九星初雨調蓄池（星北路）設計

操宏慶

[上海市城市建設設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200125]

0 引言

隨著社會經濟不斷發(fā)展，人們生活質量逐步提高、公眾環(huán)保意識日益增強，城市水體的建設和發(fā)展對于改善人民的生活水平、建設生態(tài)宜居的現代化城市至關重要。初期雨水直接排河會導致河道水質惡化，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水閘門井或泵站進水總管上截流至新建的調蓄池，暫時儲存在初雨調蓄池內，待區(qū)域降雨結束后，調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)境質量，控制初期雨水對河道造成的污染[2]。九星初雨調蓄池（星北路）作為九星排水系統(tǒng)的中途初期雨水調蓄池，被列為“十四五”期間開工的重點項目，結合工程案例詳細介紹地下調蓄池的設計思路，明確設計要點及運行模式，以期為同類工程設計和運行管理提供技術參考。

1 工程概況

隨著上海市點源治理的不斷完善，中心城區(qū)面源污染對水環(huán)境污染貢獻率已超過點源污染，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驗，結合上海氣候、水環(huán)境的特點，進一步改善水環(huán)境質量，修復生態(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蓄池正在建設，但星北路以北區(qū)域初期雨水由星北路初期雨水調蓄池收集，因此在九星雨水泵站排放雨水時，超出合建調蓄池容量的初期雨水會對地區(qū)水環(huán)境造成污染。所以，盡快實施初期雨水調蓄工程，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。

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

圖1 初雨調蓄池效果圖

2 設計規(guī)模

九星排水系統(tǒng)服務范圍東起虹莘路、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)劃暴雨重現期取5 a，綜合徑流系數0.5，初雨調蓄量5 mm，總調蓄容積為5 200 m3。其中在建九星雨水泵站及調蓄池調蓄量2 200 m3，本工程計算調蓄量為3 000 m3。系統(tǒng)服務范圍見圖2。

圖2 雨水系統(tǒng)調蓄池服務范圍圖

3 總體布置

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

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

圖3 九星排水泵站初雨調蓄池（星北路）總平面布置圖

4 進水模式選取

根據調蓄池地下深度布置不同，其進水模式有兩種。方案一：重力流式進水。雨天，打開調蓄池閘門井內進水閘門，調蓄池開啟，初期雨水通過在虹莘路雨水總管上設置的截流管→格柵→調蓄池，見圖4。

圖4 方案一平面布置圖

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

圖5 方案二平面布置圖

對兩個方案進行分析比對，方案二初期雨水通過潛水泵提升后進入調蓄池，水泵提升區(qū)工藝尺寸為19.1 m（L）×3.6 m（B），調蓄池蓄水區(qū)面積較方案一減少，故方案二——“水泵提升式進水”調蓄池有效水深增加，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)增設中分墻，方案一與方案二調蓄池主體土建工程費基本相同。在調蓄池設備及安裝費用中，方案二增加3 臺潛水離心泵工藝費用，同時方案二調蓄池體積增大導致除臭費用增加，水泵提升區(qū)增設監(jiān)控設備、電氣增加總用電功率導致監(jiān)控設備費、電氣設備費增加，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蓄池（星北路）實施推薦采用方案一。

5 對下游污水管道受納能力的復核

九星東塊區(qū)域排水系統(tǒng)屬于七寶污水系統(tǒng)服務范圍，地塊內規(guī)劃沿虹莘路敷設DN400～DN600 污水總管，收集地塊污水后匯入擬建于橫新港南側、虹莘路西側的規(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。

將調蓄池初雨放空至虹莘路污水管道內總管各節(jié)點流量見表1。

表1 初雨放空至虹莘路污水管道內總管各節(jié)點流量表

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。

初期雨水調蓄池放空時間按以下公式計算：

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

九星星北路調蓄池設計規(guī)模3 000 m3，代入上式計算九星排水泵站初雨調蓄池（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蓄池（星北路）放空時間取16 h。

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

6 調蓄池設計

初雨調蓄池設計規(guī)模3 000 m3，采用門式水力沖洗，共布置5 臺沖洗門。調蓄池蓄水層與設備用房平鋪設計，地下一層，總平面尺寸40.7 m（L）×23.9 m（B），基坑深度9.2 m。調蓄池最高水位為1.14 m，池底標高為-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，揚程5.5～11.5 m，電機功率5.5 kW。設備間與調蓄池水平布置，建筑內尺寸為：B×L=22.5 m×9.3 m，層高5.27 m，底板標高-3.3 m。內設變配電室、控制室、風機設備、除臭設備、風道（井）及人出入口。考慮變配電室的重要性，為預防汛期超設計標準的暴雨量，造成變配電室受淹，其下方設架空層。

初雨調蓄池進水格柵閘門井平面尺寸為8.25 m×5.00 m，頂板標高6.40 m（設計地坪標高6.20 m），底標高為-3.00 m。內設1 套DN1200 液壓閘門及1 套回轉格柵，用于調蓄池進水、檢修、養(yǎng)護等。其中，格柵設備寬度為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 運行聯(lián)動工藝設計

調蓄池采用先截后蓄再排的運行模式[3]，通過租用運營商信息通道，將調蓄池運行數據上傳到控制中心，實現格柵、進水閘門、調蓄池的聯(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。當降雨超過截留能力，打開調蓄池進水閘門，初期雨水進入調蓄池。當水位上升至設計最高水位時，即關閉進水閘門，服務范圍內雨水通過下游九星雨水泵站加壓提升后排入橫新港。待降雨結束后，啟動放空泵，池內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 結語

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

（2）采用重力流式進水方式，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。

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