摘要：本文結合作者多年的設計經驗，通過理論研究及實踐分析，對城鎮排水泵站流量計算、揚程計算、水泵和泵房設計及泵站選址的相關內容進行了詳細介紹，為市政排水設計工作者提供參考與借鑒。
　　
　　關鍵詞：排水泵站，流量，揚程，水泵設計
　　
　　城鎮排水規劃設計中，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，均需要設置不同形式的排水泵站。排水泵站根據排水性質的不同分為三類：污水泵站、雨水泵站及合流泵站。其中污水泵站、雨水泵站應用于分流制排水系統，分別用以提升排放污水、雨水；合流泵站應用于合流制或截流式合流制排水系統中，兼具有污水泵站和雨水泵站兩者的特點，當無雨時，泵站提升污水，性質同污水泵站，當下雨時，泵站提升雨污混合水，性質同雨水泵站。
　　1泵站設計流量的確定
　　1.1污水泵站設計流量
　　污水泵站設計流量為最高日最高時污水流量，設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－污水設計流量(L/s)
　　Qd－設計綜合生活污水量(L/s)
　　Qm－設計工業廢水量(L/s)
　　設計綜合生活污水可按綜合生活用水定額確定，折污系數取0.8~0.9；工業廢水按生產工藝特點確定。
　　2）當設計區域內人口數據無法估算時，可采用用地用水量指標按下式計算：
　　Qdr＝ΣQfF
　　式中：Qdr－污水設計流量(L/s)
　　Qf－單位面積某類污水量[(L/(km2•s)]
　　F－某類服務面積（km2）
　　單位面積污水量可按各類性質用地的用水量定額確定，綜合生活污水折污系數取0.8~0.9，工業廢水折污系數取0.7~0.9。該用水量定額為規劃指標，因其數值較大，設計采用時應酌情減小。
　　1.2雨水泵站設計流量
　　雨水設計流量計算有傳統的推理公式法和新興的數學模型法兩種。推理公式計算簡單，但精確度低與實際吻合度差；數學模型法計算精度高，能模擬降水過程，但計算較為復雜。目前雨水流量計算仍以推理公式為主，但數學模型法是雨水設計流量計算的發展趨勢，以下為推理公式法為例推求雨水泵站設計流量。
　　1）雨水泵站設計流量按下式計算：
　　Qs=qΨF
　　式中：Qs－雨水設計流量（L/s）
　　q－設計暴雨強度[L/(s•hm2)]
　　Ψ－徑流系數
　　F－匯水面積（hm2）
　　2）設計暴雨強度按下式計算：
　　      
　　式中：q－設計暴雨強度[L/(s•hm2)]
　　t－降雨歷時（min）
　　T－設計重現期（a）
　　A1、C、n、b－參數，各地均有成熟的數據可使用，不必計算
　　3）計算過程中的注意問題：
　　設計重現期：一般地區采用1-3年，重要地區3~5年，特別重要地區10年或以上。設計重現期取大值，設計流量大，可以降低城鎮積水頻率，但會增加泵站及上游管道投資及運行費用，根據實際設計經驗，除有特殊要求外，一般地區取值可按1年考慮。
　　徑流系數：當服務范圍較小時，可按地面種類取分類徑流系數；當服務范圍較大時，可按區域情況取綜合徑流系數。隨著城市綠化率加大以及低影響開發理念貫徹，取值有逐年減小趨勢。
　　
　　1.3合流泵站設計流量
　　合流泵站流量計算分為兩種情況：一種為設在合流管道（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計流量按下式計算：
　　Q=Qdr+Qs
　　式中：Q－合流設計流量(L/s)
　　Qs－雨水設計流量（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—溢流雨水設計流量（m3/s）
　　Q2—截流污水設計流量（m3/s）
　　Qs—雨水設計流量（m3/s）
　　Qdr—旱流污水設計流量（m3/s）
　　no—截流倍數，取值1~5
　　1.4設計流量校核
　　1）泵站設計流量應分別計算遠期流量和近期流量，設計流量應按遠期取值，近期校核設計水位及流速。泵站土建規模按遠期流量設計，水泵等設備按近期流量安裝。
　　2）根據1.1~1.3計算的泵站設計流量需用泵站進水管道的設計流量進行校核，泵站設計流量應與進水管道設計流量相符。對于已建成的進水管道，當計算泵站流量大于管道流量時，應考慮管道改造的可能性，如果管道有改造計劃，則設計流量取計算數值，如果管道不存在改造條件，應采用管道流量作為泵站設計流量。
　　3）泵站設計流量的確定應充分調查分析區域內現有排水泵站的實際運行情況及流量數據，以此為參考依據，對計算流量進行適當調整，使泵站建成后運行更加符合實際情況。
　　4）泵站設計流量應與下游管渠的排水能力相適應，設計時需對下游管渠排水情況進行調查分析，必要時進行改造，使之滿足泵站設計流量要求。
　　2泵站設計揚程的確定
　　2.1集水池及出水設計水位
　　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計揚程，揚程計算前應準確合理確定以上兩個水位。
　　1）集水池設計水位
　　集水池設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，最低水位應能滿足水泵正常運行要求。污水泵站集水池設計最高水位按充滿度計算，與設計充滿度下管內水位相平；雨水及合流泵站集水池設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，污水泵站還應滿足單臺泵開啟次數不大于6次/h。
　　2）出水設計水位
　　污水泵站及合流泵站出水水位即下游管道的設計水位，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泵站設計揚程
　　泵站設計揚程按下式計算：
　　Hp=Hs+Σh+ha
　　式中：Hp－設計揚程(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應根據受納水體常水位與集水池設計水位差確定，此時水泵揚程Hp為雨水泵設計揚程。
　　以受納水體低水位與集水池設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應根據平均流量時出水管渠水位與集水池設計水位差確定，此時水泵揚程Hp為污水泵及合流泵設計揚程。
　　以設計最小流量時出水管渠水位與集水池設計最高水位之差為靜揚程計算的Hp為最低工作揚程；以設計最大流量時出水管渠水位與集水池設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。
　　5）設計揚程和水泵選型及管路設計有關，兩者應相互校核。
　　3水泵設計
　　3.1水泵配置
　　1）水泵選型直接影響泵房布置及運行管理，選泵型號應與集水池最小容積相互協調校核，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，應盡量選用同一型號，臺數不應少于2臺。當最小流量與設計流量相差很大時，可配置兩種不同規格的水泵。
　　3）污水和合流泵站因全年運行應設備用泵，工作泵臺數≤4臺時，備用泵宜為1臺；工作泵臺數≥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，通常不設備用泵，但重要立交道路的雨水泵站應設備用泵。
　　3.2水泵選型
　　1）水泵選型應滿足設計揚程時在高效區運行，最高工作揚程與最低工作揚程時、單臺運行或聯合運行時，水泵均應能處在安全、穩定的運行范圍內。
　　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，為排水泵站設計提供了新的工藝，潛水泵具有安裝檢修方便、運行效率高噪音低、適應性能強等優點，因此目前排水泵站設計廣泛采用，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，滿足排水及環境保護要求。
　　4泵房設計
　　泵房形式取決于泵站性質、建設規模、水泵選型和數量、進出水情況、施工方法及水文地質條件等因素，應從設計、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。半地下式泵房設備分為地上及地下兩部分，地下設水泵等設施，地上設機器間、變配電及其它輔助設施，該種形式泵站優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；全地下式泵房設備全部設于地下，地面以上沒有建筑物，該種形式泵站優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，缺點是設備全部密閉于地下，運行管理條件差，地下潮濕通風條件差，對設備及人員安全造成威脅，需增加通風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。干式泵房養護管理條件好，水泵及設備能保持干燥不易損壞，但其結構復雜，安裝要求高；濕式泵房結構簡單，但其養護管理條件差，設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；矩形泵房適用于規模較大的泵站。
　　5泵站選址
　　泵站選址應遵循以下原則：
　　1）泵站選址應符合城市總體規劃要求。
　　2）泵站選址應考慮環保要求。盡量設置獨立建筑物且遠離居民區，當必須位于居民區時，應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。雨水泵站靠近受納水體可減少后續管道的長度，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可最大限度增加泵站服務面積，提高泵站效率及減小下游再設泵站可能性。
　　4）少拆遷少占地。泵站占地面積原則上應滿足泵站用地指標要求，該用地指標較取值大，在實際設計中，為了節省用地，在滿足泵站正常運行的情況下可根據實際情況予以減少。
　　5）應考慮便于施工，選擇地勢較低且地質條件較好的地區。還應結合施工工藝進行選址，如采用開挖施工或沉井施工。
　　6）泵站設計防洪標準應按于城市防洪標準確定，且不得位于受洪水威脅的地段。設計站內地坪應不低于城市防洪標高，當不能滿足時，應有防止洪水進入措施。
　　7）泵站建筑物及其它設施應和周圍環境相協調、統一，使泵站融入周圍環境，成為城市景觀。
　　6結語
　　排水泵站的流量設計、揚程設計、水泵設計、泵房設計及泵站選址等是泵站設計的主要內容，只有正確的選用參數及計算數據，充分調查了解地域特點及排水情況，有效的解決設計中的關鍵性問題，才能使泵站設計更加合理。
　　參考文獻：
　　《室外排水設計規范》（GB50014-2006，2011年版）中國計劃出版社，2011.12
　　《給水排水設計手冊》（第5冊，第二版，城鎮排水）中國建筑工業出版社，2004.2。