堤后式排澇泵站最優(yōu)出水位置高度確定方法
【專利摘要】堤后式排澇泵站最優(yōu)出水位置高度確定方法，屬于泵站工程規(guī)劃與設計領域。針對外河水位變化幅度大的情況，給出泵站出水池、出水穿堤涵洞及其控制閘門等出水工程造價的計算方法。對出水工程方案進行技術和經濟比較論證?？紤]泵站年運行時間及運行期內的揚程變化情況，建立泵站出水工程造價、泵站運行費用與泵站出水穿堤涵洞位置高度的關系模型。以總費用最少為目標，優(yōu)化求解泵站出水池和出水涵洞位置最優(yōu)高度。本發(fā)明提出的堤后式排澇泵站最優(yōu)出水位置高度確定方法，可以節(jié)約泵站工程費用和運行費用，為堤后式排澇泵站出水形式的優(yōu)化設計提供依據(jù)，預計可節(jié)約費用8%左右，有利于實現(xiàn)泵站經濟效益和社會效益的最大化。
【專利說明】堤后式排澇泵站最優(yōu)出水位置高度確定方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種泵站出水位置高度優(yōu)化確定方法，具體來說涉及一種堤后式排澇泵站出水池與出水涵洞最優(yōu)位置高度的確定方法，屬于泵站工程規(guī)劃與設計領域。
【背景技術】
[0002]排澇泵站出水工程的建設費用與泵站形式、站址地形地質條件、水文特征、工程材料選用、施工難度、工程造價等因素有關。在抽水量一定的情況下，泵站運行費用主要與泵機組的運行工況和電價有關，其中，泵裝置揚程是影響泵站運行費用的重要因素。對軸流泵站和高比轉數(shù)混流泵站，揚程越高，則功率越大，流量越小，抽提一定體積的水體所需要的時間越長，結果造成運行費用大幅度增加。
[0003]堤后式排澇泵站出水池與出水涵洞位置高度影響工程投資和運行費用。出水位置高，則泵站出水工程投資省，但泵裝置揚程高，運行功率大，運行費用多；相反，出水位置低，則泵裝置揚程低，運行功率小，運行費用少，但泵站出水工程對大堤的開挖深度大，工程造價高。因此，堤后式排澇泵站出水池與出水涵洞存在最優(yōu)位置高度，使工程使用期內的工程投資與運行總費用最少。目前，這類排澇泵站出水池與出水涵洞大都與大堤堤頂齊平，絕大部分排澇時間內都大大高于外河水位，出水涵洞出口水流需要沿大堤迎水面岸坡向下自流數(shù)米至數(shù)十米才到達外河水面，人為抬高了泵裝置揚程，造成能源的嚴重浪費。
[0004]目前，對于此類泵站出水形式的研究主要集中于輸水渠(涵)斷面尺寸的優(yōu)化設計、過流能力計算與校核、輸水渠(涵)的防滲加固及防漏措施等。對于不同出水形式的經濟性比較分析研究相對較少，未見有泵站最優(yōu)出水位置高度及其確定方法的相關研究。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是提出一種堤后式排澇泵站出水池與出水涵洞最優(yōu)位置高度的確定方法，本發(fā)明針對外河水位變化幅度大的情況，給出了泵站出水池、出水穿堤涵洞及其控制閘門等出水工程造價的計算方法；對出水工程方案進行技術和經濟比較論證；考慮泵站年運行時間及運行期內的揚程變化情況，建立了泵站出水工程造價、泵站運行費用與泵站出水池和穿堤涵洞位置高度的關系模型；以工程造價和泵站運行總費用最少為目標，優(yōu)化求解泵站出水池和出水涵洞位置最優(yōu)高度，為泵站出水合理優(yōu)化設計提供依據(jù)，實現(xiàn)泵站經濟效益和社會效益的最大化，節(jié)省泵站工程建設和運行總費用。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的，堤后式排澇泵站最優(yōu)出水位置高度確定方法，包括以下方面:
[0007]A.計算泵站出水工程造價
[0008]堤后式排澇泵站出水工程主要包括出水池、出水涵洞、控制閘、消能建筑物及護底等,如圖1,圖中，Hffi為出水池總高度，His為涵洞總高度，h為涵洞頂至堤頂高度，L0為堤頂內側至出水池水平距離，L1為出水池長度，L2為出水涵洞長度，L3為消能坡長度，L4為護底長度，b為堤頂寬度，In1為上游壩坡率，m2為下游壩坡率，m3為消能坡坡率，S ^為出水池邊壁厚度，6 i為涵洞底壁厚度，8 2為涵洞頂壁厚度，6 3為消能坡底壁厚度，8 4為護底厚度，為出水池底高程,VisiiI為出水涵洞底高程,Vftw為堤頂高程，Vww為涵洞上方覆土后路面高程，為外河河底高程。V _為外河最高運行水位，V fflin為抽排最低水位。
[0009]泵站出水工程費用主要由建筑工程費用、金屬結構設備及安裝工程費用、臨時工程費用和獨立費用等四部分組成。其中建筑工程費用主要包括建筑材料和人工費用以及挖、回填土及筑實費。金屬結構設備及安裝工程費用主要包括閘門購置及其安裝費、啟閉機購置及安裝費。臨時工程費用主要包括施工導流、截流工程，陸上土方工程費用等。獨立費用主要包括建設管理費、生產準備費、科研勘測設計費及其他費用組成。對于不同結構形式的出水方案，金屬結構設備及安裝費、臨時工程費用及獨立費部分相差不大，分析比較不同出水方案工程造價時，僅對建筑工程費用進行計算、分析。
[0010](I)挖填土方費用
[0011]土方總費用可由式(I)確定:
【權利要求】
1.堤后式排澇泵站最優(yōu)出水位置高度確定方法，其特征是，所述確定方法包括以下步驟: A.計算出水穿堤涵洞工程造價； (1)挖填土方費用； (2)建筑材料及相關費用； (3)出水工程總費用。 B.計算泵站年運行費用； C.計算泵站使用期出水工程與運行總費用； D.確定最優(yōu)出水位置高度。
2.根據(jù)權利要求1所述的堤后式排澇泵站最優(yōu)出水位置高度確定方法，其特征是，步驟A所述出水穿堤涵洞工程造價由建筑工程費用、金屬結構設備及安裝工程費用、臨時工程費用和獨立費用四部分組成，其中:建筑工程費用包括建筑材料和人工費用以及挖、回填土及筑實費；金屬結構設備及安裝工程費用包括閘門購置及其安裝費、啟閉機購置及安裝費；臨時工程費用包括施工導流、截流工程、陸上土方工程費用；獨立費用包括建設管理費、生產準備費、科研勘測設計費； 對于不同結構形式的出水方案，金屬結構設備及安裝費、臨時工程費用及獨立費部分相差不大，分析比較不同出水方案工程造價時，僅對建筑工程費用進行計算、分析。
3.根據(jù)權利要求1所述的堤后式排澇泵站最優(yōu)出水位置高度確定方法，其特征是，步驟A (I)所述挖填土方費用為:
4.根據(jù)權利要求1所述的堤后式排澇泵站最優(yōu)出水位置高度確定方法，其特征是，步驟A (2)所述建筑材料及相關費用包括漿砌石工程、鋼筋混凝土工程和素混凝土工程材料費，即為:
5.根據(jù)權利要求1所述的堤后式排澇泵站最優(yōu)出水位置高度確定方法，其特征是，步驟A (3)所述出水工程總費用C (h)是涵洞頂至堤頂?shù)母叨萮的函數(shù)，由出水池費用、出水涵洞費用Ciffl、消能設施費用、護底費用Cws四部分組成，不同出水位置高度方案控制閘門相同，故未考慮，其中護底費用可以看作不隨h變化的常數(shù)，則出水工程總費用
6.根據(jù)權利要求1所述的堤后式排澇泵站最優(yōu)出水位置高度確定方法，其特征是，所述堤后式排澇泵站，內河水位達到某一定值時，泵站即需開機運行排澇；根據(jù)排澇泵站在平均揚程附近運行時間較長，在最大揚程和最小揚程附近運行時間較短的特點，建立實際運行泵裝置揚程Hz與泵站年運行揚程時間密度分布的函數(shù)關系(Hz)、f2 (Hz)，步驟B所述泵站年運行費用為:
7.根據(jù)權利要求1所述的堤后式排澇泵站最優(yōu)出水位置高度確定方法，其特征是，利用動態(tài)分析法，步驟C所述泵站使用期出水工程與運行總費用為
8.根據(jù)權利要求1所述的堤后式排澇泵站最優(yōu)出水位置高度確定方法，其特征是，步驟D所述最優(yōu)出水位置高度的確定:首先計算出水涵洞頂至堤頂不同高度h時，泵站使用期出水工程與運行總費用W，通過擬合方程W=f (h)，求出極小值點，即為最優(yōu)出水位置高度。
【文檔編號】E02B1/00GK103790137SQ201410052920
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月17日 優(yōu)先權日:2014年2月17日
【發(fā)明者】仇寶云, 董波, 馮曉莉, 彭輝 申請人:揚州大學