50　给水排水　Vol.35　No.3　2009世博浦东园区雨水泵站初期雨水调蓄池冲洗方式设计肖　艳　徐建初(上海市政工程设计研究总院,上海　200092) 摘要　初期雨水调蓄池近年来在上海地区逐渐推广,结合世博浦东园区雨水泵站工程实例,对人工清洗、水射器冲洗、水力冲洗翻斗、连续沟槽自清冲洗和门式自冲洗系统等5种初期雨水调蓄池冲洗措施进行比较分析,最终采用门式自冲洗系统。

介绍了门式自冲洗系统的设计与运行情况。

关键词　初期雨水调蓄池　冲洗　门式自冲洗系统　世博浦东园区1　项目背景黄浦江水景是2010年上海世博会最重要的景观之一,2010年5月1日～10月31日历时184天的世博会期间正值上海汛期,降雨频繁,由于初期雨水携大量沉积黑泥,COD Cr 浓度远高于黄浦江河水的水质标准,若直接入河,河水会发生黑臭现象,破坏沿岸水景的感观。

因此,控制初期雨水对黄浦江产生的污染是一项至关重要的工作。

根据2010年上海世博会园区总体规划,世博浦东园区采用雨污分流的排水体制,新建了3座雨水泵站,泵站出水均排入黄浦江。

世博浦明雨水泵站设计规模Q =22m 3/s ,初期雨水调蓄池容积8000m 3,与雨水泵房分建;世博后滩雨水泵站设计规模Q =11m 3/s ,南码头雨水泵站设计规模Q =11.5m 3/s ,初期雨水调蓄池容积分别为2800m 3和3500m 3,初期雨水调蓄池位于雨水泵房下方,结构采用上下叠建方式,节约用地。

2　调蓄池几种冲洗方式的分析比较在雨水泵站中设置初期雨水调蓄池,目的是将降雨初期污染相对较严重的雨水暂时储存在调蓄池中,在降雨之后利用城市污水管网排放低谷时段,将初期雨水送至城市污水处理厂。

由于初期雨水径流中携带了地面和管道沉积的污物杂质,初期雨水调蓄池在使用后底部不可避免地滞留有沉积杂物。

雨水滞留在池内数小时后,水中污物杂质会沉积下来,如果不及时进行清理会造成污物变质,产生异味;而且沉积物积聚过多将使调蓄池无法发挥其功效。

因此,在设计初期雨水调蓄池时必须考虑对底部沉积物的有效冲洗和清除。

调蓄池的冲洗有多种方法,各有利弊。

为达到节能减排的政策要求,出现了越来越多的环保型、节能型冲洗设施和方法。

调蓄池通常采用的冲洗措施有人工清洗、水射器冲洗、水力冲洗翻斗、连续沟槽自清冲洗、门式自冲洗系统等。

2.1　人工清洗依靠人力进入地下水池中,对沉积物用工具进行清扫、冲洗、搬运。

缺点是危险性高、劳动强度大。

2.2　水射器冲洗水射器借助于吸气管和特殊设计的管嘴,高压水流在喷射管中产生负压,将吸入的空气和水混合,利用掺气高压水流对池底沉淀物进行冲刷清理。

优点是自动冲洗,冲洗时有曝气过程,可减少异味,适用于所有池型。

缺点是需建造冲洗水储水池,运行成本较高,设备位于池底,易被污染磨损。

2.3　水力冲洗翻斗水力冲洗翻斗是一种节能型冲洗方式,其断面为圆形和30°储水三角水槽组成的形状。

翻斗安装于调蓄池宽度方向池壁的上沿口(见图1),在工作待命状态翻斗口朝上,当需清洗调蓄池时,利用翻斗上方的进水管道向翻斗内充水,当翻斗内充满水后,图1　水力冲洗翻斗运行示意给水排水　Vol.35　No.3　200951　由于翻斗的偏心设计,斗体在偏心力矩作用下失稳,水斗自动翻转,斗内储水瞬间从斗口倒出,对池底进行冲洗。

待水倒空后,翻斗自动回复原位。

水力冲洗翻斗的优点是无需电力或机械驱动,控制简单;缺点是必须提供有压力的外部水源对翻斗进行冲洗,运行费用较高;翻斗容量有限,冲洗范围受到限制。

2.4　连续沟槽自清冲洗将调蓄池底部设计成为连续沟槽,调蓄池使用完毕后,利用晴天污水冲洗底部,通过跌水将势能转化为动能进入连续沟槽,并在沟槽内达到自清流速,冲洗水最终流入泵坑,提升后排入污水管,达到清洗调蓄池的目的,这也是一种节能的方法。

调蓄池底部的连续沟槽一般采用梯形断面,混凝土浇筑成形,沟槽具有一定底坡,底坡及转弯处水力损失要通过水力模型试验确定(见图2)。

图2　连续沟槽自清冲洗设计示意这种方式优点是无需电力或机械驱动,无需外部水源;缺点是依赖晴天污水作为冲洗水源,利用其自清流速进行冲洗,难以实现彻底清洗,易产生二次沉积;连续沟槽的结构形式加大了泵站的建造深度,有些调蓄池的建造深度超过20m 。

2.5　门式自冲洗系统门式自冲洗系统是一种节能型、无动力、无能源消耗的清洗方式。

它利用水力学原理和机械结构相结合,其冲洗装置设计成门式外形,调蓄池分割成数条长形冲洗廊道,廊道始端设置储水池和冲洗门,廊道末端设置出水收集渠。

主浮筒和控制浮筒安放在进水端或出水端。

工作过程是液位控制的两套浮筒(主浮筒和控制浮筒)与数套冲洗门之间的协调动作。

其间相连接的是全封闭的液动系统。

门式自冲洗系统适用于方形、矩形、异形的调蓄池,也可设置在管网中。

调蓄池进水先进入储水池,并逐档进入各廊道的储水池,待储水池蓄满水后,水再从储水池上部溢出进入调蓄池廊道。

无论在何种进水量的情况下,进水总是先充满储水池,储存一定的冲洗水量。

在调蓄池排空时,控制浮筒随水位降低至设置标高时,由控制系统触发,冲洗门瞬间将储水释放,门底部喷射出的水具有很大的动能,形成强力的、席卷式的射流。

射流形成的波浪将池底的沉积物卷起,冲流到调蓄池末端的收集渠,通过泵排出。

门式自冲洗装置的冲洗力非常强大,在法国巴黎的某个应用实例中,对厚达0.4m 的积泥一次冲洗即实现了清除,这是传统冲洗方式所无法做到的。

该装置运行示意见图3。

图3　门式自冲洗装置运行方式门式自冲洗方式优点是无需电力或机械驱动,无需外部供水,控制系统简单;单个冲洗波的冲洗距离长;调节灵活,手动、电动均可控制,即使在部分充水情况下,也可手动控制进行冲洗;运行成本低、使用效率高。

缺点是进口设备,初期投资较高。

表1为上海市部分已建或在建调蓄池的冲洗措施情况。

3　门式自冲洗系统在世博泵站调蓄池中的应用世博园区雨水泵站地处黄浦江畔规划滨江绿地,根据规划和景观要求,均建设成全地下式泵站,地面上仅有人员进出口、通风井、设备检修孔等。

全地下结构的初期雨水调蓄池不具备人员经常进出和开大型设备吊装孔的条件。

因此,世博园区设计的雨水泵站中初期雨水调蓄池在国内首次采用了国际先进的门式自冲洗系统。

表1　上海部分已建(在建)调蓄池冲洗措施情况调蓄池名称调蓄池容积/m3排水体制采用的冲洗措施　江苏路泵站调蓄池15300合流制　水力冲洗翻斗　成都路泵站调蓄池7400合流制　水力冲洗翻斗　梦清园调蓄池25000合流制　水力冲洗翻斗　昌平路泵站调蓄池15000合流制　连续沟槽自清　芙蓉江泵站调蓄池12500分流制　连续沟槽自清　世博浦明泵站调蓄池8000分流制　门式自冲洗系统　世博后滩泵站调蓄池2800分流制　门式自冲洗系统　世博南码头泵站调蓄池3500分流制　门式自冲洗系统　世博蒙自泵站调蓄池5500分流制　门式自冲洗系统 浦明雨水泵站中初期雨水调蓄池设计容积8000 m3,平面尺寸39.4m×32.6m,由储水池、冲洗廊道、出水收集槽等三部分组成。

每套冲洗门的前端设置储水池,储水池的设计宽度、高度、底坡及透气平衡装置与池型和冲洗范围有关。

对于每条冲洗廊道,需保证一定的底坡,根据冲洗水量和冲洗程序不同,一般设计底坡为1%～2%。

根据冲洗廊道的宽度和长度,通过计算确定储水池的容积。

储水池中的蓄水应有一定势能(水位差),才能在冲洗门瞬间打开时形成强力的水动能。

储水池宽3m,分为6格,设有两级底坡;6条冲洗廊道内各设置1套门式自冲洗装置,冲洗廊道单长29m,单宽4.65m,设有底坡,隔墙高度0.6m,门式自动冲洗装置宽度2.8m,孔口高度0.4m;出水收集槽宽5.5m,末端设置2台潜水离心泵,用于调蓄池放空及冲洗水排空,初期雨水调蓄池12h放空,放空水及冲洗水排入浦明路市政污水管道。

雨水调蓄池的设计见图4。

4　门式自冲洗系统的运行模式4.1　进水降雨初期,雨水出水闸门关闭,调蓄池进水闸门开启,初期雨水混合水经雨水泵提升后进入调蓄池。

初期雨水首先进入调蓄池的储水池,待储水池各格依次蓄满水后,再从储水池上部溢出进入调蓄池各廊道。

待调蓄池蓄满时,调蓄池进水箱涵闸门关闭,同时开启雨水出水闸门。

4.2　放空根据外部污水管网运行情况及世博污水纳管泵站的水量反馈情况,利用晴天污水量排放低谷时段(一般为夜间),人工控制调蓄池的放空,将初期雨水图4　浦明泵站初期雨水调蓄池设计示意排放至浦明路市政污水系统。

放空时首先开启调蓄池高位溢流闸阀,当调蓄池内水位逐渐降低,关闭高位溢流闸阀,同时开启调蓄池放空泵。

当水位下降至停泵水位,同时液位处于下降趋势,即变化率d L/d t<0时,放空泵关闭。

4.3　冲洗调蓄池放空后,根据出水收集渠内浮球开关的信号反馈,门式自冲洗系统将自动进行冲洗。

全套冲洗过程根据廊道数量分为数组。

第1组冲洗(第1条廊道):调蓄池放空结束(放空泵关闭)后由控制系统触发,第一条廊道开始冲洗,冲洗门瞬间将储水释放,射流形成波浪将池底的沉积物卷起,冲流到调蓄池末端的出水收集渠。

第1条廊道冲洗完成后,由控制系统触发第2组冲洗程序,顺序而作。

5　结语初期雨水调蓄池在我国是一种较新的设施,近年来在上海地区已逐渐推广。

世博园区浦明、后滩雨水泵站即将竣工,门式自冲洗系统的调试运行情况良好,具有广阔的应用前景。

&通讯处:200092上海市中山北二路901号电话:(021)51298376EΟmail:xiao_y.gp4@收稿日期:2008210212修回日期:200821222252　给水排水　Vol.35　No.3　2009。