摘要：本文結(jié)合作者多年的設(shè)計經(jīng)驗，通過理論研究及實踐分析，對城鎮(zhèn)排水泵站流量計算、揚程計算、水泵和泵房設(shè)計及泵站選址的相關(guān)內(nèi)容進行了詳細介紹，為市政排水設(shè)計工作者提供參考與借鑒。
　　
　　關(guān)鍵詞：排水泵站，流量，揚程，水泵設(shè)計
　　
　　城鎮(zhèn)排水規(guī)劃設(shè)計中，為了控制管道埋深、滿足污水廠進水或滿足受納水體水位標高要求，均需要設(shè)置不同形式的排水泵站。排水泵站根據(jù)排水性質(zhì)的不同分為三類：污水泵站、雨水泵站及合流泵站。其中污水泵站、雨水泵站應(yīng)用于分流制排水系統(tǒng)，分別用以提升排放污水、雨水；合流泵站應(yīng)用于合流制或截流式合流制排水系統(tǒng)中，兼具有污水泵站和雨水泵站兩者的特點，當(dāng)無雨時，泵站提升污水，性質(zhì)同污水泵站，當(dāng)下雨時，泵站提升雨污混合水，性質(zhì)同雨水泵站。
　　1泵站設(shè)計流量的確定
　　1.1污水泵站設(shè)計流量
　　污水泵站設(shè)計流量為最高日最高時污水流量，設(shè)計流量可以采用人口綜合用水量指標和用地用水量指標為依據(jù)進行計算。
　　1）采用人口綜合用水量指標按下式計算：
　　Qdr＝Qd+Qm
　　式中：Qdr－污水設(shè)計流量(L/s)
　　Qd－設(shè)計綜合生活污水量(L/s)
　　Qm－設(shè)計工業(yè)廢水量(L/s)
　　設(shè)計綜合生活污水可按綜合生活用水定額確定，折污系數(shù)取0.8~0.9；工業(yè)廢水按生產(chǎn)工藝特點確定。
　　2）當(dāng)設(shè)計區(qū)域內(nèi)人口數(shù)據(jù)無法估算時，可采用用地用水量指標按下式計算：
　　Qdr＝ΣQfF
　　式中：Qdr－污水設(shè)計流量(L/s)
　　Qf－單位面積某類污水量[(L/(km2•s)]
　　F－某類服務(wù)面積（km2）
　　單位面積污水量可按各類性質(zhì)用地的用水量定額確定，綜合生活污水折污系數(shù)取0.8~0.9，工業(yè)廢水折污系數(shù)取0.7~0.9。該用水量定額為規(guī)劃指標，因其數(shù)值較大，設(shè)計采用時應(yīng)酌情減小。
　　1.2雨水泵站設(shè)計流量
　　雨水設(shè)計流量計算有傳統(tǒng)的推理公式法和新興的數(shù)學(xué)模型法兩種。推理公式計算簡單，但精確度低與實際吻合度差；數(shù)學(xué)模型法計算精度高，能模擬降水過程，但計算較為復(fù)雜。目前雨水流量計算仍以推理公式為主，但數(shù)學(xué)模型法是雨水設(shè)計流量計算的發(fā)展趨勢，以下為推理公式法為例推求雨水泵站設(shè)計流量。
　　1）雨水泵站設(shè)計流量按下式計算：
　　Qs=qΨF
　　式中：Qs－雨水設(shè)計流量（L/s）
　　q－設(shè)計暴雨強度[L/(s•hm2)]
　　Ψ－徑流系數(shù)
　　F－匯水面積（hm2）
　　2）設(shè)計暴雨強度按下式計算：
　　      
　　式中：q－設(shè)計暴雨強度[L/(s•hm2)]
　　t－降雨歷時（min）
　　T－設(shè)計重現(xiàn)期（a）
　　A1、C、n、b－參數(shù)，各地均有成熟的數(shù)據(jù)可使用，不必計算
　　3）計算過程中的注意問題：
　　設(shè)計重現(xiàn)期：一般地區(qū)采用1-3年，重要地區(qū)3~5年，特別重要地區(qū)10年或以上。設(shè)計重現(xiàn)期取大值，設(shè)計流量大，可以降低城鎮(zhèn)積水頻率，但會增加泵站及上游管道投資及運行費用，根據(jù)實際設(shè)計經(jīng)驗，除有特殊要求外，一般地區(qū)取值可按1年考慮。
　　徑流系數(shù)：當(dāng)服務(wù)范圍較小時，可按地面種類取分類徑流系數(shù)；當(dāng)服務(wù)范圍較大時，可按區(qū)域情況取綜合徑流系數(shù)。隨著城市綠化率加大以及低影響開發(fā)理念貫徹，取值有逐年減小趨勢。
　　
　　1.3合流泵站設(shè)計流量
　　合流泵站流量計算分為兩種情況：一種為設(shè)在合流管道（截流井前）上的泵站，提升全部污水及雨水；一種為設(shè)在截流管道（截流井后）上的泵站，提升全部污水及截流雨水，或者提升溢流雨水。
　　1）合流管道上的泵站設(shè)計流量按下式計算：
　　Q=Qdr+Qs
　　式中：Q－合流設(shè)計流量(L/s)
　　Qs－雨水設(shè)計流量（L/s）
　　Qdr－截流井以前的旱流污水量（L/s）
　　2）截流管道上的泵站設(shè)計流量按下式計算：
　　溢流雨水：Q1=Qs-noQdr       
　　截流污水：Q2=(no+1)Qdr      
　　式中：Q1—溢流雨水設(shè)計流量（m3/s）
　　Q2—截流污水設(shè)計流量（m3/s）
　　Qs—雨水設(shè)計流量（m3/s）
　　Qdr—旱流污水設(shè)計流量（m3/s）
　　no—截流倍數(shù)，取值1~5
　　1.4設(shè)計流量校核
　　1）泵站設(shè)計流量應(yīng)分別計算遠期流量和近期流量，設(shè)計流量應(yīng)按遠期取值，近期校核設(shè)計水位及流速。泵站土建規(guī)模按遠期流量設(shè)計，水泵等設(shè)備按近期流量安裝。
　　2）根據(jù)1.1~1.3計算的泵站設(shè)計流量需用泵站進水管道的設(shè)計流量進行校核，泵站設(shè)計流量應(yīng)與進水管道設(shè)計流量相符。對于已建成的進水管道，當(dāng)計算泵站流量大于管道流量時，應(yīng)考慮管道改造的可能性，如果管道有改造計劃，則設(shè)計流量取計算數(shù)值，如果管道不存在改造條件，應(yīng)采用管道流量作為泵站設(shè)計流量。
　　3）泵站設(shè)計流量的確定應(yīng)充分調(diào)查分析區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有排水泵站的實際運行情況及流量數(shù)據(jù)，以此為參考依據(jù)，對計算流量進行適當(dāng)調(diào)整，使泵站建成后運行更加符合實際情況。
　　4）泵站設(shè)計流量應(yīng)與下游管渠的排水能力相適應(yīng)，設(shè)計時需對下游管渠排水情況進行調(diào)查分析，必要時進行改造，使之滿足泵站設(shè)計流量要求。
　　2泵站設(shè)計揚程的確定
　　2.1集水池及出水設(shè)計水位
　　集水池水位及污水出水管道、雨水受納水體水位直接影響泵站設(shè)計揚程，揚程計算前應(yīng)準確合理確定以上兩個水位。
　　1）集水池設(shè)計水位
　　集水池設(shè)計最低水位可以按進水管道的管底高程確定，也可低于該水位，最低水位應(yīng)能滿足水泵正常運行要求。污水泵站集水池設(shè)計最高水位按充滿度計算，與設(shè)計充滿度下管內(nèi)水位相平；雨水及合流泵站集水池設(shè)計最高水位與進水管管頂相平，由于雨水管道多為壓力狀態(tài)下下運行，雨水最高水位可高于進水管管頂，但不得使管道上游地面冒水。
　　最高水位與最低水位之差應(yīng)能滿足集水池最小有效容積要求：污水泵站集水池有效容積≥最大一臺泵5min出水量，雨水及合流泵站集水池有效容積≥最大一臺泵30s出水量，污水泵站還應(yīng)滿足單臺泵開啟次數(shù)不大于6次/h。
　　2）出水設(shè)計水位
　　污水泵站及合流泵站出水水位即下游管道的設(shè)計水位，包括最小流量水位，平均流量水位、最大流量水位。
　　雨水泵站出水水位即受納水體的水位，包括低水位、常水位、高水位。
　　2.2泵站設(shè)計揚程
　　泵站設(shè)計揚程按下式計算：
　　Hp=Hs+Σh+ha
　　式中：Hp－設(shè)計揚程(m)
　　Hs－靜揚程(m)
　　Σh－進出水管路及水泵水頭損失（m）
　　ha－安全水頭（m），0.3~0.5m
　　1）雨水泵的靜揚程Hs應(yīng)根據(jù)受納水體常水位與集水池設(shè)計水位差確定，此時水泵揚程Hp為雨水泵設(shè)計揚程。
　　以受納水體低水位與集水池設(shè)計最高水位之差為靜揚程計算的Hp為最低工作揚程；以受納水體高水位與集水池設(shè)計最低水位之差為靜揚程計算的Hp為最高工作揚程。
　　2）污水泵及合流泵的凈揚程Hs應(yīng)根據(jù)平均流量時出水管渠水位與集水池設(shè)計水位差確定，此時水泵揚程Hp為污水泵及合流泵設(shè)計揚程。
　　以設(shè)計最小流量時出水管渠水位與集水池設(shè)計最高水位之差為靜揚程計算的Hp為最低工作揚程；以設(shè)計最大流量時出水管渠水位與集水池設(shè)計最低水位之差為靜揚程計算的Hp為最高工作揚程。
　　3）為了保證泵站安全運行，集水池設(shè)計水位可按最低水位取值，也可酌情高于該水位。
　　4）泵站實際運行時揚程處在最低揚程與最高揚程之間，最低工作揚程和最高工作揚程作為選泵的參考依據(jù)。
　　5）設(shè)計揚程和水泵選型及管路設(shè)計有關(guān)，兩者應(yīng)相互校核。
　　3水泵設(shè)計
　　3.1水泵配置
　　1）水泵選型直接影響泵房布置及運行管理，選泵型號應(yīng)與集水池最小容積相互協(xié)調(diào)校核，且能滿足最大流量與最小流量的運行要求。
　　2）水泵型號不宜太多，應(yīng)盡量選用同一型號，臺數(shù)不應(yīng)少于2臺。當(dāng)最小流量與設(shè)計流量相差很大時，可配置兩種不同規(guī)格的水泵。
　　3）污水和合流泵站因全年運行應(yīng)設(shè)備用泵，工作泵臺數(shù)≤4臺時，備用泵宜為1臺；工作泵臺數(shù)≥5臺時，備用泵宜為2臺。雨水泵站因只有在雨季運行，可在旱季檢修，通常不設(shè)備用泵，但重要立交道路的雨水泵站應(yīng)設(shè)備用泵。
　　3.2水泵選型
　　1）水泵選型應(yīng)滿足設(shè)計揚程時在高效區(qū)運行，最高工作揚程與最低工作揚程時、單臺運行或聯(lián)合運行時，水泵均應(yīng)能處在安全、穩(wěn)定的運行范圍內(nèi)。
　　2）水泵類型：排水泵站常用水泵類型有離心泵、軸流泵、混流泵，其中離心泵流量小揚程高，多用于污水及合流泵站；軸流泵、混流泵流量大揚程低，多用于雨水泵站。近些年潛水排污泵、潛水軸流泵及潛水混流泵的出現(xiàn)，為排水泵站設(shè)計提供了新的工藝，潛水泵具有安裝檢修方便、運行效率高噪音低、適應(yīng)性能強等優(yōu)點，因此目前排水泵站設(shè)計廣泛采用，但因其電機長期浸沒水中，對電機及線路要求嚴格。設(shè)計時污水泵站一般采用潛水排污泵，雨水泵站一般采用潛水軸流泵、潛水混流泵。水泵選型時應(yīng)綜合考慮泵站特點確定采用泵的類型，使泵站能高效低耗運轉(zhuǎn)，滿足排水及環(huán)境保護要求。
　　4泵房設(shè)計
　　泵房形式取決于泵站性質(zhì)、建設(shè)規(guī)模、水泵選型和數(shù)量、進出水情況、施工方法及水文地質(zhì)條件等因素，應(yīng)從設(shè)計、造價、施工、運行管理等方面綜合考慮確定。泵房形式分為以下類：
　　1）按地面上是否有建筑物分為半地下式泵房和全地下式泵房。半地下式泵房設(shè)備分為地上及地下兩部分，地下設(shè)水泵等設(shè)施，地上設(shè)機器間、變配電及其它輔助設(shè)施，該種形式泵站優(yōu)點是具有良好的運行管理條件，缺點是容易造成噪聲臭味污染，地上建筑物容易影響景觀；全地下式泵房設(shè)備全部設(shè)于地下，地面以上沒有建筑物，該種形式泵站優(yōu)點是可減少占地或者不存在占地問題，不影響地面景觀，減少了噪聲、臭味污染，缺點是設(shè)備全部密閉于地下，運行管理條件差，地下潮濕通風(fēng)條件差，對設(shè)備及人員安全造成威脅，需增加通風(fēng)除臭及有毒有害氣體檢測裝置，運行費用高。目前半地下式泵房仍是常采用的形式，全地下式泵房只有在用地緊張或不允許建地上建筑物的情況下采用。
　　2）按啟泵前能否自動充水分為自灌式泵房和非自灌式泵房。自灌式泵房水泵啟動不需要引水，操作方便、啟動快，但泵房深度大，增加施工難度及投資；非自灌式泵房水泵啟動需要引水，操作繁瑣，啟動慢，但泵房深度小，便于施工。設(shè)計采用潛水泵時均為自灌式安裝，它既具有自灌式泵房的優(yōu)點，也避免了其缺點。
　　3）按水泵是否浸入水中分為干式泵房和濕式泵房。干式泵房養(yǎng)護管理條件好，水泵及設(shè)備能保持干燥不易損壞，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝要求高；濕式泵房結(jié)構(gòu)簡單，但其養(yǎng)護管理條件差，設(shè)備受水腐蝕浸泡易損壞。
　　4）按泵房形狀分為圓形泵房和矩形泵房。圓形泵房適用于規(guī)模較小的泵站，因其池壁受力性能好，沉井施工多采用此形式；矩形泵房適用于規(guī)模較大的泵站。
　　5泵站選址
　　泵站選址應(yīng)遵循以下原則：
　　1）泵站選址應(yīng)符合城市總體規(guī)劃要求。
　　2）泵站選址應(yīng)考慮環(huán)保要求。盡量設(shè)置獨立建筑物且遠離居民區(qū)，當(dāng)必須位于居民區(qū)時，應(yīng)采取降噪除臭等措施，以減少對居民影響。
　　3）盡量靠近受納水體或下游排水系統(tǒng)。雨水泵站靠近受納水體可減少后續(xù)管道的長度，使雨水及時排入水體，防止雨水倒灌；污水管道靠近下游排水系統(tǒng)可最大限度增加泵站服務(wù)面積，提高泵站效率及減小下游再設(shè)泵站可能性。
　　4）少拆遷少占地。泵站占地面積原則上應(yīng)滿足泵站用地指標要求，該用地指標較取值大，在實際設(shè)計中，為了節(jié)省用地，在滿足泵站正常運行的情況下可根據(jù)實際情況予以減少。
　　5）應(yīng)考慮便于施工，選擇地勢較低且地質(zhì)條件較好的地區(qū)。還應(yīng)結(jié)合施工工藝進行選址，如采用開挖施工或沉井施工。
　　6）泵站設(shè)計防洪標準應(yīng)按于城市防洪標準確定，且不得位于受洪水威脅的地段。設(shè)計站內(nèi)地坪應(yīng)不低于城市防洪標高，當(dāng)不能滿足時，應(yīng)有防止洪水進入措施。
　　7）泵站建筑物及其它設(shè)施應(yīng)和周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)、統(tǒng)一，使泵站融入周圍環(huán)境，成為城市景觀。
　　6結(jié)語
　　排水泵站的流量設(shè)計、揚程設(shè)計、水泵設(shè)計、泵房設(shè)計及泵站選址等是泵站設(shè)計的主要內(nèi)容，只有正確的選用參數(shù)及計算數(shù)據(jù)，充分調(diào)查了解地域特點及排水情況，有效的解決設(shè)計中的關(guān)鍵性問題，才能使泵站設(shè)計更加合理。
　　參考文獻：
　　《室外排水設(shè)計規(guī)范》（GB50014-2006，2011年版）中國計劃出版社，2011.12
　　《給水排水設(shè)計手冊》（第5冊，第二版，城鎮(zhèn)排水）中國建筑工業(yè)出版社，2004.2。