水利拍門在排水工作中的應(yīng)用

曾映雪，江 遼

（清遠(yuǎn)市供排水處理中心，廣東 清遠(yuǎn) 511500）

引言

近幾年，隨著城市快速發(fā)展，城市排水能力不足問(wèn)題不斷凸顯，特別是老舊城區(qū)的排雨及排污能力不足問(wèn)題日漸突出。為了保障城市居民生命財(cái)產(chǎn)安全、保護(hù)生態(tài)環(huán)境，需要采取大量措施解決相關(guān)問(wèn)題，包括：加大排水管網(wǎng)建設(shè)力度；對(duì)易澇點(diǎn)進(jìn)行改造；對(duì)存在問(wèn)題的排水防澇設(shè)施進(jìn)行修復(fù)；對(duì)錯(cuò)、漏接的雨污水管網(wǎng)進(jìn)行排查改造；增設(shè)截流、調(diào)蓄設(shè)施；改造或增設(shè)泵站、排水口、截流井、閥門等。本文通過(guò)一個(gè)案例講解如何利用水利拍門解決排水難題。

1 水利拍門工作原理

水利拍門主要由閥座、閥板、水密封圈、鉸鏈等構(gòu)成，主要安裝在排水管道的尾端用于防止外水倒灌，啟閉力來(lái)自水源壓力，當(dāng)拍門內(nèi)的水壓大于拍門外側(cè)水壓則開(kāi)啟、反之則關(guān)閉，具有節(jié)能、使用壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、無(wú)需人工施加外力等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于水利工程、市政排水、城市防洪排澇、污水處理廠、自來(lái)水廠等工程項(xiàng)目。李華慶[1]通過(guò)研究設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的可變浮容重拍門方案解決滁河一級(jí)泵站安全高效運(yùn)作問(wèn)題；陳開(kāi)金等[2]分析了烏江泵站多扉式拍門存在的主要問(wèn)題，介紹了節(jié)能型側(cè)翻式拍門主要結(jié)構(gòu)、技術(shù)特點(diǎn)、改造安裝及改造后的初步運(yùn)行情況；夏長(zhǎng)虹[3]介紹了傳統(tǒng)型拍門的特點(diǎn)和節(jié)能型自由側(cè)翻式拍門的工作原理、特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)；周海輪[4]通過(guò)對(duì)拍門進(jìn)行受力分析，給出了適用于箱式涵洞側(cè)翻式拍門的過(guò)流計(jì)算公式。

2 利用水利拍門解決區(qū)域排污難題

由于建設(shè)年代久遠(yuǎn)、城市建設(shè)發(fā)展速度快等原因，在一些老舊城區(qū)，不同程度存在排水管網(wǎng)錯(cuò)接、漏接、混接等問(wèn)題，導(dǎo)致周邊環(huán)境污染，要想徹底解決相關(guān)問(wèn)題，最好的辦法就是對(duì)排水管網(wǎng)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)雨污分流。宮璐璐[5]對(duì)黑臭水體形成原因及治理技術(shù)進(jìn)行了研究。燕麗莉[6]對(duì)城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)建設(shè)存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析并提出相關(guān)建議。由于排水管網(wǎng)改造需要耗費(fèi)大量資金和時(shí)間，老舊城區(qū)地下管網(wǎng)復(fù)雜，道路情況復(fù)雜，周邊建筑物比較密集，短時(shí)間很難實(shí)現(xiàn)徹底雨污分流。很多地方采取的做法是先對(duì)排水管網(wǎng)進(jìn)行末端截污改造，減少污水入河，減輕對(duì)環(huán)境的不利影響，然后再逐步對(duì)排水管網(wǎng)進(jìn)行改造。

某地有一個(gè)入河排水口存在污水溢流的現(xiàn)象，該入河排水口上游約100 m 處有一座污水提升泵站，為了解決該問(wèn)題，相關(guān)單位在該入河排水口出口處加建了一座截流井，并在該截流井和污水提升泵站之間新建了一根截流管，從而將從該入河排水口流出的污水排入污水提升泵站。但該措施實(shí)施后，溢流現(xiàn)象反而增多。

經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域內(nèi)有一個(gè)農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)，其排水系統(tǒng)為雨污混流系統(tǒng)，末端通過(guò)一根過(guò)路污水支管連通污水主干管，該污水主干管上游有一座污水提升泵站、下游有一座污水處理廠。該區(qū)域主要排水設(shè)施分布示意簡(jiǎn)圖,見(jiàn)圖1。

圖1 區(qū)域主要排水設(shè)施分布示意簡(jiǎn)圖

未建設(shè)入河排水口與污水提升泵站之間的截流管時(shí)，該區(qū)域的排水過(guò)程為：（1） 未下雨時(shí)，農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)的污水通過(guò)過(guò)路污水支管自流進(jìn)入污水處理廠（如圖2中的線路1），進(jìn)入污水提升泵站的污水通過(guò)泵站提升進(jìn)入污水處理廠（如圖2 中的線路2）；（2）下雨時(shí)，農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)的雨污水一部分通過(guò)過(guò)路污水管自流進(jìn)入污水處理廠（如圖2 中的線路1），一部分進(jìn)入溢流井通過(guò)雨水管進(jìn)入入河排水口流入河道（如圖2 中的線路3），進(jìn)入污水提升泵站的雨污水通過(guò)泵站提升進(jìn)入污水處理廠（如圖2 中的線路2）。

圖2 未建截流管時(shí)區(qū)域排水過(guò)程示意簡(jiǎn)圖

建設(shè)截流管后，該區(qū)域一般情況下的排水過(guò)程為：（1） 未下雨時(shí)，農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)的污水通過(guò)過(guò)路污水支管自流進(jìn)入污水處理廠（如圖3 中的線路1），進(jìn)入污水提升泵站的污水通過(guò)泵站提升進(jìn)入污水處理廠（如圖3 中的線路2）；（2） 下小雨時(shí)，農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)的雨污水一部分通過(guò)過(guò)路污水支管自流進(jìn)入污水處理廠（如圖3 中的線路1），一部分進(jìn)入溢流井通過(guò)雨水管進(jìn)入入河排水口處的截流井，最后通過(guò)截流管進(jìn)入污水提升泵站（如圖3 中的線路3），進(jìn)入污水提升泵站的雨污水通過(guò)泵站提升進(jìn)入污水處理廠（如圖3 中的線路2）；（3） 雨勢(shì)稍大，農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)的雨污水一部分通過(guò)過(guò)路污水支管自流進(jìn)入污水處理廠（如圖3 中的線路1），一部分進(jìn)入溢流井通過(guò)雨水管進(jìn)入入河排水口處的截流井，進(jìn)入截流井的初期雨水通過(guò)截流管進(jìn)入污水提升泵站（如圖3 中的線路3），排不及的水漫過(guò)截流井中的截流坎溢流進(jìn)入河道（如圖3 中的線路4），進(jìn)入污水提升泵站的雨污水通過(guò)泵站提升進(jìn)入污水處理廠（如圖3 中的線路2）。

圖3 建設(shè)截流管后一般情況下區(qū)域排水過(guò)程示意簡(jiǎn)圖

進(jìn)入污水提升泵站的水量較大時(shí)，該區(qū)域的排水過(guò)程為：進(jìn)入污水提升泵站的雨污水一部分通過(guò)泵站提升進(jìn)入污水主干管最后進(jìn)入污水處理廠（如圖4 中的線路1）；一部分通過(guò)泵站提升進(jìn)入污水主干管，再通過(guò)過(guò)路污水支管倒流進(jìn)入溢流井，再通過(guò)雨水管進(jìn)入入河排水口處的截流井，最后一部分雨污水又通過(guò)截流管進(jìn)入污水提升泵站，形成循環(huán)水（如圖4 中的線路2），另一部分雨污水漫過(guò)截流井中的截流坎溢流進(jìn)入河道（如圖4 中的線路3）；受污水主干管中的污水倒流頂托影響，農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)的雨污水只能進(jìn)入溢流井通過(guò)雨水管進(jìn)入入河排水口處的截流井，一部分雨污水通過(guò)截流管進(jìn)入污水提升泵站（如圖4 中的線路4），另一部分雨污水漫過(guò)截流井中的截流坎溢流進(jìn)入河道（如圖4 中的線路5）。

圖4 建設(shè)截流管后泵站水量大時(shí)區(qū)域排水過(guò)程示意簡(jiǎn)圖

由于循環(huán)水的存在，增大了污水提升泵站的負(fù)荷，導(dǎo)致農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)的雨污水無(wú)法自流進(jìn)入污水處理廠，同時(shí)加大了污水溢流風(fēng)險(xiǎn)。這也是增建入河排水口與污水提升泵站之間的截流管后，入河排水口處溢流問(wèn)題加劇的原因所在。在該區(qū)域排水系統(tǒng)做到徹底雨污分流之前，最為迫切的是采取切實(shí)可行的措施，盡量做到晴天、小雨天污水不溢流，大雨天污水少溢流。

根據(jù)伯努利方程，水體的總機(jī)械能為：

通過(guò)泵站提升進(jìn)入污水主干管的污水之所以可以通過(guò)過(guò)路污水支管倒流進(jìn)入溢流井，是因?yàn)橥ㄟ^(guò)該部分污水的總機(jī)械能H1大于農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)污水的總機(jī)械能H2。基于水利拍門工作原理，可以利用拍門增大循環(huán)水水頭損失，降低循環(huán)水的總機(jī)械能，阻斷循環(huán)水流動(dòng)。

經(jīng)研究，一種簡(jiǎn)單可行的做法是在過(guò)路污水支管接入污水主干管的污水井中裝設(shè)一座單向水利拍門（如圖5 所示），裝設(shè)該單向水利拍門后，污水主干管中的污水將無(wú)法倒流進(jìn)入入河排水口處的截流井。對(duì)于農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)的污水，裝不裝單向水利拍門對(duì)其排放沒(méi)有影響。但對(duì)于提升泵站排過(guò)去的污水，裝了單向水利拍門之后，污水循環(huán)通道阻斷，泵站負(fù)荷降低、效率增高，污水溢流風(fēng)險(xiǎn)降低。此時(shí)，該區(qū)域污水排放過(guò)程為：（1） 當(dāng)污水泵站的水量不大，農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)的污水通過(guò)過(guò)路污水支管自流進(jìn)入污水處理廠（如圖5 中的線路1），進(jìn)入污水提升泵站的污水通過(guò)泵站提升進(jìn)入污水處理廠（如圖5 中的線路2）；（2） 當(dāng)污水泵站的水量較大，水利拍門關(guān)閉，農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)的雨污水進(jìn)入溢流井通過(guò)雨水管進(jìn)入入河排水口處的截流井，最后一部分通過(guò)截流管進(jìn)入污水提升泵站（如圖5 中的線路3），排不及的水漫過(guò)截流井中的截流坎溢流進(jìn)入河道（如圖5 中的線路4），進(jìn)入污水提升泵站的雨污水通過(guò)泵站提升進(jìn)入污水處理廠（如圖5 中的線路2）。

圖5 增設(shè)水利拍門后區(qū)域排水過(guò)程示意簡(jiǎn)圖

為了驗(yàn)證效果，先嘗試在過(guò)路污水支管處用氣囊進(jìn)行封堵，封堵后，農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)的污水無(wú)法通過(guò)過(guò)路污水管自流進(jìn)入污水處理廠，提升泵站排過(guò)去的污水也無(wú)法倒流進(jìn)入截流井。用氣囊封堵后，該入河排水口出現(xiàn)污水溢流的現(xiàn)象明顯減少，基本可實(shí)現(xiàn)晴天、小雨天污水不溢流，大雨天污水少溢流。與用氣囊封堵相比，裝設(shè)單向水利拍門時(shí)，農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)的污水多了自流通道，效果會(huì)更好，更節(jié)約資源。

3 結(jié)論

隨著城市快速發(fā)展，城市排水能力不足問(wèn)題日漸突出。由于老舊城區(qū)建設(shè)年代久遠(yuǎn)，不同程度存在排水管網(wǎng)錯(cuò)接、漏接、混接等問(wèn)題，導(dǎo)致周邊環(huán)境污染，由于老舊城區(qū)地下管網(wǎng)、道路情況復(fù)雜、周邊建筑物比較密集，很難大規(guī)模開(kāi)展排水管網(wǎng)改造工作，且排水管網(wǎng)改造需要耗費(fèi)大量資金和時(shí)間，短時(shí)間很難實(shí)現(xiàn)徹底雨污分流。本文通過(guò)一個(gè)案例講解如何利用水利拍門解決區(qū)域排水難題，利用水利拍門調(diào)節(jié)、優(yōu)化該區(qū)域排水過(guò)程，阻斷了污水循環(huán)通道，可使該入河排水口污水溢流的現(xiàn)象明顯減少，減輕環(huán)境污染，為該區(qū)域?qū)嵤┯晡鄯至鞲脑旃ぷ鳡?zhēng)取時(shí)間。一個(gè)水利拍門解決排水大難題，并且投資少、見(jiàn)效快、社會(huì)效益大。