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近年来，我国很多城市在雨水排水系统末端建设强排泵站时,增设初期雨水调蓄设施,将携带了雨天出流大部分污染负荷的初期雨水截流[1-31,于雨后利用污水管网设计充满度以外的空余容积输送至污水处理厂集中处理。大量初雨的排入将对中途污水提升泵站机组的稳定运行造成一定影响,对配泵选型提出要求。于此同时,随着城市化进程的加速，市政设施建设空间受限的情况逐渐成为常态!,如何在该类情形中,对泵站进行合理布置,保证各设施和机组稳定有效运行，并与周边环境最大程度地协调，也成为泵站设计过程中需要优化解决的问题。本文以九星雨污水合建泵站为例，讨论建设空间受限情形下,排水泵站与调蓄池合建的布置方案设计，以及应对初期雨水排放进行的配泵优化，

项目概况

九星雨(含初期雨水调蓄池)污水合建泵站位于上海市闵行区七宝镇横新港南侧、虹莘路西侧的九星东块地区,地区规划定位为上海规模最大的综合建材市场。目前泵站已开工建设，并计划于2022年汛期前投入运行,建成后除解决所在地区雨、污水排水出路外,也为周边相关雨水系统整体提标至P=5年一遇打下基础。九星雨水泵站服务于九星东块和虹井及平吉的部分区块,汇水面积约265.9hm';系统暴雨设计重现期P=5a,设计规模250m'/s;雨水经泵提升后排入北侧的横新港。初期雨水调蓄池服务于九星东块规划区域内的市政道路及部分虹莘路以东现状小区,设计规模2200m。污水泵站服务于九星东块地区,规划平均日污水量5599m'/d:降雨过后,另有共计1686m/d的地块初雨弃流经污水管网进入泵站,该部分初雨弃流来自拟建于九星东块地区星北路东侧的初期雨水调蓄池;站内污水经泵提升后由压力出水管接入沿外环线东侧敷设的苏州河六支流∅2400污水总管,最终至白龙港污水处理厂。

泵站布置优化

建设条件

泵站规划总用地面积为4503m,如图1所示周边限制因素较多。用地边线东侧13m处有4路平行于红莘路敷设的 110 kV 高压电力排管,对泵站雨、污水进水总管的布置造成一定影响:西北角用地边线内有1路220kV高压架空线穿过,泵站建筑边线距其悬臂投影线需大于15m;同时,泵站北侧为待建幼儿园和大型综合商办,东侧为现状居住小区南侧为规划环卫用地,均对泵站的建筑形式和布置提出了一定要求。

总体布置优化

综合用地限制、运营管理和设备维修的便利性、及与社区定位的协调性等各因素,泵站最终采用半地下合建的形式,主体建构筑物位于场地中央,总平面尺寸37.0mx351m,污水泵房设于雨水泵房北侧,初雨调蓄池设于雨水泵房下部,雨水泵站进水闸门井设于泵房东侧。泵房下部工艺深度188m:设备间、变配电间、管理用房等附属建筑合建于泵房上部,建筑面积约2202 m',最大建筑高度16 m,为阶梯式局部3层;外立面以底层的深色外砖墙搭配二、三层的白色仿石材涂料及玻璃幕墙,通过色彩的明暗对比和肌理的疏密序列打造建筑质感。此外，站内最大限度拓展绿化空间,除构、建筑物及道路外的空地均布置绿化:围墙处的外围景观以大树环绕种植,用优美的林缘线打造自然内外屏障,也使得在技术措施之余,站内设施可能产生的噪声、臭气等对外影响被削减至最小;靠近主体建构筑物的设备区景观则以灌木搭配草坪为主,为工作人员营造良好环境。泵站总平布置见图1。

雨水配泵选型与上部建筑布置优化

九星雨水泵站需配备8台单机功率约288kW的轴流泵,该单泵功率下,目前常用的潜水和干式抽芯轴流泵在投资和检修维护方面各占优势(50,所需水泵间亦大小相当,但综合考虑总装机容量后,机电设备的配套需求使得整体的占地和造价产生较大差异:根据轴流泵的总体装机容量和市政供线情况,机组母排进线需由10kV市政供线接入，首先对于电机位于水下的潜水轴流泵而言,更高的电机防护要求使得其10kV母排进线在接入泵站开关柜后,各单泵配电均需至独立的250kV变压器转为低压，再经独立的低压配电柜接人各水泵的电机,供其在低压条件下安全运行;变压器和低压配电柜需分开设置,并有较高的散热需求,共需建筑面积约150m，设备购置价格约150万。而置于水泵间上部的干式抽芯泵,机组可在10kV的高压条件下直启工作,其进线能够自市政供线接人后,在不经软启动的情况下自开关柜直接接人各水泵电机,省去了水泵专用变压器间、低压配电柜间的占地以及额外的通风散热设施。在本工程较高集约化布置要求下,综合考虑工程造价,水泵变配电需求导致的差异,泵站最终选择干式抽芯轴流泵作为雨水主泵。

下部空间优化利用

冷却水泵间及检修楼梯泵站利用雨水泵房北侧、调蓄池顶部的地下空仓,布置干式抽芯轴流泵需配备的冷却设施,并结合设置楼梯,一并解决电缆夹层、污水泵阀门安装平台、冷却水泵间及调蓄池的日常维护及检修需求,具体见图 2、图 3。

九星雨水泵房集水池共2仓,每仓各对应1台栅条间距 70 mm 的回转链板式格栅,调蓄池通过名舱格栅后设置的DN800截流管入流,其起停由管道上的速闭阀控制,人流设施后安有顶部与泵站设计低水位齐平的挡水堰，以控制调蓄池进水水位人流设施利用雨水泵房进水区扩散角多余空间进行布置(详见图2),考虑到调蓄池的清通养护及放空泵的运行维护,雨水格栅的栅条间距仍过大;此外，调蓄池上部空仓布置有雨水泵冷却水泵间等设备用房,调苦池叠层布于雨水泵房下方,若速闭阀损坏,无法停止进水,则会对机组的安全运行造成一定的风险;故于两侧的 DN800 截流管前各增设1艘隔间,设置间隙 20 mm的提篮格栅和 DN800 速闭闸,以保证调蓄池的稳定运行。

优化布置小结

面对受限颇多的外部条件和苛刻狭小的用地空间,合建泵站在采用雨水、调蓄池上下合建,及雨、污水泵站共用地下结构和管理设施的集约化总体布置方案的前提下，还能够通过机组选型、下部空间优化等手段,进一步精简建筑面积、提高机组运行效率并使之与工程投资做到最大化的平衡。

其中,就机组选型而言,主泵机组的配电需求会对建筑面积和工程投资产生一定影响,宜在设计初期综合强电专业的配电方案确进行确定。如对于九星泵站主泵机组的单机功率、总装机容量和周边市政供电情况而言,采用干式抽芯泵能使各方达到平衡和最优化。而若单机功率升高至330kW以上:在水泵机组数量不变的情况下，其总装机容量的上升将使得水泵的直启动对市政电网造成一定冲击，故而需在开关柜和机组间增设软启动设备,其增加的建筑面积与潜水离心泵低压启动时所需的变配电设备相近,而费用则增加将近约330万,因此在该工况下,选用潜水离心泵就成了较优方案。如若单机功率不变,水泵台数增加至10台,则总装机容量增大至需由13kV市政供线接人,水泵的高压直启动对市政电网将不再造成冲击,此时干式抽芯泵的造用又将成为最优方案。

其次,集约化布置的合建泵站,地下空间情况复杂,宜提前预判各部分设施的运行维护需求,充分利用地下空仓进行检修设施及阀管布置,保证各主体部分的日常检修和稳定运行。

最后,宜在详尽的现场调查基础上,对主体建筑外立面的造型、材质及色彩进行设计,以做到与周边环境最大程度的和谐。并因地制宜地进行绿化景观布置,外围景观可以高大植物如树木或竹类为主,除在空间上形成自然隔断外,也可使得噪声、臭气等对外影响被削减至最小:主体建、构筑物附近则可以低矮植物为主,营造绿色优美的工作环境。3 污水泵站配泵优化

运行条件分析

九星污水泵站平时接纳九星东块地区的旱流污水,雨天降雨结束后,除地区污水外还有地块初期雨水弃流排入。泵站集水池内的污水经潜水泵提升后,于设于泵站内的A#井与雨水泵站下部设置的初期雨水调蓄池放空泵出水管汇合,经压力出水管接人苏州河六支流∅2400污水总管,压力出水管设计管径DN400,长度共计约585m。泵站进、出水路由示意如图4。

为保证控污设施的运行效果”，系统初期雨水弃流应于降雨过后24h内排空,考虑到污水泵站及下游管网设备配置及运行的稳定性，调蓄池均拟于每场降雨后按16h的放空时间错峰排放。结合前文中所列各水量分析,污水泵房及出水压力管在旱天及降雨过后24h内共有5种不同的运行工况，分别如表1和表2所示。污水泵房集水池水位根据《城镇排水泵站设计标准》(DGJ08-22-2018)[8]中的相关要求,结合上位污水规划计算得到;污水泵房出水管接入外环线总管处(井B)水位根据相关管理单位提供的资料确定。

分析各设计条件可知，污水泵房的流量在工况 1、4、5 下与工况 2、3下相差较大,如其在工况 1下与工况2下相差2倍有余;此外,泵房压力出水管管路较长,使得因流量变化造成的水头损失变化增大,从而导致水泵在不同工况下的扬程变化也随之增大。故该工程在方案阶段采用了两种配泵方案进行比选，以合理配泵,使机组能在各工况下均高效节能地运行。

配泵方案优化比选

配泵方案1

采用变频器调节水泵运行参数,拟配3用1备共4台同种规格的潜水离心泵。以工况1的流量作为总配泵流量,进行扬程计算,得到需配备的单泵电机功率 15 kW。对各工况下水泵的运行参数进行校核,结果如表3,可见降雨过后24h内,泵站出水压力管内的流量差异较小，机组的平均工作扬程变化范围在7%以内;而旱天时,泵站出水压力管内的流量差异增大,平均及低峰流量时(工况2、3)水泵的工作扬程已偏离所配水泵的工作曲线,且对应的流量偏低。因此该方案中,为保证泵站旱天平均和低峰流量时的正常运行,有3台水泵需加设变频装置，

配泵方案2

采用大、小泵搭配,应对不同工况的需要。分别以工况1和工况2的流量作为大、小泵的总配泵流量,进行扬程计算,得到该方案共配置3大(1台冷备用)2小5台潜水离心泵,大、小泵电机功率分别为 15 kW和5.5 kW。对各运行工况下水泵的运行工况进行校核,结果如表4,可见,大、小泵对应的各工况下,泵站出水压力管内流量差异均不大，水泵的平均工作扬程变化范围分别在7%及2%以内，机组能够在各工况下均平稳运行,仅在工况2有1台大泵需为2台小泵作备用时,由于小泵的工作扬程较低偏离了大泵的工作曲线,需有1台大泵采用变频。

配泵方案比选

首先,从投资的角度而言,两者差别不大。方案1需配备3个变频器,相应增加约5%的电机费用及控制柜的维护措施;方案2仅需配备一个变频器,但另需增加1台潜水泵作为冷备用。其次，从长期运行稳定性的角度而言,方案2更有优势。根据《上海市城市排水(雨水)防涝综合规划》上海年平均降雨日约132天,且约60%集中在5~9月,由此可见若采用方案1的配泵方式,则污水泵房在晴天平均及低峰流量时,都需要依靠变频运行;而方案2则将运行工况进行分类,分别配置不同规格的大、小泵，从而保证了所配机组在各工况下均能够稳定地在高效区运行。结合以上分析,该工程最终以方案2作为污水泵房的配泵方案。

结语

九星雨污水合建泵站在空间受限的情形下，通过机组选型、下部空间优化等手段,结合因地制宜的总平布置,在保证各设施和机组在安全有效运行的前提下,做到总体的集约化布置和与周边环境最大程度地协调。同时,通过污水配泵优化，应对初期雨水排放对污水提升泵站机组的运行及养护带来的影响。以期为类似工程的设计和建设提供参考。