雨水一體化泵站方案詳細(xì)流程（一體化污水泵站設(shè)備的用途）
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一、泵站概況
雨水泵站是為北京奧林匹克公園中心區(qū)下沉花園區(qū)域(北二路南至中一路)的雨水提升排放設(shè)置的，服務(wù)面積約5h㎡。經(jīng)過(guò)與市政和規(guī)劃部門(mén)協(xié)商，雨水泵站設(shè)在下沉花園北端(北二路南側(cè))人口大坡道下的2綜合泵站內(nèi)，與北區(qū)污水泵房、雨洪利用泵房、熱力機(jī)房、變電站機(jī)房合建。綜合泵站總面積為2936㎡，其中雨水泵站面積385㎡。
下沉花園超雨洪利用標(biāo)準(zhǔn)的雨水，通過(guò)地面雨水口、排水溝等匯集進(jìn)入自南向北通長(zhǎng)的蓄洪排水涵，排至雨水泵站，經(jīng)泵提升后的壓力雨水經(jīng)出水井泄壓后，排至北二路市政雨水暗渠(下游斷面尺寸3 m×1.8m)。
二、雨水泵站土建設(shè)計(jì)、主要設(shè)備及布置
雨水泵站土建設(shè)計(jì)需滿足相關(guān)規(guī)范要求，考慮設(shè)備運(yùn)行、管理、維修方便。
水泵房外門(mén)尺寸需滿足水泵等設(shè)備運(yùn)輸要求，設(shè)為2.4m×2.4(高)m。因運(yùn)輸廢渣需采用叉車以及更換設(shè)備等需要，格柵間外門(mén)設(shè)置了3m×3(高)m的卷簾門(mén)。
因雨水泵站設(shè)在進(jìn)人下沉廣場(chǎng)的大坡道下，頂板高度受控于坡道地面的標(biāo)高，泵站層高最高處為6.25m，最低處為5.6m。
水池頂板及泵房、格柵間頂板等結(jié)構(gòu)承重均考慮設(shè)備搬運(yùn)的荷載。
三、設(shè)計(jì)流量
雨洪利用收水設(shè)施按5年一遇日降雨量設(shè)計(jì)。根據(jù)下沉花園設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，雨水泵站設(shè)計(jì)流量按重現(xiàn)期50年取值。根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)，按暴雨強(qiáng)度公式，50年一遇暴雨時(shí)的綜合徑流系數(shù)0.8(取值參照文獻(xiàn)，并根據(jù)調(diào)整后下墊面情況取整)，經(jīng)排水管渠水力計(jì)算確定外排雨水系統(tǒng)的雨水管、渠尺寸及坡度，以及總的設(shè)計(jì)流量。
考慮到本工程外排雨水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高，需要校核正常雨季時(shí)雨水泵站的運(yùn)行參數(shù)及管渠的實(shí)際流速。我們按暴雨強(qiáng)度公式，分別計(jì)算出3a、5a、10a、20a的5min暴雨強(qiáng)度。5a及以下重現(xiàn)期的徑流系數(shù)根據(jù)《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范》(G B 50400-2 006)取值；10a及以上重現(xiàn)期的徑流系數(shù)，以50a、5a徑流系數(shù)為基準(zhǔn)，按內(nèi)插法取值。
四、雨水排放流程和高程
(1)泵站內(nèi)雨水排放流程：進(jìn)水管一進(jìn)水井一格柵井一集水池一雨水泵一壓力出水管一拍門(mén)(1k回)一出水井(泄壓)一市政雨水管渠。
(2)各部分高程：下沉花園匯水區(qū)域最低室外地面35.4m；泵站地面36.7m(高于北區(qū)室外地面0.3m，高于南區(qū)室外地面1.3m)；泵站DN1800進(jìn)水管內(nèi)底29.2m；集水池池底27.8m／(池深8.9m)；泵站DN1800總出水管內(nèi)底39.6m；市政預(yù)留管渠內(nèi)底39.354m。
五、水泵選型和配置
由于下沉花園外排雨量設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高，而大部分時(shí)期雨量相對(duì)較小，小雨時(shí)與雨洪利用系統(tǒng)配合更減少了外排水量。如采用大流量泵，要求調(diào)節(jié)容積相應(yīng)大，自動(dòng)控制時(shí)雨水會(huì)較長(zhǎng)時(shí)間積存而導(dǎo)致污染增加，以至?xí)绊懴麓伪┯陼r(shí)的集水容積。旱季需排除積水時(shí)，水泵過(guò)大也很難做到低水位啟泵。因此采用了4臺(tái)水泵，單臺(tái)設(shè)計(jì)流量0.675m／s，總流量2.7m／s。
4臺(tái)水泵全部運(yùn)行時(shí)揚(yáng)程不小于11.9m，其中水位高差10.4m，進(jìn)、出水管，格柵，拍門(mén)等設(shè)施水頭損失合計(jì)1m，出水水頭0.5m。
目前我國(guó)排水泵站常用的水泵為立式軸流泵和離心式潛水泵。本工程所需泵揚(yáng)程較高，不適宜選用流量大揚(yáng)程低的軸流泵?？紤]泵站位于下沉花園入口大坡道下的綜合泵站內(nèi)，其面積和高度均受限制，選用了機(jī)電一體、結(jié)構(gòu)緊湊的離心式潛水泵。
六、備用泵的設(shè)置
雨水泵站內(nèi)設(shè)置了2臺(tái)與主泵相同的備用泵，主要是考慮以下原因：
(1)下沉花園的四周開(kāi)口面大，雖采取了加高入口等措施，暴雨時(shí)仍存在“客水流入”、雨水量大于設(shè)計(jì)流量的可能。
(2)當(dāng)下游市政管渠滿流，使泵站出水井水位增高時(shí)，水泵實(shí)際流量可能減小而不滿足要求。
因此，這2臺(tái)備用泵已經(jīng)不僅是一般考慮水泵故障和檢修時(shí)的備用泵，當(dāng)雨水泵排水能力不夠(水量超標(biāo)或主泵不能正常工作)時(shí)，水池液位升高，達(dá)到備用泵啟泵高度時(shí)將啟動(dòng)備用泵排水。
考慮到備用泵不經(jīng)常使用，為設(shè)備維護(hù)方便和保養(yǎng)，設(shè)在泵池內(nèi)的備用泵位置高于池底3.7m，非特殊情況下不會(huì)浸沒(méi)在水中，為干式保養(yǎng)。
七、泵站其他設(shè)施和構(gòu)筑物
為節(jié)省面積，采用合建式泵站，將進(jìn)水井、格柵間、集水池合建為一個(gè)整體構(gòu)筑物。
進(jìn)水井分為兩格，根據(jù)設(shè)計(jì)流量的70%設(shè)置了直徑1400mm的圓形閘門(mén)及手動(dòng)和電動(dòng)兩用啟閉機(jī)2套。當(dāng)格柵、清渣設(shè)備需維修時(shí)，或水位超高有淹沒(méi)泵站危險(xiǎn)時(shí)，可暫時(shí)關(guān)閉一套或兩套進(jìn)水閥。
與進(jìn)水井配套設(shè)置了2臺(tái)寬度為2m的75度回轉(zhuǎn)式機(jī)械格柵，按設(shè)計(jì)水位，格柵計(jì)算高度為2.5m，考慮安裝，采用了1.5m格柵兩段。考慮水泵葉輪對(duì)通過(guò)污物粒徑的限制和格柵阻力，并盡量減少排入市政管道的固體量，柵條間距設(shè)為40 m m。
格柵選型可采用自清潔式格柵粉碎一體機(jī)，將格柵攔截的柵渣經(jīng)粉碎機(jī)破碎成尺寸小于10mm的顆粒，就地排放；也可采用柵渣粉碎、清洗、輸送壓榨一體機(jī)的方案。但考慮粉碎后的碎渣排至雨水管道會(huì)對(duì)最終的受納水體產(chǎn)生污染，違背了奧運(yùn)工程的“三大理念”。若將碎渣排至污水管道，則由于雨季時(shí)排污量增加，可能危及下沉區(qū)域污水的排出，因此選用了后者。
柵渣的清除、清洗及壓榨由機(jī)械連續(xù)完成，柵渣經(jīng)過(guò)粉碎、清洗后，溶于水的污物就地排放，固體經(jīng)壓榨處理后的廢棄物不但體積縮小便于存放及輸送，而且散發(fā)的臭味也大大減少，對(duì)周圍環(huán)境影響較小。由于泵站位于公眾活動(dòng)區(qū)域，柵渣運(yùn)輸只能在夜間進(jìn)行，而且運(yùn)輸過(guò)程中不能對(duì)環(huán)境造成污染，因此在格柵問(wèn)設(shè)柵渣暫存空間，便于打包后在夜間集中運(yùn)輸處理。
泵池尺寸按水泵安裝條件和依次啟泵水位確定，池底面積約100m，水泵最小調(diào)節(jié)容積(旱季排空的啟停泵調(diào)節(jié)容積)約30 m。高于單臺(tái)雨水泵30s的出水量。
出水井為敞開(kāi)式，使排放的雨水能泄壓后排入市政管渠?？紤]市政管渠的設(shè)計(jì)重現(xiàn)期較低，在50年一遇暴雨時(shí)會(huì)出現(xiàn)排水不暢的情況，出水井的井蓋高程為44.90m，高于周圍地坪0.5m。當(dāng)市政雨水管渠排水能力不足時(shí)，泵站排出雨水可依靠壓差從地面各雨水口排出。
八、監(jiān)控要求
（1）監(jiān)控要求啟泵、停泵控制
1）一般啟停泵控制要求
雨水泵根據(jù)設(shè)定的啟泵水位依次自動(dòng)啟動(dòng)，在兩場(chǎng)雨間輪換啟動(dòng)順序。
當(dāng)集水池水位達(dá)到停泵水位，所有運(yùn)行水泵同時(shí)停止。由于備用泵池底與主泵池底標(biāo)高不同，故備用泵先停(停泵水位32.5m)，水位降至停泵水位時(shí)主泵停。
旱季需排除積水時(shí)，手動(dòng)啟泵。
旱季雨水泵及備用泵定期自運(yùn)轉(zhuǎn)檢測(cè)狀態(tài)，并進(jìn)行保養(yǎng)。
2）啟泵水位的設(shè)定(見(jiàn)圖3)
a、最低水位(主泵停泵水位)由池底標(biāo)高及水泵吸水口高度確定為28.9m。
b、配合雨洪利用設(shè)施的蓄水情況和氣象部門(mén)預(yù)報(bào)，人為設(shè)定第1臺(tái)泵啟動(dòng)水位：
雨季初期及缺水年份，下沉花園雨洪利用收集池水位低時(shí)，啟泵水位提高，以增加下沉花園的雨水利用蓄水量，此時(shí)自動(dòng)啟泵水位設(shè)定為31.8m，調(diào)節(jié)容積為290立方米。
雨季后期或豐水年份，雨洪利用收集池水位高時(shí)，啟泵水位降低，此時(shí)自動(dòng)啟泵水位設(shè)定為30.7m，調(diào)節(jié)容積為180立方米。
雨季結(jié)束，為減少污染，需排干雨水管渠內(nèi)積水，此時(shí)啟泵水位降至29.2m，調(diào)節(jié)容積為30立方米(水泵運(yùn)行時(shí)間約為44s)。
接到氣象部門(mén)預(yù)報(bào)將有罕見(jiàn)暴雨時(shí)，為確保達(dá)到蓄洪標(biāo)準(zhǔn)，雨水泵提前運(yùn)行，將水位降至28.9m的最低水位。
c、水泵根據(jù)泵池水位高度依次啟動(dòng)：以第一臺(tái)泵自動(dòng)啟泵水位30.7m為基準(zhǔn)，按照水泵平穩(wěn)啟停的條件(30s泵流量)，并考慮水面波動(dòng)對(duì)液位計(jì)測(cè)量的影響，以池內(nèi)水位每升高200mm啟動(dòng)下一臺(tái)水泵確定各啟泵水位。雨量超出設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，池內(nèi)水位持續(xù)升高，當(dāng)高至33 m時(shí)(此時(shí)南區(qū)雨洪涵已接近滿水)啟動(dòng)備用水泵，升至33.2m時(shí)啟動(dòng)第二臺(tái)備用泵。
?。?）格柵控制
格柵傳動(dòng)清渣設(shè)備定時(shí)或根據(jù)前、后液位差自動(dòng)運(yùn)行。粉碎、清洗設(shè)備有廢渣清出時(shí)隨時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)，干渣由螺旋運(yùn)輸機(jī)自動(dòng)倒人垃圾桶，定期更換垃圾桶，并運(yùn)至?xí)捍骈g儲(chǔ)存等待運(yùn)出。
（3）安全監(jiān)控措施
水位到達(dá)下沉花園最低地面高度(35.4m)時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。當(dāng)泵池水位達(dá)到保護(hù)泵站的關(guān)閘水位(泵站地面以下0．5 m)時(shí)，關(guān)閉各進(jìn)水管電動(dòng)閘閥，待水位下降后再一一開(kāi)啟。
?。?）集中監(jiān)測(cè)內(nèi)容
進(jìn)水井，格柵前、后，泵池，出水井的水位；進(jìn)水管電動(dòng)閘閥，格柵電動(dòng)設(shè)備，粉碎、壓榨機(jī)，水泵的設(shè)備狀態(tài)及故障報(bào)警。
?。?）其他
泵站設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，并與中心區(qū)地下中央級(jí)監(jiān)控中心聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)由中心區(qū)的景觀中央自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
九、結(jié)語(yǔ)
樂(lè)中環(huán)?？萍缄兾鲗氹u客戶一體化雨水泵站于2021年8月建成投入使用，運(yùn)行中水泵啟停平穩(wěn)，格柵等設(shè)備聯(lián)合運(yùn)行正常。一般為1臺(tái)泵啟停運(yùn)行，在2022年4～7月的幾場(chǎng)較大降雨中，最多有3臺(tái)水泵啟動(dòng)，與計(jì)算雨量吻合。
本大型雨水泵站設(shè)計(jì)過(guò)程中得到了中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究院的劉美玲高工、北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院的李萍高工、天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院郭淑琴教授級(jí)高工等的大力支持和幫助，在此表示衷心感謝!
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