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(shè)計(jì)領(lǐng)域。針對(duì)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(jià)的計(jì)算方法。對(duì)出水工程方案進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較論證。考慮泵站年運(yùn)行時(shí)間及運(yùn)行期內(nèi)的揚(yáng)程變化情況，建立泵站出水工程造價(jià)、泵站運(yùn)行費(fèi)用與泵站出水穿堤涵洞位置高度的關(guān)系模型。以總費(fèi)用最少為目標(biāo)，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(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用，為堤后式排澇泵站出水形式的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)，預(yù)計(jì)可節(jié)約費(fèi)用8%左右，有利于實(shí)現(xiàn)泵站經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的最大化。
【專利說(shuō)明】堤后式排澇泵站最優(yōu)出水位置高度確定方法
【技術(shù)領(lǐng)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(lái)說(shuō)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(shè)計(jì)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]排澇泵站出水工程的建設(shè)費(fèi)用與泵站形式、站址地形地質(zhì)條件、水文特征、工程材料選用、施工難度、工程造價(jià)等因素有關(guān)。在抽水量一定的情況下，泵站運(yùn)行費(fèi)用主要與泵機(jī)組的運(yùn)行工況和電價(jià)有關(guān)，其中，泵裝置揚(yáng)程是影響泵站運(yùn)行費(fèi)用的重要因素。對(duì)軸流泵站和高比轉(zhuǎn)數(shù)混流泵站，揚(yáng)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(shí)間越長(zhǎng)，結(jié)果造成運(yùn)行費(fèi)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(yùn)行費(fèi)用。出水位置高，則泵站出水工程投資省，但泵裝置揚(yáng)程高，運(yùn)行功率大，運(yùn)行費(fèi)用多；相反，出水位置低，則泵裝置揚(yáng)程低，運(yùn)行功率小，運(yùn)行費(fèi)用少，但泵站出水工程對(duì)大堤的開(kāi)挖深度大，工程造價(jià)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(nèi)的工程投資與運(yùn)行總費(fèi)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(shí)間內(nèi)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(dá)外河水面，人為抬高了泵裝置揚(yáng)程，造成能源的嚴(yán)重浪費(fèi)。
[0004]目前，對(duì)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(shè)計(jì)、過(guò)流能力計(jì)算與校核、輸水渠(涵)的防滲加固及防漏措施等。對(duì)于不同出水形式的經(jīng)濟(jì)性比較分析研究相對(duì)較少，未見(jiàn)有泵站最優(yōu)出水位置高度及其確定方法的相關(guān)研究。

【發(fā)明內(nèi)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(duì)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(jià)的計(jì)算方法；對(duì)出水工程方案進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較論證；考慮泵站年運(yùn)行時(shí)間及運(yùn)行期內(nèi)的揚(yáng)程變化情況，建立了泵站出水工程造價(jià)、泵站運(yùn)行費(fèi)用與泵站出水池和穿堤涵洞位置高度的關(guān)系模型；以工程造價(jià)和泵站運(yùn)行總費(fèi)用最少為目標(biāo)，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(shè)計(jì)提供依據(jù)，實(shí)現(xiàn)泵站經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的最大化，節(jié)省泵站工程建設(shè)和運(yùn)行總費(fèi)用。
[0006]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)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(jì)算泵站出水工程造價(jià)
[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(hù)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(nèi)側(cè)至出水池水平距離，L1為出水池長(zhǎng)度，L2為出水涵洞長(zhǎng)度，L3為消能坡長(zhǎng)度，L4為護(hù)底長(zhǎng)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(hù)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(yùn)行水位，V fflin為抽排最低水位。
[0009]泵站出水工程費(fèi)用主要由建筑工程費(fèi)用、金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備及安裝工程費(fèi)用、臨時(shí)工程費(fèi)用和獨(dú)立費(fèi)用等四部分組成。其中建筑工程費(fèi)用主要包括建筑材料和人工費(fèi)用以及挖、回填土及筑實(shí)費(fèi)。金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備及安裝工程費(fèi)用主要包括閘門購(gòu)置及其安裝費(fèi)、啟閉機(jī)購(gòu)置及安裝費(fèi)。臨時(shí)工程費(fèi)用主要包括施工導(dǎo)流、截流工程，陸上土方工程費(fèi)用等。獨(dú)立費(fèi)用主要包括建設(shè)管理費(fèi)、生產(chǎn)準(zhǔn)備費(fèi)、科研勘測(cè)設(shè)計(jì)費(fèi)及其他費(fèi)用組成。對(duì)于不同結(jié)構(gòu)形式的出水方案，金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備及安裝費(fèi)、臨時(shí)工程費(fèi)用及獨(dú)立費(fèi)部分相差不大，分析比較不同出水方案工程造價(jià)時(shí)，僅對(duì)建筑工程費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算、分析。
[0010](I)挖填土方費(fèi)用
[0011]土方總費(fèi)用可由式(I)確定:
【權(quán)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(jì)算出水穿堤涵洞工程造價(jià)； (1)挖填土方費(fèi)用； (2)建筑材料及相關(guān)費(fèi)用； (3)出水工程總費(fèi)用。 B.計(jì)算泵站年運(yùn)行費(fèi)用； C.計(jì)算泵站使用期出水工程與運(yùn)行總費(fèi)用； D.確定最優(yōu)出水位置高度。
2.根據(jù)權(quán)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(jià)由建筑工程費(fèi)用、金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備及安裝工程費(fèi)用、臨時(shí)工程費(fèi)用和獨(dú)立費(fèi)用四部分組成，其中:建筑工程費(fèi)用包括建筑材料和人工費(fèi)用以及挖、回填土及筑實(shí)費(fèi)；金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備及安裝工程費(fèi)用包括閘門購(gòu)置及其安裝費(fèi)、啟閉機(jī)購(gòu)置及安裝費(fèi)；臨時(shí)工程費(fèi)用包括施工導(dǎo)流、截流工程、陸上土方工程費(fèi)用；獨(dú)立費(fèi)用包括建設(shè)管理費(fèi)、生產(chǎn)準(zhǔn)備費(fèi)、科研勘測(cè)設(shè)計(jì)費(fèi)； 對(duì)于不同結(jié)構(gòu)形式的出水方案，金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備及安裝費(fèi)、臨時(shí)工程費(fèi)用及獨(dú)立費(fèi)部分相差不大，分析比較不同出水方案工程造價(jià)時(shí)，僅對(duì)建筑工程費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算、分析。
3.根據(jù)權(quán)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(fèi)用為:
4.根據(jù)權(quán)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(guān)費(fèi)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(fèi)，即為:
5.根據(jù)權(quán)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(fèi)用C (h)是涵洞頂至堤頂?shù)母叨萮的函數(shù)，由出水池費(fèi)用、出水涵洞費(fèi)用Ciffl、消能設(shè)施費(fèi)用、護(hù)底費(fèi)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(hù)底費(fèi)用可以看作不隨h變化的常數(shù)，則出水工程總費(fèi)用
6.根據(jù)權(quán)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(nèi)河水位達(dá)到某一定值時(shí)，泵站即需開(kāi)機(jī)運(yùn)行排澇；根據(jù)排澇泵站在平均揚(yáng)程附近運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，在最大揚(yáng)程和最小揚(yáng)程附近運(yùn)行時(shí)間較短的特點(diǎn)，建立實(shí)際運(yùn)行泵裝置揚(yáng)程Hz與泵站年運(yùn)行揚(yáng)程時(shí)間密度分布的函數(shù)關(guān)系(Hz)、f2 (Hz)，步驟B所述泵站年運(yùn)行費(fèi)用為:
7.根據(jù)權(quán)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(dòng)態(tài)分析法，步驟C所述泵站使用期出水工程與運(yùn)行總費(fèi)用為
8.根據(jù)權(quán)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(jì)算出水涵洞頂至堤頂不同高度h時(shí)，泵站使用期出水工程與運(yùn)行總費(fèi)用W，通過(guò)擬合方程W=f (h)，求出極小值點(diǎn)，即為最優(yōu)出水位置高度。
【文檔編號(hào)】E02B1/00GK103790137SQ201410052920
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年2月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月17日
【發(fā)明者】仇寶云, 董波, 馮曉莉, 彭輝 申請(qǐng)人:揚(yáng)州大學(xué)