上海市成都路雨水调蓄池设计

上海市成都路雨水调蓄池设计

采用自流系统的日照日间洪水已成为上海城市水污染的主要原因之一。河流污染的负荷严重影响了黄浦江和苏州的水功能。这种情况与上海的生态城市和欢迎2010年世界博览会极为不同。根据上海市第二轮环保三年行动计划的要求,水环境治理的重点是加快中心城区和水源保护区的截污治污,大力改善河道水质。上海在国内率先提出合流制排水系统污染物控制技术,旨在通过工程措施和管理措施,消除晴天时污水排入苏州河的现象,同时减少雨天溢流排江次数和溢流污染负荷。溢流调蓄池是合流制排水系统面源污染控制的一项关键技术,因此上海市规划建设梦清园、昌平、成都路、芙蓉江、江苏路等5座调蓄池,总容积为7.52×104m3,已建成的苏州河成都路合流制排水系统雨水调蓄池已于2006年投入试运行,为国内首座投入运行的城市排水系统大型雨水综合利用设施。1雨水调节和储存池的设计1.1截流个数n配泵成都路雨水调蓄池的服务泵站为苏州河37座沿线泵站之一的成都北泵站,属已达标排水系统,规划服务面积为306hm2,设计暴雨重现期P=1年,径流系数ψ=0.8,雨水配泵流量为22.55m3/s,单台流量为2.05m3/s,污水配泵流量为3.3m3/s,单台流量为1.10m3/s。现状晴天污水量为5.85×104m3/d,合0.677m3/s。按现状污水量,计算配泵截流倍数n配泵3=(3.3-0.677)/0.677=3.87倍。2001年的统计数据表明,该泵站年排江量达144.8×104m3,在苏州河沿岸泵站排江量排名中列第三位,占排江总量的9%。1.2调蓄池体积计算调蓄池容积计算对于调蓄池的容积计算,我国并无相关计算规范,参考德国废水协会“ATVArbeitsblattA1281992”标准,调蓄池容积按下式计算:V=1.5×VSR×AU(1)式中VSR——需调蓄雨水量,m3/hm2,12≤VSR≤40,一般可取20AU——非渗透面积,AU=系统面积×径流系数则成都路泵站调蓄容积为1.5×306×0.8×20=7344m3,取7400m3。调蓄池容积计算a.按开一台雨水泵调蓄60min计算。雨水泵流量为2.05m3/s,则调蓄池容积为2.05×60×60=7380≈7400m3。b.按开二台雨水泵调蓄30min计算。调蓄池容积为2.05×2×30×60=7380≈7400m3。综上所述,调蓄池容积取7400m3。1.3项目设计池顶设计和排放调蓄池总平面布置图见图1。调蓄池为圆形钢混地下构筑物,内径为40m,布置于成都北路东侧、南苏州河路南侧规划绿地下,北距南苏州河路红线为3.16m,西距成都北路红线为25.24m,南距地铁1号线为13.43m,东距用地边界为7.84m。现状地面标高为2.60m,调蓄池顶板标高为1.60m,顶板上部考虑2m覆土及大树荷载。池体总容积为8300m3,有效调蓄容积为7400m3,池边水深为5.0m,池中水深为7.50m,池中设有∅4m的泵坑,泵坑深为2m,调蓄池底板标高为-4.4~-6.9m,以1∶7.2坡向泵坑。进水闸门井净尺寸为4m×2m,内设1台DN1600双密封电动蝶阀。驱动装置采用IP68机电一体化驱动头。出水闸门井净尺寸为3m×1.5m,内设1台DN1000双密封电动蝶阀。驱动装置采用IP68机电一体化驱动头。出水井净尺寸为3m×2m,用于接纳DN1000出水管、DN800溢流管和2根DN300水泵出水管。2台22kW潜水泵安装在泵坑内,水泵出水管安装2台DN300橡胶止回阀(用于断流)。池边布置3台10kW潜水搅拌器,呈120°角布置,池中布置2台5.5kW潜水搅拌器,180°角布置,顺时针方向搅动水流,以防止泥沙沉积后板结。进水管的结构调蓄池沿切线方向进水,从中心出水,使之具有自动清洗的功能。进水管管径为DN1600,长为100m,管底标高为-2.00m。出水管为DN1000钢管,长为65.1m,管底标高为-4.40~-4.55m。禁止系统调蓄池放空时,先采用DN1000放空管放空,水位降至DN1000管管中时,关闭放空管蝶阀,采用水泵放空。2调解池的运行及效率评估2.1调蓄池及放空系统根据2006年的试运行结果,运行管理人员对调蓄池的进水、放空等模式进行了调整,于2007年正式投入运行。运行模式如下:①晴天模式。泵房不使用调蓄池,关闭进水蝶阀、出水蝶阀。②进水模式。泵房前池液位达-4.50m时,开一台雨水泵,如水位继续保持-4.50m或上升,则开第二台雨水泵,关闭调蓄池出水蝶阀,开启调蓄池进水蝶阀。③满池模式。调蓄池内液位到达0.6m时(设计最高液位),关闭进水蝶阀、出水蝶阀,通知泵站开启雨水出水闸门,排放苏州河。④放空模式。打开出水蝶阀放空→调蓄液位到达-3.70m时,关闭出水蝶阀→开启2台放空水泵→调蓄池液位降低至-7.9m时,关闭放空泵,放空完成。⑤潜水搅拌器开启模式。调蓄池液位为0.6~-3.40m时,5台潜水搅拌器全开;调蓄池液位为-3.40~-5.90m时,池中2台潜水搅拌器开启;液位为-5.90m以下时,搅拌器全关。2007年成都路泵站共排江15次,调蓄池运行10次,其中3次未使用调蓄池的原因为连续多天降雨,造成调蓄池无法及时放空。总体来说,调蓄池在2007年汛期对于成都路排水系统的面源污染控制发挥了一定的作用。2.2效率分析调蓄池污水水质分析2007年10月7日,成都路服务区域降雨量为69mm,降雨主要集中在晚上21:00左右,采集降雨过程中的泵站集水井水样,得到合流污水水质过程线(见图2)。泵站开泵情况为:21:36开第一台泵至调蓄池,21:41开第二台泵至调蓄池,21:56关闭调蓄池进水阀门,打开排江闸门。由图2可知,此次调蓄过程调蓄了污染物浓度较高时间段内的污水。根据2006年—2007年的采样数据,得到调蓄池进水COD为366.5~431mg/L,SS为263~270mg/L;排江水COD为132~235.4mg/L,SS为64.7~158mg/L。上述数据表明,调蓄池对排江污染负荷的削减作用较显著。2007年运营效率的评估2007年雨水调蓄池对泵站排江水量和排江污染负荷的削减率分别为4.7%、9.7%。调蓄池污染物削减的效益分析成都路泵站历年排江次数和排江量见表1。由下式计算系统的年径流量QA:QA=q·A·ψ/1000(2)式中q——年降雨量,mmA——服务面积,hm2根据QA和QD,计算系统的截流比例:γ=(QA−QD)QA×100%γ=(QA-QD)QA×100%由表1可知,影响泵站排江量的主要因素是降雨的雨型,而不是年降雨总量,2003年和2006年的雨天排江量相当接近,但是年降雨量相差285mm;2005年和2006年的年降雨量接近,而排江量的差值为104×104m3。2006年年降雨量大,而排江量少,排江次数多的主要原因是该年降雨雨量较平均,系统的截流设施发挥了较大的作用。一般短时强降雨会造成合流系统截流能力得不到充分发挥,年排江量相应增大。同样,调蓄池对系统面源污染负荷的削减能力也和降雨雨型的分布有很大的关系。根据监测数据,调蓄污染负荷以399mgCOD/L计,排江污染负荷以183mgCOD/L计,旱流污染负荷以247mgCOD/L计,计算调蓄池可削减的污染负荷比例。以2004年为例,排江次数为23次,旱天排江量为6.5×104m3,调蓄池有效调蓄容积为7400m3,则调蓄池可削减的理论污染负荷比例β=(7400×23×385+65000×247)/[7400×23×385+65000×247+(106.3×104-7400×23)×183]=33%。以此方法计算系统设置调蓄池后历年在管网截流基础上可增加的削减污染负荷比例,结果如表2所示,其中2007年由于采用了调蓄池,因此计算时排江量无需减去调蓄池的调蓄水量。由计算结果可知,由于年降雨量和降雨次数不同,调蓄池发挥的效益差异较大。排江次数与调蓄池污染物削减比例的关系见图3。可见,污染物削减比例和排江次数的变化规律基本一致,2000年和2003年排江次数少,但削减污染物比例高,原因是系统存在旱流试车排江,当设置调蓄池后,试车的水排入调蓄池,系统可杜绝旱流排江,因此调蓄池发挥了较大的效能。3都路调蓄池的运行水质调蓄池的运行效能除了和年降雨情况密切相关外,很大程度上还取决于调蓄池的运行管理。针对运行期间发现的问题,提出如下改进措施:①尽快实现泵站和调蓄池的联合调控由于调蓄池进水、放空等模式的启动均由泵站集水井水位控制,与泵站截流泵和放江泵的运行密切相关,因此实现泵站和调蓄池的联合调控不仅便于调蓄池的运行管理,更是提高运行效能的保障。②应建立常规的水质、水量监测制度成都路调蓄池作为上海市第一个投入运行的调蓄池,其运行水质、水量数据对评价调蓄池的效能和指导后续调蓄池的设计运行都具有重要价值。目前,调蓄池的进水水质监测工作困难,建议在泵站集水井或调蓄池进水井设置COD在线监测仪,与雨水泵联合管理,以便于积累调蓄池的长期运行数据。③设备选型应更切合实际调蓄池的合理运行对削减面源污染量起着关键作用。以2007年为例,调蓄池共运行10次,有效调蓄量为57810m3,比设计量(74000m3)少22%,而泵站5次未使用调蓄池的放江中,有2次调蓄池是闲置的,其原因为蝶阀关闭不严而造成调蓄池旱流蓄水,突发降雨前来不及放空而无法使用。成都路调蓄池选用的是蝶阀,因合流污水中垃圾较多,蝶阀常被堵塞或损坏从而影响调蓄池正常功能的发挥,运行