操宏慶

[上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200125]

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，人們生活質(zhì)量逐步提高、公眾環(huán)保意識日益增強(qiáng)，城市水體的建設(shè)和發(fā)展對于改善人民的生活水平、建設(shè)生態(tài)宜居的現(xiàn)代化城市至關(guān)重要。初期雨水直接排河會導(dǎo)致河道水質(zhì)惡化，影響附近居民的生活環(huán)境，同時，給地區(qū)形象帶來負(fù)面影響。近年來，受雨水徑流污染、管道沉積物及混接污水等因素影響，市政雨水泵站放江水質(zhì)相對較差。初期雨水，顧名思義就是降雨初期的徑流雨水，溶解空氣中的污染物降落地面后，又沖刷屋面、瀝青混凝土道路，含有大量污染物，其污染程度甚至超過了普通城市污水[1]。目前，將地區(qū)初期雨水在雨水泵站進(jìn)水閘門井或泵站進(jìn)水總管上截流至新建的調(diào)蓄池，暫時儲存在初雨調(diào)蓄池內(nèi)，待區(qū)域降雨結(jié)束后，調(diào)蓄儲存的初雨再提升輸送至下游污水處理廠，以控制面源污染，改善水環(huán)境質(zhì)量，控制初期雨水對河道造成的污染[2]。九星初雨調(diào)蓄池（星北路）作為九星排水系統(tǒng)的中途初期雨水調(diào)蓄池，被列為“十四五”期間開工的重點(diǎn)項(xiàng)目，結(jié)合工程案例詳細(xì)介紹地下調(diào)蓄池的設(shè)計(jì)思路，明確設(shè)計(jì)要點(diǎn)及運(yùn)行模式，以期為同類工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理提供技術(shù)參考。

1 工程概況

隨著上海市點(diǎn)源治理的不斷完善，中心城區(qū)面源污染對水環(huán)境污染貢獻(xiàn)率已超過點(diǎn)源污染，城市雨水徑流成為城市河道污染、河道黑臭的重要因素。因此，必須進(jìn)一步完善和拓展水環(huán)境治理思路，借鑒國外初期雨水治理經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合上海氣候、水環(huán)境的特點(diǎn)，進(jìn)一步改善水環(huán)境質(zhì)量，修復(fù)生態(tài)，為上海城市可持續(xù)發(fā)展提供保障。九星東塊地區(qū)排水系統(tǒng)中九星雨水泵站及調(diào)蓄池正在建設(shè)，但星北路以北區(qū)域初期雨水由星北路初期雨水調(diào)蓄池收集，因此在九星雨水泵站排放雨水時，超出合建調(diào)蓄池容量的初期雨水會對地區(qū)水環(huán)境造成污染。所以，盡快實(shí)施初期雨水調(diào)蓄工程，對提高周邊城市居民的生活環(huán)境，改善民生具有十分重要的意義。

九星初雨調(diào)蓄池（星北路）新建工程選址位于星北路南側(cè)、虹莘路西側(cè)規(guī)劃綠地地下空間，總占地面積1 086 m2。初雨調(diào)蓄池建設(shè)規(guī)模3 000 m3，受現(xiàn)狀場地等因素影響，采用全地下式，調(diào)蓄池平面結(jié)構(gòu)尺寸為：B×L=23.9m×40.7m。為節(jié)約用地，同時方便運(yùn)營管理及設(shè)備維修，調(diào)蓄池西側(cè)設(shè)置設(shè)備間，與調(diào)蓄池水平布置。九星星北路調(diào)蓄服務(wù)范圍為星北路-外環(huán)線-蒲匯塘-虹莘路區(qū)域，總的服務(wù)面積為110 hm2，規(guī)劃初期雨水截流標(biāo)準(zhǔn)采用5 mm，初雨調(diào)蓄池規(guī)模為3 000 m3，該調(diào)蓄池效果見圖1。

圖1 初雨調(diào)蓄池效果圖

2 設(shè)計(jì)規(guī)模

九星排水系統(tǒng)服務(wù)范圍東起虹莘路、西至外環(huán)線、北起蒲匯塘、南至顧戴路，匯水面積約為265.9 hm2。規(guī)劃暴雨重現(xiàn)期取5 a，綜合徑流系數(shù)0.5，初雨調(diào)蓄量5 mm，總調(diào)蓄容積為5 200 m3。其中在建九星雨水泵站及調(diào)蓄池調(diào)蓄量2 200 m3，本工程計(jì)算調(diào)蓄量為3 000 m3。系統(tǒng)服務(wù)范圍見圖2。

圖2 雨水系統(tǒng)調(diào)蓄池服務(wù)范圍圖

3 總體布置

初雨調(diào)蓄池選址位于星北路南側(cè)、虹莘路西側(cè)規(guī)劃公共綠地，現(xiàn)狀為空地，南側(cè)為規(guī)劃商辦地塊，北側(cè)為在建綜合管廊，西側(cè)規(guī)劃為110 kV 星中站工程，東側(cè)為在建虹莘路道路改建工程。考慮到該選址位置周邊全部為已建或在建工程，且項(xiàng)目景觀要求高，因此，初雨調(diào)蓄池采用全地下式布置形式，地上僅出入口、風(fēng)井及設(shè)備吊裝孔，結(jié)合周邊景觀融合設(shè)計(jì)。變配電間、弱電間、排風(fēng)機(jī)房等附屬設(shè)施與調(diào)蓄池合設(shè)，且與調(diào)蓄池呈水平布置，具有以下優(yōu)勢：減少地面占地面積；減小地下構(gòu)筑物埋深，降低施工難度及建設(shè)成本；便于運(yùn)營管理及設(shè)備維修；能有效提升景觀可塑性，充分體現(xiàn)因地制宜、集約化用地理念。

此外選址應(yīng)靠近系統(tǒng)總管，且有完善的污水排水管網(wǎng)，能接納溢流污水。初雨調(diào)蓄池東側(cè)虹莘路下設(shè)置有已建?3500 雨水總管，通過?1200 初雨截流管攔截初期雨水經(jīng)調(diào)蓄池格柵井后，進(jìn)入調(diào)蓄池內(nèi)。放空時通過DN200～DN300 調(diào)蓄池放空管接入虹莘路下現(xiàn)狀?400 污水管，最終往南匯入九星污水泵站。初雨調(diào)蓄池（星北路）總平面布置見圖3。

圖3 九星排水泵站初雨調(diào)蓄池（星北路）總平面布置圖

4 進(jìn)水模式選取

根據(jù)調(diào)蓄池地下深度布置不同，其進(jìn)水模式有兩種。方案一：重力流式進(jìn)水。雨天，打開調(diào)蓄池閘門井內(nèi)進(jìn)水閘門，調(diào)蓄池開啟，初期雨水通過在虹莘路雨水總管上設(shè)置的截流管→格柵→調(diào)蓄池，見圖4。

圖4 方案一平面布置圖

方案二：水泵提升式進(jìn)水。打開調(diào)蓄池閘門井內(nèi)進(jìn)水閘門，調(diào)蓄池開啟，初期雨水通過在虹莘路雨水總管上設(shè)置的截流管→格柵→水泵提升區(qū)→調(diào)蓄池，見圖5。

圖5 方案二平面布置圖

對兩個方案進(jìn)行分析比對，方案二初期雨水通過潛水泵提升后進(jìn)入調(diào)蓄池，水泵提升區(qū)工藝尺寸為19.1 m（L）×3.6 m（B），調(diào)蓄池蓄水區(qū)面積較方案一減少，故方案二——“水泵提升式進(jìn)水”調(diào)蓄池有效水深增加，但基坑深度抬升不明顯，僅抬升0.4 m，但方案二水泵提升區(qū)與蓄水區(qū)增設(shè)中分墻，方案一與方案二調(diào)蓄池主體土建工程費(fèi)基本相同。在調(diào)蓄池設(shè)備及安裝費(fèi)用中，方案二增加3 臺潛水離心泵工藝費(fèi)用，同時方案二調(diào)蓄池體積增大導(dǎo)致除臭費(fèi)用增加，水泵提升區(qū)增設(shè)監(jiān)控設(shè)備、電氣增加總用電功率導(dǎo)致監(jiān)控設(shè)備費(fèi)、電氣設(shè)備費(fèi)增加，故方案二總投資高于方案一。綜上所述，方案一——“重力流式進(jìn)水”方案，用電量較小，施工周期較短，造價較低，綜合影響較小，同時考慮對種植綠化的影響，因此本工程九星排水泵站初雨調(diào)蓄池（星北路）實(shí)施推薦采用方案一。

5 對下游污水管道受納能力的復(fù)核

九星東塊區(qū)域排水系統(tǒng)屬于七寶污水系統(tǒng)服務(wù)范圍，地塊內(nèi)規(guī)劃沿虹莘路敷設(shè)DN400～DN600 污水總管，收集地塊污水后匯入擬建于橫新港南側(cè)、虹莘路西側(cè)的規(guī)劃九星污水泵站（與九星雨水泵站合建），規(guī)劃泵站規(guī)模7 285 m3/d。

將調(diào)蓄池初雨放空至虹莘路污水管道內(nèi)總管各節(jié)點(diǎn)流量見表1。

表1 初雨放空至虹莘路污水管道內(nèi)總管各節(jié)點(diǎn)流量表

按照低峰流量，最不利富余接納污水能力為：110-23.4=86.6 L/s。

初期雨水調(diào)蓄池放空時間按以下公式計(jì)算：

式中：t0為放空時間，h；V 為調(diào)蓄設(shè)施有效容積，m3；Q 為下游排水管道或設(shè)施的受納能力，m3/s；θ 為排放效率，取0.6。

九星星北路調(diào)蓄池設(shè)計(jì)規(guī)模3 000 m3，代入上式計(jì)算九星排水泵站初雨調(diào)蓄池（星北路）放空時間為：t0=3 000÷（3 600×86.6÷1 000×0.6）=16 h。

綜上所述，九星排水泵站初雨調(diào)蓄池（星北路）放空時間取16 h。

調(diào)蓄池內(nèi)初期雨水經(jīng)提升后，經(jīng)DN200 初期雨水截流放空管，向北敷設(shè)15 m 壓力管橫跨電力溝上方覆土后，沿電力溝平行敷設(shè)20 m 壓力管，壓力管道為DN200 總長度約35 m。管道壓力經(jīng)壓力井釋放后，初期雨水截流放空管轉(zhuǎn)為重力流管道，管徑為DN300，長度為20 m，與電力溝平行敷設(shè)，向東接至虹莘路下新建DN400 污水管道內(nèi)。

6 調(diào)蓄池設(shè)計(jì)

初雨調(diào)蓄池設(shè)計(jì)規(guī)模3 000 m3，采用門式水力沖洗，共布置5 臺沖洗門。調(diào)蓄池蓄水層與設(shè)備用房平鋪設(shè)計(jì)，地下一層，總平面尺寸40.7 m（L）×23.9 m（B），基坑深度9.2 m。調(diào)蓄池最高水位為1.14 m，池底標(biāo)高為-3.40 m，有效水深為4.54 m。放空時間為16 h，共配置3 臺潛水離心泵，2 用1 備，單泵流量93.75 m3/h，揚(yáng)程5.5～11.5 m，電機(jī)功率5.5 kW。設(shè)備間與調(diào)蓄池水平布置，建筑內(nèi)尺寸為：B×L=22.5 m×9.3 m，層高5.27 m，底板標(biāo)高-3.3 m。內(nèi)設(shè)變配電室、控制室、風(fēng)機(jī)設(shè)備、除臭設(shè)備、風(fēng)道（井）及人出入口?？紤]變配電室的重要性，為預(yù)防汛期超設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的暴雨量，造成變配電室受淹，其下方設(shè)架空層。

初雨調(diào)蓄池進(jìn)水格柵閘門井平面尺寸為8.25 m×5.00 m，頂板標(biāo)高6.40 m（設(shè)計(jì)地坪標(biāo)高6.20 m），底標(biāo)高為-3.00 m。內(nèi)設(shè)1 套DN1200 液壓閘門及1 套回轉(zhuǎn)格柵，用于調(diào)蓄池進(jìn)水、檢修、養(yǎng)護(hù)等。其中，格柵設(shè)備寬度為2 100 mm，柵條間隙為20 mm，柵條寬度為10 mm，安裝角度為75°，過柵流速為1.0 m/s。

7 運(yùn)行聯(lián)動工藝設(shè)計(jì)

調(diào)蓄池采用先截后蓄再排的運(yùn)行模式[3]，通過租用運(yùn)營商信息通道，將調(diào)蓄池運(yùn)行數(shù)據(jù)上傳到控制中心，實(shí)現(xiàn)格柵、進(jìn)水閘門、調(diào)蓄池的聯(lián)動控制。在晴天或者降雨量較小時，通過截流管道截留初期雨水。當(dāng)降雨超過截留能力，打開調(diào)蓄池進(jìn)水閘門，初期雨水進(jìn)入調(diào)蓄池。當(dāng)水位上升至設(shè)計(jì)最高水位時，即關(guān)閉進(jìn)水閘門，服務(wù)范圍內(nèi)雨水通過下游九星雨水泵站加壓提升后排入橫新港。待降雨結(jié)束后，啟動放空泵，池內(nèi)儲存的初期雨水通過放空泵加壓提升接至虹莘路DN400 市政污水管。

8 結(jié)語

（1）初雨調(diào)蓄池采用全地下式布置形式，附屬用房與調(diào)蓄池合設(shè)，地面僅設(shè)置風(fēng)井、人員出入口。在實(shí)現(xiàn)調(diào)蓄池功能的同時，為城市生態(tài)發(fā)展提供了更好的條件，充分體現(xiàn)因地制宜、集約化用地的理念。

（2）采用重力流式進(jìn)水方式，具有用電量較小，施工周期較短，造價較低，綜合影響較小的優(yōu)點(diǎn)。

（3）初雨調(diào)蓄池通過中控室實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)行工況運(yùn)行模式，與雨水泵站聯(lián)動運(yùn)行。調(diào)蓄池在雨天、晴天分別處于截流、調(diào)蓄、放空、沖洗等工況，滿足系統(tǒng)排水要求。通過各種運(yùn)行模式，可以降低能耗、節(jié)約成本，且為運(yùn)營管理提供了有利條件。