陸 斌， 韋鶴平
(同濟大學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行了水力模型試驗，并對原設計及日后運行管理提出了建議。
　　關鍵詞：城市污水；截流井；水力模型
　　中圖分類號：X703.1
　　文獻標識碼：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污染。為截流排入蘇州河的合流污水而增設截流連接管和總管，合流污水通過截流連接管和總管并經過預處理后在竹園潛沒多孔排入長江口。整個蘇州河區域由多個排水小區組成，每個小區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入截流總管。
　　截流井作為常用的一種水工構筑物，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據以供設計之用。為保證截流井具有良好的水流條件和能高效運行，有必要對截流井進行水力模型試驗。

1 模型設計

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則進行設計。一般來說模型越大試驗準確性越好，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，所以在保證試驗結果準確的前提下應盡可能地縮小模型尺寸。模型比尺受流態等因素的制約，為了保證紊流流態的相似，對于比尺λ_l有一個最大許可值，根據埃斯奈爾提出的最小比尺公式，模型比尺應滿足：
　　　　　　　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的正態模型，相應的長度比尺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、泵后截流井及相關的測量儀器組成。用水泵將蓄水池內水抽至高位平水塔，再放水至大平水箱，通過調節閥門并由流量計測定控制流量，多余水量溢流回蓄水池。水流經大平水箱消能穩定后進入截流井進行各種工況試驗，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　結果與分析

　　原型泵站流量是根據其服務區雨季泄水量及污水量而確定的，根據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水流量，見表1。

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

　　模型截流量是根據原型的近、遠期規劃水量按模型比尺而確定的，見表2。

表2 截流井近、遠期截流量 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。
　?、?進水流量為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

　?、?進水流量為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 進水流量為19L/s并滿足遠期截流量為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。當堰上閘門全閉時泵站出水由堰頂進入出水管道，截流閘門的開啟度也不受潮位的影響。當堰上閘門開啟度一定時，潮位越高截流井內水位也越高，為了控制截流量，截流閘門開啟度也越小。在進水流量為9.5L/s、堰上閘門開啟度為70%時，進水很大一部分從堰口流入蘇州河而無法滿足截流量。試驗結果表明，污水截流量受蘇州河潮位、截流井進水量和各閘門開啟度的影響，其運行管理較復雜，特別是在低潮位和低進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、各種潮位和進水流量下僅需通過調節大閘門(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 結論

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

參考文獻：

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

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　　電　　話：13701603855
　　收稿日期：2001-11-21