上海書院鎮(zhèn)雨水泵站工程設計

張 珂

[上海市城市建設設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200125]

0 引言

根據(jù)書院鎮(zhèn)規(guī)建辦提供的《東海農(nóng)場片區(qū)積水點情況說明》，本工程范圍內每年臺風期間均出現(xiàn)積水現(xiàn)象。2016 年9 月15 日臺風期間，最大積水深度達到1.0 m以上，亭園新村積水特別嚴重，給人民的生命和財產(chǎn)造成了嚴重的損失。地區(qū)的雨水管道設計暴雨重現(xiàn)期基本不超過0.5 a，遭遇強降雨時，部分道路和低洼地區(qū)積水現(xiàn)象嚴重，系統(tǒng)排水防澇能力較弱，抵御超標雨水風險的能力不足。

根據(jù)《臨港地區(qū)綜合區(qū)04PD-0107 單元雨水排水專業(yè)規(guī)劃》，本工程范圍內排水體制為雨污分流制，設計暴雨重現(xiàn)期采用P=5 a，地面綜合徑流系數(shù)取0.5，雨水泵站設計規(guī)模為10.80 m3/s，位于現(xiàn)狀人民塘隨塘河東岸，西至隨塘河，東至塘下公路坡腳，北至三三公路以北220 m，南至三三公路以北160 m，用地面積約1 500 m2，雨水經(jīng)泵站提升后，排入人民塘。根據(jù)上海市水務局和相關專業(yè)規(guī)劃的規(guī)定，分流制排水系統(tǒng)中應在雨水泵站內設置旱流污水截流設施[1]。本工程旱流污水截流設施規(guī)模為0.3 萬m3/d，初期雨水調蓄池規(guī)模為2 536 m3。

雨水泵站鳥瞰效果圖，見圖1。

圖1 雨水泵站鳥瞰效果圖

1 工程現(xiàn)狀

本工程雨水泵站場地現(xiàn)狀為綠地，北側為林地，南側為綠地，西側為現(xiàn)狀人民塘，東側為塘下公路。新建雨水泵站場地內現(xiàn)狀地面標高約為4.2～4.6 m，與該場地緊挨的塘下公路路面標高約為7.0 m，塘下公路交通比較少。新建雨水泵站西側為現(xiàn)狀人民塘，人民塘隨塘河現(xiàn)狀河面寬度約20～25 m，河底標高約為1.00～1.15 m。河道東側已經(jīng)過河道整治，西側區(qū)域河道未經(jīng)過整治，無護岸，岸坡僅在自然條件下處于穩(wěn)定狀態(tài)。泵站位置示意圖見圖2。

圖2 雨水泵站位置示意圖

泵站服務范圍內片區(qū)現(xiàn)狀雨水管道不僅管徑偏小、標準偏低，還存在管道流向與雨水排水規(guī)劃不相符的現(xiàn)象，詳見圖3。

圖3 雨水系統(tǒng)現(xiàn)狀圖

根據(jù)《臨港地區(qū)綜合區(qū)04PD-0107 單元雨水排水專業(yè)規(guī)劃》，本工程區(qū)域范圍內，雨水匯集于三三公路雨水總管，雨水管徑為φ1 000～φ2 400。雨水泵站設置于三三公路北側現(xiàn)狀變電站地塊內，雨水經(jīng)泵站排入人民塘，泵站規(guī)劃規(guī)模為10.8 m3/s。雨水系統(tǒng)規(guī)劃圖見圖4。

圖4 雨水系統(tǒng)規(guī)劃圖

2 泵站設計

2.1 泵站總平面布置

雨水泵房與污水截流設施采用合建式，并設置在初期雨水調蓄池上部，三者采用上下疊加的方式。結合雨水泵站選址，雨水泵站需用地面積1 500 m2，泵房主體內部凈尺寸約25.05 m×16.20 m。雨水泵站布置為直進直出型，保證良好的水力流態(tài)，避免產(chǎn)生紊流。具體為：進水總管→進水閘門井→雨水格柵→集水池→雨水泵→出水閘門井→出水箱涵→人民塘（現(xiàn)狀）。

泵站通過φ2 400 進水管進入進水閘門井，由進水閘門井進入泵房集水井，經(jīng)雨水泵提升后，通過雙孔3.0 m×2.0 m～（4～4.5）m×2.0 m出水箱涵，排入人民塘（現(xiàn)狀）。出口流速控制在0.3 m/s。

污水截流泵房與雨水泵房合建，污水截流泵房進水由雨水泵房底部設置寬度為600 mm 的截流溝排入，截流污水通過水泵提升后，通過DN150 污水截流管道，在站內與初雨排放管合并，流經(jīng)流量計井后，排入三三公路市政污水管網(wǎng)。

初期雨水調蓄池與雨水泵房合建，設置在雨水泵房下部，調蓄池進水由雨水泵房下部集水池側壁1 000 mm×1 000 mm 開孔進入1 000 mm×1 000 mm調蓄池進水箱涵，然后進入調蓄池前端蓄水池。調蓄池出水經(jīng)調蓄池排放泵提升后，通過DN200 污水管，在站內與截污管合并，流經(jīng)流量計井后，排入三三公路市政污水管網(wǎng)。

雨水泵站由進水閘門井、主泵房、變配電間等組成。泵站內設置4.0 m寬道路，設計路面標高為5.0 m，道路轉彎半徑不小于6 m。泵站內空地均考慮布置綠化，泵站的綠化不應小于30%，形成優(yōu)美的環(huán)境與周邊協(xié)調。泵站圍墻采用鑄鐵柵透綠圍墻。

主泵房水泵上部設置單梁起重機，在雨水格柵處設置封閉式臭氣收集罩，集水池散發(fā)的臭氣收集后，經(jīng)處理達標后排放。

在泵站內設置獨立的變配電間，包括變配電間、監(jiān)控室、值班室、衛(wèi)生間等生產(chǎn)輔助用房。泵站總平面布置圖見圖5。

圖5 泵站總平面布置圖

2.2 泵站工藝設計

2.2.1雨水泵房工藝設計

雨水泵房與污水截流設施采用合建式，并設置在初期雨水調蓄池上部，三者采用上下疊加的方式。泵房下部為矩形鋼筋混凝土結構，采用沉井施工。雨水泵房、初期雨水調蓄池、污水截流泵房為合建式泵房，初期雨水調蓄池設置雨水泵房下部，泵房下部結構平面內凈尺寸為25.15 m×16.3 m，泵房頂標高為5.30 m，調蓄池底標高為-10.15 m，泵房主體凈深15.45 m，上部結構采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結構，不設置房間，設置雨棚。泵房平面圖見圖6，剖面圖見圖7。

圖6 泵房平面圖

圖7 泵房剖面圖

本工程雨水泵站設計配泵能力為10.80 m3/s，考慮到拆裝維護方便、運行穩(wěn)定、噪聲等因素，雨水泵采用潛水軸流泵[2]。選用4 臺潛水軸流泵，水泵工作性能：Q 單=2.7 m3/s，平均揚程H=5.37 m，最高揚程H=6.94 m，最低揚程H=3.70 m，電機功率P=250 kW。

為保障水泵安全運轉，在雨水泵房集水井內設置2 套鋼絲繩牽引格柵除污機，每組渠道寬3 000 mm，柵條間距70 mm，用于阻擋、清除雨水管中危及水泵運行的碴塊與垃圾，并設置一臺垃圾小車，集水井上部設置雨棚。

2.2.2初期雨水調蓄池工藝設計

本工程初期雨水調蓄標準為D=5 mm，F(xiàn)=74.7 hm2，Ψ=0.5，β=1.2。經(jīng)計算，初期雨水調蓄量為2 241 m3。由于本工程雨水泵站用地緊張，初期雨水調蓄池設置在雨水泵房下部，調蓄池有效容積V=2 536 m3，滿足本工程服務范圍內初期雨水調蓄量的要求。

本工程調蓄池擬采用水泵排空，調蓄池放空水經(jīng)水泵提升后通過DN200 出水壓力管，排至市政污水管網(wǎng)。出水壓力管流速控制在1.5 m/s，管道受納能力為0.025 m3/s，排放效率η 取0.8，經(jīng)計算，調蓄池放空時間為35.2 h。調蓄池內設置潛水離心泵3 臺，兩用一備，水泵工作性能：Q=20 L/s，H=22.5 m，電機功率11 kW。

由于初期雨水在調蓄池中停留，將在調蓄池中沉淀積泥，因此需要對調蓄池進行不定期的清洗。沖洗方式選擇的恰當與否制約著調蓄池工程建設后能否正常發(fā)揮工程效益。調蓄池通常采用的沖洗措施有人工清洗、水射器沖洗、水力沖洗翻斗、連續(xù)溝槽自清沖洗、門式自沖洗系統(tǒng)等。根據(jù)上海已建調蓄池情況及沖洗設備實際運行效果，本工程采用門式自動水力沖洗系統(tǒng)作為調蓄池沖洗設施。設置3 套沖洗系統(tǒng)，單套門寬2 800 mm，高400 mm，電機功率0.55 kW。

2.2.3污水截流設施工藝設計

本工程雨水泵站服務面積為74.7 hm2，系統(tǒng)旱流污水量為0.3 萬m3/d，污水截流規(guī)模為600 m3/d，截流污水接入三三公路DN300 污水管。

污水截流泵房與雨水泵房合建，污水截流泵房內設置潛水離心泵2 臺，一用一備，水泵工作性能：Q=16 L/s，H=12.0 m，電機功率4.0 kW。截流污水通過水泵提升后，排入市政污水管網(wǎng)。

2.2.4雨水泵站進出水管渠設計

泵站通過φ2 400 進水管進入進水閘門井，由進水閘門井進入泵房集水井，經(jīng)雨水泵提升后，通過雙孔3.0 m×2.0 m～（4～4.5）m×2.0 m出水箱涵，排入人民塘（現(xiàn)狀），出口流速控制在0.3 m/s。

在泵站總平面布置中設置一根DN1400 回流水管，用于雨水泵站內試泵打回籠水。

進水閘門井為現(xiàn)澆鋼筋混凝土半圓形水池，內徑凈尺寸Φ=6.6 m，與雨水泵房合建。凈深約9 m，底板面標高-3.35 m，井凈深約8.65 m，內設兩臺2 500 mm×2 400 mm 矩形閘門。

為了便于泵房在發(fā)生事故時斷水檢修和可供泵房打回籠水，并避免回流水排入河道污染水體，在雨水泵站內設置出水閘門井一座，內凈尺寸為4.00 m×11.30 m，井凈深約5.30 m，內設置1 臺3 000 mm×2 000 mm 方形閘門、4 臺φ1 200 浮箱拍門和1 臺φ1 400 圓形閘門。

2.2.5除臭設計

本工程雨水泵站中的雨水格柵處、泵池、集水井和調蓄池透氣井等區(qū)域，都是惡臭集中的發(fā)散源。

先對其污水格柵和出渣口進行加罩密封，格柵井進行加蓋處理，然后對格柵罩、泵池、集水井和調蓄池等內部的臭氣，通過排風系統(tǒng)將其送入廢氣處理箱中，保證池內微負壓狀態(tài)。同時，新鮮空氣通過高能離子發(fā)生器激發(fā)產(chǎn)生的高能離子與臭氣在廢氣處理箱內進行有效的消解反應，廢氣分子在高能離子氣體的作用下，被氧離子、羥基、自由基等瞬間、充分撞擊、混合，在納米催化劑的幫助下進行著物理和化學反應。該反應過程包括預荷電集塵、有害氣體分子的自身分解或轉化、氧化分解反應、正負離子作用等。經(jīng)處理后的氣體通過活性炭凈化裝置深度處理后再次進入洗滌塔內洗滌，處理后的廢氣達到《惡臭（異味）污染物排放標準》（DB 31/1025—2016）排放標準后，最終通過煙囪達標排放。除臭流程圖詳見圖8。

圖8 除臭系統(tǒng)工藝流程圖

3 效益分析

本項目的建設是建立完善雨污水排放系統(tǒng)的前提，社會效益和環(huán)境效益較大，可使安全、資源、環(huán)境三位一體，協(xié)調發(fā)展，實現(xiàn)水資源的有效利用，優(yōu)化地區(qū)發(fā)展環(huán)境，提高地區(qū)綜合競爭力。本項目建成后，書院鎮(zhèn)排水系統(tǒng)防汛標準提高，抗災能力大大加強，在一般情況下可基本消除積水，在超標暴雨情況下能迅速退水，使市民能夠安居樂業(yè)，會展綜合體不受或少受損失。

目前書院鎮(zhèn)雨水泵站已完成施工圖設計，即將進入施工階段。待泵站建成后可進一步探究泵站的實際運行效果，并加以驗證。

4 結語

本工程雨水泵站的設計根據(jù)實際用地條件，選用合適的合建式緊湊型泵房，運行、管理方便，安全可靠。泵站在具備區(qū)域排澇功能的同時，還具有截流旱流污水、初期雨水的功能。本工程被列為浦東新區(qū)政府積水點改造項目，項目的建設對改善書院鎮(zhèn)人民群眾的交通出行和人居環(huán)境、提高新區(qū)的城市建設品質具有積極意義。同時，對同類型泵站的設計具有借鑒意義。