广东省建筑设计研究院有限公司 广东广州 510010
摘要：介绍了广州市荔湾区某区域加压泵站的设计流程，包括设计规模确定、加压模式选择、水泵配置、平面设计和竖向设计等。该供水加压泵站采用“低峰直抽，高峰抽库”的运行模式，供水高峰时利用清水池的调蓄容量向下游服务区域补充供水，提高区域供水安全性和稳定性。
关键词：区域供水加压泵站；加压模式；平面设计；竖向设计
1、引言
本工程服务片区位于广州市荔湾区，为供水管网系统的末梢，供水压力普遍偏低。近年来该片区的快速开发建设导致用水需求急剧增长，供水形势日益紧张。此外，该片区无大型水库，管网系统调节能力较低，供水安全性不高。为了保障服务片区现状及近、远期的用水需求，提高供水安全性，助力片区发展，亟需建设一座带水库调节的供水加压站，提高管网系统的供水能力。
2、设计规模
2.1供水规模
本工程水量预测方法选用《城市给水工程规划规范》（GB50282-2016）中的城市单位人口综合用水量指标法。根据上层次规划，荔湾区城市单位人口综合用水量指标为 0.5万 m³/万人·d，服务片区居住人口20.3万人。故服务片区规划最高日用水量为10.15万m³/d，供水加压泵站供水规模取11万m³/d，时变化系数取1.3，最大时加压流量约6000m³/h。
2.2供水压力
服务区域地面高程基本一致，距离加压站最远点为供水最不利点，到达最不利点自由水压要求达到0.14Mpa，故静扬程取14m。按最大时加压流量6000m³/h，局部水损为20%沿程水损，泵站内水损约2~3m估算总水损。经计算泵组水泵扬程暂定为30m。
2.3清水池容积
每日6：00-10：00以及18：00~22：00为高峰供水时段，上游区域用水量增加，管道水头损失增加，来水水量和水压难以满足服务片区的用水需求，本工程供水加压泵站需抽库水向下游市政供水管网补水补压。为提高片区供水安全性，泵站清水池库容需满足用水高峰期抽库加压8小时的要求，故清水池调节容积W1=6000m³/h×8h=48000m³。考虑消防储备水量及安全储量，清水池容积取5万m³。
3、泵站设计
3.1加压模式选择
一、传统清水池+水泵加压方式
该方式在泵站内设置一定容积的密闭式清水池，用水低峰期市政管网入水到清水池，用水高峰期从清水池抽水加压后再送回市政供水管网。清水池可以对上下游水量变化进行调节，“削峰填谷、以丰补欠”，增强泵站对来水水量和水压的适应性，保障高峰期和事故时的用水需求，但必须设置消毒工艺，同时用地面积和工程投资增加。
本工程拟建区域用地充足，具备新建清水池的条件。在用水高峰期，为保障区域用水安全性和稳定性，采用清水池+水泵的加压方式。
二、管道直接加压方式
该方式将水泵吸水管直接连接在进站管道上，用水泵对来水直接加压。该方式无需建设清水池，不存在二次污染的情况，同时充分利用了来水水头。若采用该方式，管网必须有足够的来水，不能影响加压站前用户用水所需的管网压力。由于没有水量调节装置，当来水出现异常、停水或水质突变时，泵站需停止运行，对下游地区的生活生产造成一定影响。
本工程进水压力约0.18MPa，存在较大水头余量；最高日平均时片区用水量为5000m³/h，市政管道来水水量达5462m³/h，来水水量充足，具备采用管道直接加压方式的条件。在用水低峰期，为在保证供水水压的同时节省能耗和消毒剂使用量，采用管道直接加压形式。
三、无负压加压方式
该方式将无负压泵站供水设备与自来水管网直接串接，可以利用自来水管网原有的供水压力。该方式无需建设清水池，不存在二次污染的情况，管路、设备简单，设计安装简便，且可实现全自动化控制。但当进水管道出现紧急事故时，管网极易形成负压，造成停泵；此外水泵运行工况受进水水头变化影响较大，对加压设备有一定损耗。本工程对供水安全性和稳定性要求较高，故不采用该方式加压。
四、工艺流程
本工程供水加压泵站以低峰直抽，高峰抽库的模式运行。
3.2水泵配置
一、基本原则
水泵台数的确定应根据泵站性质、设计规模、运行调度要求、机组效率等综合考虑，分析各种工况后确定。
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对于中、大型泵房，泵组台数不宜太多。水泵台数少，安装维修工作量少，占地面积小，机电与土建相对投资少，但应确保运行调度灵活，在平均时工况和最高时工况均可在高效段运行，保障供水需求，同时备用容量不宜太大，以减少机电设备投资。
同一个泵站的水泵应尽量选用同一种型号，电机应尽量统一选用低压电机，以保障电气运行安全性，便于无人值守管理。
二、水泵配置方案
泵房内共配置7台卧式离心泵。平均时供水采用管道直接加压泵组，为3台型号相同的水泵，2用1备，其中1台设调速变频。单台水泵型号为Q=2500 m3/h，H=32.5m，P=315KW，选用380V的低压电机。最高时供水采用清水池+水泵加压泵组，为4台型号相同的水泵，3用1备，其中1台设调速变频。单台水泵型号为Q=2000 m3/h，H=32.5m，P=250KW，选用380V的低压电机。泵组采用自灌式启动。
3.3泵站平面设计
一、基本原则
泵站各建（构）筑物的平面布置应考虑拟建地块的形状和方向特点，兼顾朝向、风向等因素，最大限度地增加拟建地块平面空间的利用率，降低清水池有效水深，减少基坑支护施工费用。
为了利于建筑外立面的造型设计和施工建设，各建、构筑平面形状应尽量规整。
为了节省用地，泵房、电控室、次氯酸钠投加室、值班室、控制室、仓库等泵站常规建筑物可考虑合建。
在用地充足的情况下，考虑到水力条件稳定性，吸水井与清水池分建。
二、平面设计
本工程各建筑物平面形状设计为矩形，合建为生产综合楼，布置于地块的北侧；吸水井与生产综合楼合建；清水池分两座，平面形状设计为矩形，布置于地块南侧。
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图1 生产综合楼平面布置图
3.4泵站竖向设计
一、基本原则
建、构筑物埋深应满足工艺流程要求，兼顾场地高程和工程地质特点，尽量减少土方开挖、回填及外运。
二、建、构筑物形式比选
清水池分为半地下式和全地下式。全地下式清水池可更好地与区域整体规划相协调。半地下式清水池基坑较浅，水泵扬程较低，建设和日常维护费用较低。
给水泵房分为地面式、半地下式和地下式。地面式泵房在现有地面上布置水泵、连接管道及附属管配件，泵房基坑较浅，建设费用低。地下式泵房将水泵和管配件均置于地面以下，后期检修维护方便，同时室内增加泵房的立体空间，室外管道无裸露，泵房内外均美观整洁。半地下式泵房将水泵大部分机组及管配件置于地面以下，兼顾上述两方式的优点，但需考虑竖向上水泵吸水管中轴线、泵顶标高与清水池、吸水井底部标高的关系是否满足相关规范及设计要求。
三、竖向设计
本工程清水池容积较大，为减少泵站建、构筑物的土建费用，同时考虑到日常运行维护的经济性，采用半地下式清水池，埋深根据拟建地块土壤地质情况确定。本工程泵组采用自灌式启动，泵房底层标高需满足按清水池最小水深1米控制时，水泵仍可自灌启动。为满足泵房与清水池在竖向上衔接的相关设计要求，采用地下式泵房。吸水井井底标高应满足最大一台水泵吸水管吸水喇叭口的最小悬空高度要求，吸水井最高水位应与清水池一致。由于清水池采用半地下式，泵房采用地下式，考虑到吸水井与上述两者竖向上的关联，采用半地下式吸水井。
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图2 泵站建、构筑物竖向布置示意图
4、结束语
（1）加压泵站供水低峰时采用管道直接加压形式，节省能耗和消毒剂用量；供水高峰时采用清水池+水泵加压形式，削峰填谷，满足服务区域供水水量、水压需求，提高供水安全性。
（2）为提高平面空间的利用率，各建筑物合建为生产综合楼；为尽量减少土建及运行费用，采用半地下式清水池和半地下式吸水井；为保证工艺流程设计要求和建筑美观，采用地下式泵房。
参考文献：
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[4]上海市政工程设计研究院，给水排水设计手册.城镇给水.第3册.第三版[M]，北京：中国建筑工业出版社，2017.