污水截流井水力模型

陆 斌， 韦鹤平
(同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海 200092)

　　摘　要：对上海市合流污水治理一期工程的泵后截流井进行了水力模型试验，并对原设计及日后运行管理提出了建议。
　　关键词：城市污水；截流井；水力模型
　　中图分类号：X703.1
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2002)07-0062-03

　　上海市合流污水治理一期工程主要是治理苏州河的水质污染。为截流排入苏州河的合流污水而增设截流连接管和总管，合流污水通过截流连接管和总管并经过预处理后在竹园潜没多孔排入长江口。整个苏州河区域由多个排水小区组成，每个小区的旱季污水以及初期雨水通过截流井控制一定的截流量后进入截流总管。
　　截流井作为常用的一种水工构筑物，因受地理位置、截流量等因素的限制而具有一定的特殊性，目前尚缺乏足够的资料和数据以供设计之用。为保证截流井具有良好的水流条件和能高效运行，有必要对截流井进行水力模型试验。

1 模型设计

1.1 模型比尺
　　截流井中的水流具有自由表面，其水流运动受重力的作用，因此采用弗劳德相似准则进行设计。一般来说模型越大试验准确性越好，但模型增大建造费用和占地面积也随之增大，有的则为客观条件所不允许，所以在保证试验结果准确的前提下应尽可能地缩小模型尺寸。模型比尺受流态等因素的制约，为了保证紊流流态的相似，对于比尺λ_l有一个最大许可值，根据埃斯奈尔提出的最小比尺公式，模型比尺应满足：
　　　　　　　λ_l≤(30～50)(VPRP)^2/3
　　式中?λ_l——长度比尺
?　　　　V_P——原型截流井中流速，m/s
?　　　　R_P——原型截流井水力半径，m
　　考虑到截流井工程的重要性，采用1∶10的正态模型，相应的长度比尺λ_l=10，流速比尺λ_v=λ_l/2l=3.16，时间比尺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计)如图1所示。

1.2 试验流程
　　模型试验流程如图2所示。
　　整个系统由平水塔(尺寸为2.0m×2.5m×0.7m)、蓄水池(有效容积为7m³)、大平水箱、泵后截流井及相关的测量仪器组成。用水泵将蓄水池内水抽至高位平水塔，再放水至大平水箱，通过调节阀门并由流量计测定控制流量，多余水量溢流回蓄水池。水流经大平水箱消能稳定后进入截流井进行各种工况试验，截流量由直角三角堰测定。
1.3 测量仪器
　　涡轮流量计(LQ-160型)、积算器、三角堰、微动水位测针、光电式流向仪、光纤微型旋桨流速仪。?

2　结果与分析

　　原型泵站流量是根据其服务区雨季泄水量及污水量而确定的，根据原型泵站水泵组合运行工况按模型比尺考虑模型截流井的进水流量，见表1。

表1 水泵在各运行工况时的进水流量 水泵运行组合 原型进水流量(m³/s) 模型进水流量(L/s) 1台水泵 3.0 9.5 2台水泵 6.0 19.0 　 　 　

　　模型截流量是根据原型的近、远期规划水量按模型比尺而确定的，见表2。

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

　　截流井模型的运行水位是根据苏州河4种潮位而考虑的，见表3。

表3　截流井试验水位 水(潮)位 苏州河原型水位(m) 模型试验水位(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 历年最低水位 +1.24 0.079

　　苏州河处于不同潮位时，堰上闸门开启度对截流量的影响也不同。
　　① 进水流量为9.5L/s并满足近期截流量为8.95L/s时的闸门开启度见表4。

表4 单泵运行满足近期截流量时的闸门开启度 苏州河水位(m) 堰上闸门全闭时 堰上闸门开启50%时 大闸门(%) 小闸门(%) 大闸门(%) 小闸门(%) 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 进水流量为19L/s并满足近期截流量为8.95L/s时的闸门开启度见表5。

表5 双泵运行满足近期截流量时的闸门开启度 苏州河水位(m) 堰上闸门全闭时 堰上闸门开 启50%时 堰上闸门开启70%时 大闸门(%) 小闸门(%) 大闸门(%) 小闸门(%) 大闸门(%) 小闸门(%) 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 进水流量为19L/s并满足远期截流量为10.2L/s时的闸门开启度见表6。

表6 双泵运行满足远期截流量时的闸门开启度 苏州河水位(m) 堰上闸门全闭时 堰 上闸门开启50%时 堰上闸门开启70%时 大闸门(%) 小闸门(%) 大闸门(%) 小闸门(%) 大闸门(%) 小闸门(%) 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

　　从表4～6可以看出，在较低潮位时由于堰上闸门是自由出流，其闸门开启度仅受泵站出水量和截流量的影响。当堰上闸门全闭时泵站出水由堰顶进入出水管道，截流闸门的开启度也不受潮位的影响。当堰上闸门开启度一定时，潮位越高截流井内水位也越高，为了控制截流量，截流闸门开启度也越小。在进水流量为9.5L/s、堰上闸门开启度为70%时，进水很大一部分从堰口流入苏州河而无法满足截流量。试验结果表明，污水截流量受苏州河潮位、截流井进水量和各闸门开启度的影响，其运行管理较复杂，特别是在低潮位和低进水流量时若堰上闸门开启度过大，即使开足截流闸门也无法保证污水截流量，因此建议将堰上闸门孔口面积缩小至50%，使其在闸门全开、各种潮位和进水流量下仅需通过调节大闸门(小闸门全开)就能保证截流量，有利于日后截流井的运行管理。

3 结论

　　泵后截流井的污水截流量受苏州河潮位、截流井进水量和各闸门开启度的影响，由于近期和远期截流量比较接近，故可通过开足小闸门、调节大闸门来满足截流量。考虑到管理上的方便，堰上闸门或全开或全闭，建议将原设计中的孔口面积缩小50%。?

参考文献：

　　 ［1］ 董树信.合流管的污水截流井(雨水溢流井)性能研究与应用［J］.市政技术，1998,(4):33-39.

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　　电　　话：13701603855
　　收稿日期：2001-11-21