滨江湿地公园泵站设计排涝流量研究与思考

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（四川江源工程咨询有限公司）

0 引言

江陵坝湿地公园滨江而建，面临洪水淹没及内涝问题。本文根据湿地公园的地理位置及运行条件，综合分析外江来水及园区暴雨过程，结合现有排涝措施，研究新增泵站规模，使之达到设计的排涝标准，为有效解决园区排涝问题提供了重要参考。

1 项目背景

1.1 湿地公园基本情况

江陵坝湿地公园位于嘉陵江凤仪航电枢纽库区左岸江陵坝堤防内侧，地处江陵镇，距离南充市区25km（水路20km），园区面积约3700亩。园区内的洪水主要来自支沟洪水和区域内降雨，按5年一遇排涝标准计，支沟洪水331万m3，区域内降雨产生洪水32.5万m3。湿地公园原设计以现有堤防抵挡嘉陵江洪水，设滞洪区解决排涝问题，滞洪区容纳364万立方米，相应滞洪区水位为276.83m。

1.2 存在的问题

为满足宜养殖（水深1m以上）区600亩以上，宜种植（常水位线以上1.0m）区2000亩以上的农业要求，以及景观要求，正常情况下园区运行水位为275m，最低运行水位为273.5m，园区最高运行水位277m，道路最低高程为275.5m。园区内已建排涝隧洞长480.8m，断面尺寸为3.2×3.7m，进口底板高程271.89m。排涝隧洞末端直接与凤仪航电枢纽工程下游相接，设常水位控制闸将运行水位控制在275m；洪水来时，打开常水位控制闸；洪水退去时，常水位控制闸及时放下，以保证常水位。考虑到汛期嘉陵江洪水，凤仪电站坝下水位超过274.41m，为防止嘉陵江洪水倒灌，将关闭常水位控制闸。此时如果南充当地又下雨，支沟来水无法排出，导致园区内水位上涨，有必要增设泵站控制园区水位，以避免特殊运行情况下的财产损失。

2 园区调洪计算

2.1 计算原理

湿地公园园区调洪演算的目的是在已拟定泄流、滞洪方式及已确定运行限制水位的前提下，基于水量平衡原理，在五年一遇设计标准的情况下，根据其洪水过程线、不同水位下排涝隧洞泄流能力、园区滞洪区的水位～库容曲线及假定的泵站抽排流量，推求园区内的水位变化过程线，得出降雨过程中园区的最低和最高水位，以分析其对园区的影响，反复试算得出最经济合理的抽排流量。水量平衡方程式如下：

Q入－计算时段Δt内的入库平均流量；

q出－计算时段Δt内的出库平均流量；

ΔV－计算时段Δt内的蓄水量变化值，蓄水量增加时为正，蓄水量减少时为负。

2.2 边界条件

2.2.1 五年一遇洪水过程线

根据五年一遇暴雨峰值、降雨量及支沟洪水量，通过P-III型分布频率曲线绘制五年一遇入园洪水过程线

如图1。

图1 五年一遇入园洪水过程线

2.2.2 园区水位～库容曲线

采用Civil3D对园区地形进行三维模拟，得到不同园区水位下的蓄洪量，并绘制园区水位～库容曲线如图2。

图2 园区水位～库容曲线

2.2.3 根据园区水位、排涝隧洞底板高程及断面尺寸等，分析排涝隧洞泄流能力，得出不同园区水位下相应的排涝隧洞的流量，园区水位～排涝隧洞流量关系曲线如图3。

图3 园区水位～排涝隧洞流量关系曲线

2.2.4 泵站抽排流量Q（出库流量）

通过假定试算。

2.2.5 园区特征水位

园区最高运行水位277m，道路最低高程为275.5m，最低运行水位为273.5m，正常情况下园区运行水位为275m。

3 泵站抽排流量分析

结合江陵坝湿地公园应急预案，考虑三种不同工况下的边界条件，采用列表试算法进行调洪演算。

3.1 工况一：园区无强降水，外江有洪水

外江有洪水情况下，当凤仪电站尾水高程达到274.41m，需关闭隧洞防洪闸。这种情况关闭隧洞防洪闸防止外江洪水倒灌即可，无需使用泵站。

3.2 工况二：园区所在地有强降水（五年一遇），外江无洪水

当外江无洪水，泄洪闸无需关闭，因此可以采用排涝隧洞排水。若强降水开始时启动排涝隧洞进行排水，此时园区水位为正常运行水位275m，隧洞最大泄流量为21.66 m3/s。经过调洪演算，在不设排涝泵站的情况下，整个降雨过程中园区最高水位为276.66m，低于园区最高运行水位277m，园区水位变化过程曲线如图4所示。

图4 园区水位变化过程曲线（工况二，不设泵站，水位不高于园区最高运行水位277m）

如果要将园区水位控制到道路最低高程275.5m，则需要设泵站。在强降水开始时（不提前排水）同时启动排涝隧洞和泵站进行排水，假定不同的泵站抽排流量进行园区调洪演算，得出能满足条件（整个降雨过程园区水位均不高于道路最低高程275.5m）的园区水位变化过程曲线，相应的泵站抽排流量为23.2m3/s，此时园区水位变化过程曲线如图5所示。

图5 园区水位变化过程曲线（工况二，不提前排水，泵站抽排流量23.2m/s，水位不高于道路最低水位275.5m）

如果在强降水发生前预先采用排涝隧洞进行排水（提前排水），将园区水位排至最低运行水位273.5m，在强降水开始时（不提前排水）同时启动排涝隧洞和泵站进行排水，假定不同的泵站抽排流量进行园区调洪演算，得出能满足条件（整个降雨过程园区水位均不高于道路最低高程275.5m）的园区水位变化过程曲线，相应的泵站抽排流量为6.7m /s，此时园区水位变化过程曲线如图6所示。

图6 园区水位变化过程曲线（工况二，提前排水，泵站抽排流量6.7m /s，水位不高于道路最低高程位275.5m）

3.3 工况三：园区有强降水，同时外江有洪水

外江有洪水情况下，由于排涝隧洞防洪闸已关闭，无法使用排涝隧洞排水。假设不提前排水，在降雨开始时启动泵站排水，此时园区水位为275.0m。通过假定不同的泵站抽排流量进行园区调洪演算，得出能将园区水位控制到277m的泵站抽排流量为15.5m3/s，此时园区水位变化过程曲线如图7所示。

图7 园区水位变化过程曲线（工况三，不提前排水，泵站抽排流量15.5m/s，水位不高于园区最高运行水位277m）

假设不提前排水，在降雨开始时启动泵站排水，若要将园区水位控制到道路最低高程275.5m，调洪演算得出相应的泵站抽排流量为43.2m3/s，此时园区水位变化过程曲线如图8所示。

图8 园区水位变化过程曲线（工况三，不提前排水，泵站抽排流量43.2m/s，水位不高于道路最低高程275.5m）

如果在强降水发生前预先采用排涝隧洞进行排水（提前排水），将园区水位排至最低运行水位273.5m，在降雨开始时（不提前排水）启动排涝隧洞排水，若要将园区最高水位控制在园区最高运行水位277m，调洪演算得出相应的泵站抽排流量为4.2m3/s，此时园区水位变化过程曲线如图9所示。

图9 园区水位变化过程曲线（工况三，提前排水，泵站抽排流量4.2m /s，水位不高于园区最高运行水位277m）

如果在强降水发生前预先采用排涝隧洞进行排水（提前排水），将园区水位排至最低运行水位273.5m，若要将园区最高水位控制在道路最低高程275.5m，调洪演算得出相应的泵站抽排流量为23.6m3/s，此时园区水位变化过程曲线如图10所示。

3.4 综上所述，江陵坝湿地公园新增泵站抽排流量计算结果汇总如表1。

表1 江陵坝湿地公园新增泵站抽排流量计算结果

4 结语

（1）江陵坝湿地公园水域面积较大，全面控制园区水位需要较大规模的泵站。

（2）在五年一遇洪水下，如果能根据水情预报提前调控园区水位至273.5m，能大大降低泵站抽排流量，此时如果能结合排涝隧洞一起抽排，只需设抽排流量为6.7m /s的泵站即可将园区水位控制到道路最低高程275.5m以下；此时如果排涝隧洞关闭，需设抽排流量为4.2 m /s的泵站可将园区水位控制到277m以下。

（3）在五年一遇洪水下，如果没能提前调控园区水位至273.5m，此时如果能结合排涝隧洞一起抽排，需设抽排流量为23.2 m /s的泵站即可将园区水位控制到道路最低高程275.5m以下；如果不能结合排涝隧洞一起抽排，需设抽排流量为15.5m /s的泵站可将园区水位控制到277m以下，需设抽排流量为43.2 m /s的泵站可将园区水位控制到275.50m以下。泵站抽排流量大，不经济。若在排涝隧洞关闭的情况下，要将园区水位控制在道路最低高程275.5m以下，需要的泵站抽排流量大大增加，不经济。

（4）综合分析，推荐泵站抽排流量4.2m /s，泵站规模为小（1）型。在五年一遇降雨来临之前提前12h开始排水至水位高程273.5m，园区降雨时若外江有洪水，启动泵站可将水位控制在277m以下，避免财产损失。