼顾泵房通风及采光要求，并应符合有关建筑规范。

8.计算水泵工况点，进行工况校核

分别计算排涝和灌溉时水泵的工作点（设计工况），并对非设计工况进行校核。要求能够满足排、灌设计流量的需要（如也需要灌溉时），且水泵效率高，不产生汽蚀，在满负荷下运行不致超载。否则，应进行调节，必要时应该修改管路布置或重新选泵。

9.泵房整体稳定分析

计算内容包括以下几点：

（1）抗渗稳定分析。

（2）抗滑稳定分析。

（3）地基应力计算。

10.编写整理设计说明书和用CAD绘制图纸

提供的图纸包括：绘制枢纽平面布置图、泵房平面图、泵房纵剖面和横剖面图等。

（四）思考题

1.排区的排涝标准是如何确定的？排涝流量有哪几种确定方法，各种方法的适用条件如何？

2.泵站进、出水池有哪些水位需要确定，如何确定？各水位在泵站设计中有什么作用或意义？