陸 斌， 韋鶴平
(同濟(jì)大學(xué)污染控制與資源化研究國家重點實驗室，上海 200092)

　　摘　要：對上海市合流污水治理一期工程的泵后截流井進(jìn)行了水力模型試驗，并對原設(shè)計及日后運行管理提出了建議。
　　關(guān)鍵詞：城市污水；截流井；水力模型
　　中圖分類號：X703.1
　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2002)07-0062-03

　　上海市合流污水治理一期工程主要是治理蘇州河的水質(zhì)污染。為截流排入蘇州河的合流污水而增設(shè)截流連接管和總管，合流污水通過截流連接管和總管并經(jīng)過預(yù)處理后在竹園潛沒多孔排入長江口。整個蘇州河區(qū)域由多個排水小區(qū)組成，每個小區(qū)的旱季污水以及初期雨水通過截流井控制一定的截流量后進(jìn)入截流總管。
　　截流井作為常用的一種水工構(gòu)筑物，因受地理位置、截流量等因素的限制而具有一定的特殊性，目前尚缺乏足夠的資料和數(shù)據(jù)以供設(shè)計之用。為保證截流井具有良好的水流條件和能高效運行，有必要對截流井進(jìn)行水力模型試驗。

1 模型設(shè)計

1.1 模型比尺
　　截流井中的水流具有自由表面，其水流運動受重力的作用，因此采用弗勞德相似準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計。一般來說模型越大試驗準(zhǔn)確性越好，但模型增大建造費用和占地面積也隨之增大，有的則為客觀條件所不允許，所以在保證試驗結(jié)果準(zhǔn)確的前提下應(yīng)盡可能地縮小模型尺寸。模型比尺受流態(tài)等因素的制約，為了保證紊流流態(tài)的相似，對于比尺λ_l有一個最大許可值，根據(jù)埃斯奈爾提出的最小比尺公式，模型比尺應(yīng)滿足：
　　　　　　　λ_l≤(30～50)(VPRP)^2/3
　　式中?λ_l——長度比尺
?　　　　V_P——原型截流井中流速，m/s
?　　　　R_P——原型截流井水力半徑，m
　　考慮到截流井工程的重要性，采用1∶10的正態(tài)模型，相應(yīng)的長度比尺λ_l=10，流速比尺λ_v=λ_l/2l=3.16，時間比尺λ_t=λ_l/2l=3.16 ，流量比尺λq=λ5/2l=316。
　　泵后截流井模型尺寸(均以mm計)如圖1所示。

1.2 試驗流程
　　模型試驗流程如圖2所示。
　　整個系統(tǒng)由平水塔(尺寸為2.0m×2.5m×0.7m)、蓄水池(有效容積為7m³)、大平水箱、泵后截流井及相關(guān)的測量儀器組成。用水泵將蓄水池內(nèi)水抽至高位平水塔，再放水至大平水箱，通過調(diào)節(jié)閥門并由流量計測定控制流量，多余水量溢流回蓄水池。水流經(jīng)大平水箱消能穩(wěn)定后進(jìn)入截流井進(jìn)行各種工況試驗，截流量由直角三角堰測定。
1.3 測量儀器
　　渦輪流量計(LQ-160型)、積算器、三角堰、微動水位測針、光電式流向儀、光纖微型旋槳流速儀。?

2　結(jié)果與分析

　　原型泵站流量是根據(jù)其服務(wù)區(qū)雨季泄水量及污水量而確定的，根據(jù)原型泵站水泵組合運行工況按模型比尺考慮模型截流井的進(jìn)水流量，見表1。

表1 水泵在各運行工況時的進(jìn)水流量 水泵運行組合 原型進(jìn)水流量(m³/s) 模型進(jìn)水流量(L/s) 1臺水泵 3.0 9.5 2臺水泵 6.0 19.0 　 　 　

　　模型截流量是根據(jù)原型的近、遠(yuǎn)期規(guī)劃水量按模型比尺而確定的，見表2。

表2 截流井近、遠(yuǎn)期截流量 原型截流量?(m³/s) 模型截流量(L/s) 2.83 8.95 3.24 10.20

　　截流井模型的運行水位是根據(jù)蘇州河4種潮位而考慮的，見表3。

表3　截流井試驗水位 水(潮)位 蘇州河原型水位(m) 模型試驗水位(m) 最高水位 +4.63 0.418 多年平均高水位 +3.37 0.292 多年平均低水位 +2.29 0.184 歷年最低水位 +1.24 0.079

　　蘇州河處于不同潮位時，堰上閘門開啟度對截流量的影響也不同。
　　① 進(jìn)水流量為9.5L/s并滿足近期截流量為8.95L/s時的閘門開啟度見表4。

表4 單泵運行滿足近期截流量時的閘門開啟度 蘇州河水位(m) 堰上閘門全閉時 堰上閘門開啟50%時 大閘門(%) 小閘門(%) 大閘門(%) 小閘門(%) 0.418 36.2 100 86.2 100 0.292 36.2 100 86.2 100 0.184 36.2 100 86.2 100 0.079 36.2 100 86.2 100

　　② 進(jìn)水流量為19L/s并滿足近期截流量為8.95L/s時的閘門開啟度見表5。

表5 雙泵運行滿足近期截流量時的閘門開啟度 蘇州河水位(m) 堰上閘門全閉時 堰上閘門開 啟50%時 堰上閘門開啟70%時 大閘門(%) 小閘門(%) 大閘門(%) 小閘門(%) 大閘門(%) 小閘門(%) 0.418 17.5 100 22.5 100 57.5 100 0.292 17.5 100 25.3 100 85.2 100 0.184 17.5 100 28.8 100 100 100 0.079 17.5 100 28.8 100 100 100

　　③ 進(jìn)水流量為19L/s并滿足遠(yuǎn)期截流量為10.2L/s時的閘門開啟度見表6。

表6 雙泵運行滿足遠(yuǎn)期截流量時的閘門開啟度 蘇州河水位(m) 堰上閘門全閉時 堰 上閘門開啟50%時 堰上閘門開啟70%時 大閘門(%) 小閘門(%) 大閘門(%) 小閘門(%) 大閘門(%) 小閘門(%) 0.418 31.2 100 33.8 100 53.8 100 0.292 31.2 100 57.5 100 82.5 100 0.184 31.2 100 68.8 100 82.5 100 0.079 31.2 100 68.8 100 82.5 100

　　從表4～6可以看出，在較低潮位時由于堰上閘門是自由出流，其閘門開啟度僅受泵站出水量和截流量的影響。當(dāng)堰上閘門全閉時泵站出水由堰頂進(jìn)入出水管道，截流閘門的開啟度也不受潮位的影響。當(dāng)堰上閘門開啟度一定時，潮位越高截流井內(nèi)水位也越高，為了控制截流量，截流閘門開啟度也越小。在進(jìn)水流量為9.5L/s、堰上閘門開啟度為70%時，進(jìn)水很大一部分從堰口流入蘇州河而無法滿足截流量。試驗結(jié)果表明，污水截流量受蘇州河潮位、截流井進(jìn)水量和各閘門開啟度的影響，其運行管理較復(fù)雜，特別是在低潮位和低進(jìn)水流量時若堰上閘門開啟度過大，即使開足截流閘門也無法保證污水截流量，因此建議將堰上閘門孔口面積縮小至50%，使其在閘門全開、各種潮位和進(jìn)水流量下僅需通過調(diào)節(jié)大閘門(小閘門全開)就能保證截流量，有利于日后截流井的運行管理。

3 結(jié)論

　　泵后截流井的污水截流量受蘇州河潮位、截流井進(jìn)水量和各閘門開啟度的影響，由于近期和遠(yuǎn)期截流量比較接近，故可通過開足小閘門、調(diào)節(jié)大閘門來滿足截流量。考慮到管理上的方便，堰上閘門或全開或全閉，建議將原設(shè)計中的孔口面積縮小50%。?

參考文獻(xiàn)：

　　 ［1］ 董樹信.合流管的污水截流井(雨水溢流井)性能研究與應(yīng)用［J］.市政技術(shù)，1998,(4):33-39.

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　　電　　話：13701603855
　　收稿日期：2001-11-21