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摘要：介绍了合山市溯河水轮泵站工程设计要点，及设计中需要注意的问题，本文论述了工程等级、防洪标准、泵站位置选择、主要建筑物型式选择和设计。
关键词：水轮泵；流量；圆筒式
1 工程概况
合山市上世纪70年代在合山电厂内修建了溯河电灌站，电灌站利用合山电厂的冷却水作为水源进行提水灌溉，设计灌溉面积为3.57万亩。
为解决合山电厂冷却水尾水渠改道后溯河电灌站无法再进行提水灌溉且泵站提水灌溉费用过高的问题，本次设计拟在合山市福仁路终点与合山市电厂预留的引水暗涵终点间新建一处以引水灌溉为主，同时兼备休闲娱乐属性的水轮泵站。水轮泵站水源为合山电厂冷却水，利用引水流量8m³/s，设计抽水流量1.44m³/s。
2 工程等级及标准
合山市朔河水轮泵站装机2台，单机抽水流量0.72m³/s。根据《泵站设计规范》（GB 50625-2010）表2.1.3的规定，溯河水轮泵站工程等别为Ⅴ等，相应主要建筑物级别为5级。防洪标准为10年一遇洪水设计（相应设计洪水位为97.37m），30年一遇洪水校核（相应校核洪水位为100.67m）。
3 水轮泵选址
根据现场实地勘察，水轮泵站位置可选址的方案有两个：
方案一：建站位置在合山电厂围墙附近距离已建冷却尾水引水暗涵预留出口约60m的天然岸坡坡脚。
优点：①站址两面环山，利于水轮泵站以“圆”为设计理念的结构布置与周边地形地貌融合；②站址引水流向上游天然岸坡坡顶地势开阔平坦，便于进水前池布置与减少进水压力管长度；③站址引水流向下游地形逐级跌落且地势开阔，利于泵站尾水结合跌水景观布置消力池；④周边岸坡为纯天然状且凹凸有致，利于结合水轮泵站附属建筑物打造“水利风景区”。
缺点：①跌水景观消力池较一般消力池投资较多；②结合打造的“水利风景区”要额外兴建景观附属建筑物；③离现有市政道路较远，施工及吊装水轮机组时需设置临时施工道路。
方案二：建站位置在合山电厂围墙附近距离已建冷却尾水引水暗涵预留出口约110m的拟建防洪堤二级堤坡坡脚。
优点：①站址地形单一，利于布置传统形式水轮泵站与尾水消力池；②防洪堤顶为现有规划市政路，施工及吊装水轮机组时无需设置临时施工道路。
缺点：①站址引水流向上游无开阔平坦位置布置进水前池，需在方案一位置布置进水前池；②进水压力管长度较长；③水轮泵站很难结合周边地形地貌进行景观布置，建筑结构单一、突兀。
经现场踏勘及方案比较，推荐方案一，即“两面环山”方案。站址位置见工程总平面布置图。
4 主要结构选型
由于泵房建于红水河库边，一旦校核洪水位（100.67m）来临，泵房水轮机室边墙结构将承受高达10m水头的外水压力，若采用常规的矩形泵房结构，由于外水压力较大，必然需要较大的结构断面，而圆筒式的结构受力条件较好，抗压能力强，结构安全比较有保障，因此泵房拟采用圆筒式泵房。
水轮泵尾水管的型式直接关系到水轮泵的效率，立式安装的尾水管一般采用直锥形或肘型的较多。凡水头较大，基础易于开挖的情况下，应尽量采用直锥形尾水管。它适用于立装机组，效率最高，施工简单，便于做预制件。肘型尾水管虽然效率不如锥形，但可用于地基条件较差的情况，可节省基坑开挖工作量，可用混凝土或浆砌石体结构。
水轮泵尾水管的选择，主要考虑以下几个因素：
（1）水头：最小工作水头H<1.5m时，为减少基坑开挖，采用肘型较好。当H>2m时，采用锥形尾水管为好，可以避免基坑底板过低的缺点，也可减少边墙等工作量。
（2）地质：地质差的一般尽量避免采用锥形管。
（3）施工条件：肘型尾水管施工比较麻烦，且质量不易控制，容易产生漏气现象。锥形尾水管可由工厂预制，安装检修也方便。
水轮泵的安装可采用直锥形尾水管也可采用4H弯肘型尾水管，但无论什么形式尾水管安装，下游正常运行尾水位都应低于水轮泵安装基础面（即有压引水室底面），下游尾水位不能淹没到转轮叶片，否则转速下降，过流量下降，轴功率下降，提水扬程下降，出水流量也下降，会造成严重损失。经调查各高水头水轮泵生产厂家均不建议采用弯肘型尾水管。
合山水轮泵工作水头约10m，属于高水头泵站，且泵站所处位置地层条件单一，无不良地质现象，基础位于强风化基岩上，上覆含碎石粘土3～6m，强度较高。为保证施工质量，保证机组工作效率，推荐采用直锥形尾水管。
5 建筑物设计
5.1 引水建筑物设计
（1）引水建筑物布置
本工程引水建筑物由引水渠、进水前池、引水压力钢管组成，为便于水轮泵房的日常管理维修，进水前池末端设置工作闸门，闸前设有拦污栅，以防止污物进入。为方便管理，结合水轮泵站“圆”的设计理念，在闸上设半圆形管理房，与闸后98.2m高程半圆形平台相呼应。
引水渠全长35m，由15m长箱涵段，20m长明渠段组成。
5.2 泵房设计
根据合山电厂可以提供8.2m³/s冷却水的规模，水轮泵站设计安装2台水轮泵，拟利用流量为8m³/s，剩余0.2m³/s留作附近市政景观用水。泵站设计扬程为32.5m，单泵设计流量为0.72m³/s，泵站进水池设计运行水位为102.875m。
水轮泵房分地下结构和地上结构两部分。地下结构为水轮泵尾水层，采用混凝土圆筒形结构。根据水泵布置要求，泵房内径为3.3m，筒壁厚0.6m，基础底板厚1.5m，尾水层地面高程为85.80m；采用混凝土圆筒形结构；结构尺寸同地下结构。地上结构依次为水轮泵层、水轮泵安装间（层）、吊装平台及最顶端的管理房。水轮泵层地面高程90.00m，与泵房外侧地面齐平，水轮泵安装高程为91.115m，水轮泵层与安装间由压力盖板隔开；水轮泵安装间（层）地面高程94.50m，在混凝土筒壁外侧为环状的检修平台兼观光平台；吊装平台地面高程98.00m，顶部手动葫芦额定起重量10t，工作葫芦的工字型导轨安装在0.5m×0.3m的横梁上，筒壁外侧为与泵房同心圆环状走廊；管理房地面高程101.50m，管理房顶部为圆锥形。
泵房与外界的联系为一条宽3.0 m，长18 m的钢筋混凝土交通桥，布于取水压力钢管合山电厂一侧，与吊装平台连接，桥面设2％的缓坡向桥面两侧排水。
5.3 泄水建筑物设计
水轮泵尾水消能工由尾水池、消力池、跌水及尾水导墙构成，消力池消能方式为挑流式消能，水轮泵尾水池末端由85.80m高程以1：3的坡度放坡至88.54高程，顶部为锯齿形消力坎；消力池底部高程为84.500m，两侧导墙为C20砼挡墙，墙面直立，墙顶高程87.00m，C25钢筋砼底板厚0.5m，消力池尾部底坎高85.5m，后接台阶高差0.5m的5级跌水，跌水两侧挡墙采用重力式C20砼挡墙，墙面直立，挡墙顶高87.00~85.00m，跌水末端底部高程84.00m；跌水后侧由于景观需要布置有圆形景观水池，水池直径11.156m，水池中间为直径6.0m的圆柱形观景台，观景台水流由导流墙直接接入红水河。
结 语：
工程建设后可以有效解决由于合山电厂冷却水尾水渠改道后原溯河电灌站无法再进行提水灌溉且解决泵站提水灌溉费用过高的问题，工程效益显著。圆形水轮泵站设计需要注意的两个问题一是水轮泵的机组安置轴线与泵房中心线应有一定的距离，减少机组运行的震动对泵房造成不利影响，二是计算提水高程时应加上引水池前原水流的剩余水头，以增加引水流量或提水高程，增加工程效益。
参考文献：
[1]《泵站设计规范》（GB50265-2010）；
[2]刘竹溪，刘景植，《水泵及水泵站》；