水利工程施工组织课程设计报告

水 利 工 程 施 工 组 织

课 程设 计

目录

1. 工程基本资料概述 ...................................................................................................................... 3

1.1. 工程条件 ........................................................................................................................... 3 1.2．水文、气象条件设计资料 .............................................................................................. 4

1.2.1. 坝址附近河道水位流量关系 ................................................................................ 4 1.2.2. 水库水位——库容关系 ........................................................................................ 4 1.2.3. 春汛、秋汛、大汛不同频率的洪峰流量过程线 ................................................ 4 1.2.4. 多年平均气温、风向、风速 ................................................................................ 7 1.3. 地质条件资料 ................................................................................................................... 7 1.4. 天然建筑材料资料 ........................................................................................................... 8

1.4.1 . D1料场 .................................................................................................................. 8 1.4.2. D2料场 ................................................................................................................... 8 1.4.3. Bl料场 .................................................................................................................... 8 1.4.4. B2料场 ................................................................................................................... 9 1.4.5 C1料场 .................................................................................................................... 9 1.4.6. C2料场 ................................................................................................................... 9 1.4.7. A粘土料场 ........................................................................................................... 10

2. 施工导流设计 ............................................................................................................................ 10

2.1. 施工导流方案选择及导流标准确定 ............................................................................. 10 2.2. 施工导流时段的划分 ..................................................................................................... 10 2.3. 导流设计流量及河床水位的确定 ................................................................................. 10 2.4. 导流建筑物（围堰）的设计 ......................................................................................... 11

2.4.1. 第一期上、下游围堰高程的确定 ...................................................................... 11 2.4.2. 第二期上、下游围堰高程的确定 ...................................................................... 12

q?mb2gH3/2 .......................................................................................................... 12

3.施工截流设计 .............................................................................................................................. 14

3.1. 截流方式的选择 ............................................................................................................. 14 3..2. 截流水力计算 ................................................................................................................ 14 3.3.截流龙口宽度及截流材料的粒径的确定 ....................................................................... 15 4. 施工排水设计 ............................................................................................................................ 15

1. 工程基本资料概述

1.1. 工程条件

长沟水利枢纽工程位于绥芬河上游绥芬河与道芬河汇合口以下300m处，行政区划隶属于汪清县罗子沟镇，坝址距罗子沟镇约20km。拟建公路直达坝址，交通方便。 长沟水利枢纽工程的任务是以防洪、发电为主，结合城镇供水及灌溉。

长沟水利枢纽工程为Ⅲ等工程。挡水坝、溢流坝为3级建筑物，防洪标准按50年一遇洪水设计，500年一遇洪水校核；坝后发电厂房为5级建筑物，按30年一遇洪水设计，50年一遇洪水校核。水库总库容为6265.27×10m。装机6000kw。

本工程枢纽由挡水建筑物、泄水建筑物及坝后式电站厂房等组成。

施工用主要建筑材料及所需大宗材料和设备，主要由购买地经公路运输或由铁路运输至汪清镇，然后改公路运输至工地仓库及堆存场。 施工及消防用水采用河水，生活用水采用地下水。

施工用电从罗子沟电站63kv变电站降压后引入，经工地10kv临时变电站降压后使用。 工期要求。根据建设单位意见及工程实际情况，初步拟定工程施工期为三年。

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1.2．水文、气象条件设计资料

1.2.1. 坝址附近河道水位流量关系

1.2.2. 水库水位——库容关系

表1 长沟水库水位——面积、库容关系曲线表 H m 462 470 475 480 485 490 495

F 10㎡ 0 12.7 24.70 94.6 123 233.4 293.81 4V 10m 0 21.17 113.02 392.42 935.42 1812.46 3127.59 43H m 500 505 510 515 520 525 F 10㎡ 487.24 557.13 750.57 848.20 1134.94 1280.87 4V 10m 5059.94 7668.91 10926.17 14920.61 19861.09 25896.94 431.2.3. 春汛、秋汛、大汛不同频率的洪峰流量过程线

分期洪水时段如下：

春汛：4月1日～5月31日 大汛：6月1日～9月24日 秋汛：9月25日～11月30日

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表2 长沟坝址春汛施工设计设计洪水过程线 单位：m/s 年份 1986 月 日 时 4 22 3 6 9 12 15 18 21 24 23 3 6 9 12 15 18 21 24 24 3 6 9 12 15 18 21 24 Q 58 90 126 142 178 164 148 134 120 105 94 88 81 74 66 58 53 50 47 45 43 41 39 37 P（%） 5 74 118 167 188 208 204 197 192 184 182 172 161 144 125 110.2 95.4 86.1 80.6 75 71.3 67.6 63.9 60.2 56.5 10 56.9 88.1 136 144 152 150 145 141 136 134 126 117 109.5 99.5 88.5 72.8 64.1 59.1 58.1 52.4 49.8 47.1 45.4 42.7 20 45.9 60.5 87.6 92.4 99.9 96.8 96 92.5 92 89.1 86.6 82.5 78.5 65.5 58.6 51.8 47.5 44.9 41.3 39.6 37.9 38.2 34.5 33.7

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表3 长沟坝址秋汛施工设计设计洪水过程线 单位：m/s

P（%） 年份 1986 月 日 时 10 26 3 6 9 12 15 18 21 Q 5 18 18.5 21.5 25.5 36.5 42.5 47.5 32 37.7 47.1 56.5 65.9 85.3 95.7 10 27.6 30.5 36.7 42.8 52.1 58.9 64.3 20 25.9 27.6 29.3 31.7 35 38.3 42.2

表4 年份 1986 24 27 3 6 9 12 15 18 21 24 28 3 6 9 12 15 18 21 24 48.5 49.4 48.5 48 47.5 47 46.5 46 43.9 42 41 40 39 38.5 38 37.3 37 98.8 99.8 97.8 96.6 94.5 93.5 92 91 90 89 88 87 85.2 82.7 82 80 77.3 69.6 70.3 69.6 69 78 67.5 67 66.5 66 65.5 65 64 62.4 61.4 60.4 59.4 58.4 44.5 44.9 44.5 44.2 43.9 43.7 43.5 43.2 42.9 42.6 42.3 42 41.7 41.4 41 40.3 40 单位：m/s

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长沟坝址大汛设计洪水过程线 月 日 时 8 29 3 6 9 12 15 18 21 24 30 3 6 9 12 15 18 21 24 Q 33.1 35.1 39.8 47.5 61.8 90.6 152 330 732 882 737 646 540 492 435 407 P（%） 0.5 39.1 41.6 47.9 57.9 76.7 114 195 428 1410 1714 1419 1242 1038 945 833 740 1 37.1 39.4 45.2 54.4 71.8 106.4 180 395 1165 1404 1173 1027 858 781 689 613 2 35 5 10 20 31.7 28.7 25.3 37.2 33.5 30.2 26.4 42.4 37.9 33.9 29.3 50.8 45 39.8 33.8 66.6 58.3 50.8 42.3 98.2 84.8 72.9 59.2 166 361 930 1104 937 820 686 625 552 491 141 306 636 725 640 561 470 428 379 337 120 257 430 471 432 380 319 291 258 230 95.4 201 250 255 250 222 187 171 153 137

31 3 6 9 12 15 18 21 24 339 317 293 274 255 240 225 212 730 728 692 647 592 546 510 480 595 611 584 546 509 459 428 404 483 468 460 439 419 384 370 350 330 326 319 307 286 278 261 247 223 215 209 201 196 194 191 182 132 131 130 128 126 124 121 120 1.2.4. 多年平均气温、风向、风速

绥芬河流域属寒温带大陆季风气候区，受西伯利亚高压和太平洋副高压影响，气候较湿润多雨，季节变化明显。各季气候特征：春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季凉爽，冬季寒冷而漫长。以罗子沟气象站为代表站，进行气象要素统计，资料系列为1958—2000年。该站多年平均降水量为490.7mm， 降水量年内分布不均匀，主要集中在夏季6--9月份，占全年降水总量的71.7％。 多年平均蒸发量为754.7mm(E601)。多年平均气温3.1oC，极端最高气温35.6℃， 极端最低气温-36.6oC。多年平均风速2.6m／s，最大风速28m／s。多年平均日照时数2546.4h。最大冻土深度为213cm。

1.3. 地质条件资料

水库区为中低山区，河谷呈不对称“U”字型，河谷内发育有一级阶地、河漫滩。 建筑物区的地形地貌按其成因类型及形态特征分为：河漫滩、一级阶地和中低山斜坡。

河漫滩：断续分布在绥芬河两岸，滩面较平坦，宽度小于30m，地面高程463～ 465m，高出河水面1～2m，组成岩性为全新统冲积砂砾卵石，厚度为1.3—3.5m。

一级阶地：断续分布在绥芬河两岸，阶面较平坦，宽度小于50m，地面高程 465～468m，高出河水面2～5m，组成岩性为全新统冲积壤土、中砂和砂砾卵石， 厚度为3～5.7m。

中低山斜坡：分布在绥芬河两岸，一般左岸坡度较缓，右岸坡度较陡，表层局部被第四系崩坡积物和坡洪积物所覆盖，其下为斜长花岗岩，两岸均生长有人工次生林。 地层岩性按其成因由新至老如下： 第四系全新统崩坡积堆积、第四系全新统坡洪积堆积、第四系全新统冲积堆积、华力西晚期斜长花岗岩、华力西晚期闪长玢岩。

1.4. 天然建筑材料资料

长沟水利枢纽工程混凝土浇筑总量13.08×10m，石方填筑总量 (包括临工程)4.19×10m 。

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1.4.1 . D1料场

D1料场位于坝上游0．1—0．65km的河漫滩上，宽40～60m，为新近冲积堆 积砂砾卵石，岩性以斜长花岗岩为主，局部有细砂或壤土层覆盖。有用层厚3— 4m，有用层储量10×104m 3， 水上、水下有用层储量分别为4 ×104m 3、6 ×104m 3。 漂石约占10％，卵石约占50％，砾石约占30％，砂约占10％，砂砾卵石多呈棱角状。质量满足围堰堰壳料填筑质量要求。同时该料场还可作为混凝土 骨料场。 料场无用层薄，有堆料场地，可沿河向上游扩大开采，宜枯水期及冬季机械 开采，需修运料道路。

建议内摩擦角：水上34o，水下32o；凝聚力=0；控制干密度1.9～2.0g/㎝3,渗透系数K=1×10-2㎝/s.

1.4.2. D2料场

D2料场位于坝下游0．2～1．2km的河漫滩上，宽40～65m，为新近冲积堆积 砂砾卵石，岩性以斜长花岗岩为主，局部有细砂或壤土层覆盖。有用层厚3～4m， 有用层储量15 ×10m，水上、水下有用层储量分别为5 ×10m、10 ×10m。 其中漂石约占10％，卵石约占50％，砾石约占30％，砂约占10％，砂砾卵石多 呈次圆～次棱角状。质量满足围堰堰壳料填筑质量要求。同时该料场还可作为混 凝土骨料场。 料场无用层薄，有堆料场地，宜枯水期及冬季机械开采，需修运料道路。

建议内摩擦角：水上34o，水下32o；凝聚力=0；控制干密度1.9～2.0g/㎝,渗透系数K=1×10㎝/s。

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3

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1.4.3. Bl料场

B1料场位于太平沟村西北约0.5km，绥芬河右岸一级阶地及高漫滩上，距 坝址15km，无用层平均厚0．73m，有用层平均厚2m，局部含有害夹层(砂壤土、 壤土)。料场无用层及扣除层9．71 X104m 3，料场有用层储量26．44 X104m 3，砂石 比为1：0．54。除细

骨料堆积密度和孔隙率不合格外，其它指标均满足混凝土粗、 细骨料质量要求。 地形较平坦，地面高程397～401．7m， 采，交通条件较好，有乡路通往坝址。

1.4.4. B2料场

部分为耕地，宜枯水期机械和人工开 采B2料场位于太平沟村西南约0．5km，绥芬河右岸一级阶地及高漫滩上，距 坝址14．5km，无用层平均厚0．7m，有用层平均厚2．42m，局部含有害夹层(砂 壤土、壤土)。料场无用层及扣除层5．46X104m3，料场有用层储量18．78 X104m 3， 砂石比为l：0．85。除细骨料堆积密度和孔隙率不合格、含泥量略高外，其它指 标均满足混凝土粗、细骨料质量要求。 地形较平坦，地面高程396～399．89m， 开采，交通条件较好，有乡路通往坝址。 D1和D2料场 部分为耕地，宜枯水期机械和人工 D1和D2即前述围堰用堰壳料场，料源各项指标基本满足混凝土粗、细骨 料质量要求。 长沟水利枢纽工程混凝土总量为13．08 X104m 3，细骨料总的需要开采量为 7．42 X104m 3，粗骨料总的需要开采量为22．24X X104m 3。总的筛分强度为 158．7m3／h。 料场选择 ， 根据储量、开采条件、质量评价以及场地情况综合分析，初步选定B2、D1、 D2料场作为混凝土粗、细骨料场。 B1料场需修临时路1．7km。料场占地14．17 X104㎡(含堰壳料开采占地)。

1.4.5 C1料场

C1料场位于东南岔河与绥芬河交汇处，东南岔河上游左岸，距坝址0．6km。 有天然露头，露头宽400m，高50m，纵深100m，有效储量200 X104m 3，可开采储量120 X104

m 3。岩性为斜长花岗岩，灰白色，呈弱～微风化及新鲜，节理 较发育，开采块径几十厘米到一米，占用林地。 料石质量除软化系数略低外，其它指标均满足设计要求。料场至坝址间需修 临时道路。

1.4.6. C2料场

C2料场位于绥芬河下游右岸，距坝址0．5km。有天然露头，露头宽500m， 高50m，纵深80m，有效储量200 X104m 3，可开采储量120XX104m 3。岩性为斜 长花岗岩，灰白色，呈弱～微风化及新鲜，节理较发育，开采块径几十厘米到一 米，占用林地。 料石各项指标均满足设计要求。

1.4.7. A粘土料场

A粘土料场位于长沟坝址上游500m处，储量和质量均满足设计要求。天然含水量6.7 KN/m3，干容重15.5KN/m3,湿容重16.5 KN/m3 ，渗透系数K=0.009m/s。

2. 施工导流设计

2.1. 施工导流方案选择及导流标准确定

根据本工程的实际水文地质条件，河流流量小，河床较宽的特点，选择采用二期分段围堰的导流方案。第一期，先围右岸，包括右岸挡水坝段和一流坝段，进行一期基坑内施工；第二期，围左岸部分，包括厂房坝段和挡水坝段，进行二期基坑施工。

本工程根《水利水电工程施工组织设计手册》，以及本工程的级别和围堰工程规模，选定施工导流建筑为V级。

根据《水利水电工程施工组织设计手册》，以及导流建筑物的级别，选定导流建筑物的洪水标准为：5年一遇。

2.2. 施工导流时段的划分

根据本工程的水文地质条件，采用分段围堰法导流，中后期采用导流底孔导流来修建大坝。划分为三个时段：第一时段，拟定度大汛，在河流右岸修建一期围堰，河水由束窄河床通过；第二时段，拟定度春汛，在河流左岸修建二期围堰，河水通过一期挡水坝段预留的导流底孔下泄；第三时段，坝体全面升高，先有导流底孔临时下泄，待泄水建筑物建成之后，封堵底孔，河水由泄水建筑物下泄，也可部分或全部的拦蓄在水库中，直到工程完建。

2.3. 导流设计流量及河床水位的确定

根据导流设计洪水标准和围堰分期施工，选定施工导流设计流量Q=255m/s 由水位流量关系曲线，采用内插法得当通过流量为255m/s时水位为465.20m。

3

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2.4. 导流建筑物（围堰）的设计

2.4.1. 第一期上、下游围堰高程的确定

当通过设计流量Q=255m/s时，水位为465.20m，根据规范选定超高为0.5m, 则下游围堰高程可选定为H1下=465.70m。

根据枢纽布置布置图，剖得过水断面为：

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由图可计算出当通过设计流量Q=255m/s时的的过水断面面积为A1=135.08m,选定一期

2

河床束窄系数为50%，则束窄断面面积A2=67.54m。 因此可以求的行进流速V0：

3

2

V0= 束窄流速Vc： Vc=雍高Z：

Q255??1.89m/s A1135.08Q255??3.78m/s

(A1?A2)(135.08?67.54)Vc2V023.7821.892Z?????0.83m22 2g??2g2?9.8?0.852?9.8取上游超高为0.7m

则上游围堰高程H1上：

H上=465.20+0.83+0.7=466.73m

根据《水利水电工程施工组织设计手册》查得一期上下游围堰迎水面坡度为：1：2.5，背水面坡度为：1：2

一期纵向围堰见附图

2.4.2. 第二期上、下游围堰高程的确定

根据导流方案，拟定一期时在溢流坝段中部设置一个导流底孔，用于二期宣泄水流，底孔高程为463.00m，导流底孔尺寸拟定为：宽?高=4m?6m。

则由宽顶堰计算公式：

q?mb2gH3/2

m——流量系数（一般取0.32——0.35） b——导流底孔宽度，m H——堰前水头，m

则可以计算出不同上游水位相应的下泄流量q，见表5：

表5： 水位——库容——下泄流量关系曲线 V H q

0.00 462 0.00

2.65 463 0.00

5.29 464 6.02

7.94 465 17.04

10.59 466 31.30

13.23 467 48.19

15.88 468 67.35

18.52 469 88.54

21.17 470 111.57

78.24 471 136.31

86.94 472 162.65

95.63 104.33 113.02 305.22 327.02 348.82 370.62 392.42 473 474 475 476 477 478 479 480 190.50 219.77 250.41 282.36 315.56 349.97 385.54 422.24 二期拟定度春训，相应的来水过程线见表2：

通过对二期设计时段的来水过程线和泄水过程线的对比分析可知，来水>泄水，因此需进行调洪演算来确定二期上下游围堰高程。调洪演算见表6：

表6 调洪演算表

时 间（年 ，月，日，时） 1986 4 21 22 24 3 6 9 Q 3(m/s) 0.00 45.90 60.50 87.60 92.40 99.90 96.80 96.00 92.50 92.00 89.10 86.60 82.50 78.50 65.50 58.60 51.80 47.50 44.90 41.30 39.60 37.90 38.20 34.50 33.70 Q平均 3(m/s) 22.95 53.20 74.05 90.00 96.15 98.35 96.40 94.25 92.25 90.55 87.85 84.55 80.50 72.00 62.05 55.20 49.65 46.20 43.10 40.45 38.75 38.05 36.35 34.10 q q平均 33(m/s) (m/s) 0.00 45.92 88.14 96.20 114.47 115.03 116.96 115.66 113.66 111.67 108.26 105.93 102.00 97.88 86.59 77.56 72.11 66.53 64.40 60.72 58.69 57.19 56.97 54.40 52.34 22.96 67.03 92.17 105.33 114.75 116.00 116.31 114.66 112.66 109.96 107.09 103.96 99.94 92.23 82.07 74.84 69.32 65.46 62.56 59.71 57.94 57.08 55.68 53.37 △V 43(10m) 10.25 5.58 0.95 3.96 0.43 1.46 -0.98 -1.52 -1.53 -0.44 -0.26 -0.45 -0.47 -1.33 -1.11 -0.69 -0.72 -0.28 -0.49 -0.28 -0.21 -0.03 -0.36 -0.29 V 43(10m) 2.65 12.90 18.48 19.43 23.39 23.82 25.28 24.30 22.77 21.25 20.80 20.54 20.10 19.62 18.29 17.18 16.49 15.77 15.49 14.99 14.72 14.51 14.48 14.12 13.83 z (m) 463.00 466.87 468.98 469.34 470.12 470.14 备注 12 15 18 21 24 23 3 6 9 470.18 ?库水位最大 470.17 泄流量最大 470.09 470.00 469.86 469.76 469.59 469.42 468.91 468.49 468.23 467.96 467.85 467.67 467.56 467.48 467.47 467.34 467.23 12 15 18 21 24 24 3 6 9 12 15 18 21 24 根据表6可知上游最大水位为：470.18m；

根据图一的水位流量关系曲线可查的下游的最大水位为：464.33m。

根据《水利水电工程施工组织设计手册》取上下游超高分别为0.7m、0.5m 则上下游堰顶高程分别为：

上游堰顶高程：H1上=470.22+0.7=470.88m 下游堰顶高程：H2下=464.35+0.5=464.83m 查《水利水电工程施工组织设计手册》得：

二期上下游围堰迎水面坡度为：1：2.5 二期上下游围堰背水面坡度为：1：2

3.施工截流设计

3.1. 截流方式的选择

根据水利枢纽布置形式，结合水文、地形、地质条件和计划工期等因素，选定立堵法为长沟水利枢纽工程的截流方法。

立堵法截流准备工作简单，造价低，且是我国传统的截流方式，积累了丰富的经验。随着截流理论和实践的发展，立堵法某些不利条件逐步得到了改善。 3..2. 截流水力计算

截流设计流量选择截流时期内重现期5年的月平均流量，Q?40.00m3/s，河床允许流速?v??3.0m/s。

龙口泄流量计算公式

Q?mB2gh2

式中：m—流量系数； B—龙口宽度，m； h—水深，m。

表7 截流水力计算表 龙口宽度 上游水位 底孔泄流量B(m) H(m) Q1(m3/s) 0.00 0.50 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 466.53 466.15 465.83 465.34 464.98 464.70 464.47 464.29 464.13 464.00 463.88 463.78 463.69 463.62 463.54 463.48 40.00 33.64 28.70 21.60 16.77 13.32 10.75 8.78 7.23 6.00 4.99 4.17 3.48 2.91 2.42 2.01 龙口泄流量Q2(m3/s) 0.00 6.36 11.30 18.40 23.23 26.68 29.25 31.22 32.77 34.00 35.01 35.83 36.52 37.09 37.58 37.99 截流流量 单宽流量 Q(m3/s) q(m3/(m?s)) 40.00 40.00 40.00 40.00 40.00 40.00 40.00 40.00 40.00 40.00 40.00 40.00 40.00 40.00 40.00 40.00 0.00 12.72 11.30 9.20 7.74 6.67 5.85 5.20 4.68 4.25 3.89 3.58 3.32 3.09 2.89 2.71 龙口流速 上下游水位差v(m/s) z(m) 0.00 3.07 2.95 2.75 2.60 2.47 2.37 2.28 2.20 2.13 2.07 2.01 1.96 1.91 1.87 1.83 3.03 2.65 2.33 1.84 1.48 1.20 0.97 0.79 0.63 0.50 0.38 0.28 0.19 0.12 0.04 -0.02 33.3.截流龙口宽度及截流材料的粒径的确定

根据截流水力计算可知，当龙口宽度为B?1.00m时，龙口流速v?2.95m/s，接近河床允许流速?v??3.0m/s。因此，选择截流龙口宽度为B?1.00m，并且整数宽度施工好控制。

根据教材41页给定的截流材料的适用流速表查得，在龙口流速v?2.95m/s时的截流材料为?0.6m?4m装石竹笼。

4. 施工排水设计

施工排水设计主要是基坑的初期排水设计。

戗堤合龙闭气后，基坑内的积水应有计划的组织排除。排除积水时，基坑内外产生水位差，将同时引起通过围堰和基坑的渗水。初期排水流量一般可根据地质情况、工程等级、工期长短及施工条件等因素，参考实际工程经验，按下面公式确定：

Q?(2~3)V T

式中：Q为初期排水流量，m3/s；V为基坑的积水体积，m3；T为初期排水时间，s。

排水时间T主要受基坑水位下降速度的限制。基坑水位允许下降速度一般限制在0.5m/d—1.5m/d以内。对于土石围堰取下限值，混凝土围堰取上限值。初期排水时间对大型基坑可限制在5—7d，中型基坑不超过3—5d。

本工程基坑属于中型基坑，排水时间取T=3d，基坑的积水体积V=2508.13m3，则初期排水流量Q=0.03m3/s。

根据初期排水流量Q=0.03m3/s，抽水最大高度为3.35m，选择IS型离心泵，因为IS型离心泵是我国根据国际标准设计制造的，其适用范围是：3.6—400m3/h，扬程5—125m。泵站采用浮动水泵站。

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