一種河道截污堰設(shè)計

陳成峰 長春市市政工程設(shè)計研究院廣州第一分院

1 前言

由于20世紀90年代排水管網(wǎng)多采用雨污合流體系，項目污水收集區(qū)域現(xiàn)狀雖然已有DN800污水管網(wǎng)滿足排水要求，但由于歷史遺留問題，雨污分流并不徹底，部分污水直接通過4500mm×3500mm雨水箱涵排入河流，現(xiàn)在河流北側(cè)已有小型污水廠運營，設(shè)計滿足周邊住宅及電子廠房污水處理要求。為處理上游污水治理下游河道，現(xiàn)打算設(shè)計一座截污堰，設(shè)計原則為：①旱季不溢流；②雨季不內(nèi)澇；③減少黑臭水體；④盡量維護簡單。

2 工程概況

現(xiàn)狀箱涵涵底高程為15.656m（4000mm×3500mm箱涵），現(xiàn)在排出口的淤積、水位較高；污水收集區(qū)域面積371ha，主要為電子廠及住宅區(qū)，其中電子廠面積約為220ha，住宅面積約為151ha，現(xiàn)狀已有DN800污水管網(wǎng)，滿足設(shè)計要求。項目附近的臨時小型污水處理廠主要解決周邊一些工廠污水排放，一些廠家由于歷史原因混排污水到雨水管網(wǎng)的現(xiàn)象，因此，每日最大污水在7:00～9:30、21:00～23:00點時段。本項目攔河壩壩頂標高18.64m，雨季壩過水高度為0mm～500mm，旱季水面標高低于攔河壩頂約200mm～300mm。攔河壩起到提高河流水位，將水溢流到現(xiàn)狀污水廠的作用，但同時引起排水管網(wǎng)上游排水不暢，且使河道堆積垃圾，污水收集不徹底，對河道下游造成較大污染。

現(xiàn)狀小型污水處理廠，項目北側(cè)有一小型污水廠：（1）全年最大日處理量為31000m3/日，正常日處理量為23000m3/日～25000m3/日；（2）現(xiàn)狀提升泵站蓄容量300m3，泵組的抽排能力3臺500m3/h（兩用一備），3臺250m3/h（兩用一備）。

3 理論污水量計算

由于本項目缺乏水文資料，目前箱涵的雨污水排入的范圍為規(guī)劃結(jié)合現(xiàn)場排查資料得出。

（1）污水量計算

設(shè)計工藝流程：箱涵排出口加截流堰（含小型提升泵站）→現(xiàn)狀提升泵站→小型污水廠處理→處理后補水流回下游河流。

由于箱涵非雨天時主要為排污水，可根據(jù)污水調(diào)節(jié)池設(shè)計方法設(shè)計截污堰容積。根據(jù)污水廠的各個時段污水處理量的實際測量數(shù)據(jù)繪制小型污水廠的原水流量逐時變化曲線（如圖1）。

圖1 小型污水廠的原水流量逐時變化曲線

再根據(jù)流量逐時變化曲線繪制出進水量累計曲線（如圖2）。

圖2 進水量累計曲線

（2）根據(jù)《進水量累計曲線》圖表數(shù)據(jù)累加，每日排水量為23274m3/日，調(diào)節(jié)池的理論調(diào)節(jié)容積為：通過流量累計曲線的最高點與最低點作平行于OA的兩條切線，得切點B、C，分別自B、C兩點做平行于縱軸的直線，與出水累計曲線分別相交于D、E點。

線段BD所代表的水量為530m3，線段CE所代表的水量為220m3，BD+CE=530+220=750m3，即為調(diào)節(jié)池所需的理論調(diào)節(jié)容積。調(diào)節(jié)池的理論調(diào)節(jié)容積為750m3，即為調(diào)節(jié)池所需的理論調(diào)節(jié)容積。

由進水量累計曲線圖可知，約在7:00時調(diào)節(jié)池全部放空，約在3:00時調(diào)節(jié)池全部充滿。

（3）設(shè)計調(diào)節(jié)池容積設(shè)計中采用的調(diào)節(jié)他容積，一般宜考慮增加理論調(diào)節(jié)容積的10%～20%，本項目調(diào)節(jié)池的容積按750×1.34=1005（m3）來設(shè)計（最大日水量/平均日水量=31000/23274=1.33）。

4 截留堰的尺寸

①截留堰表面積A，m2，截留堰的容積V=1005m3，取水深h=3m，則池表面積A=V/h=1005/3=335（m2）（見圖3、圖4）。②采用截污堰的形式，面積大于350m2，有效水深3m，則池體有效容積為1050m3＞1005m3，滿足設(shè)計要求。

圖3 截污堰平面圖

圖4 截污堰剖面圖（A-A）

本設(shè)計在堰內(nèi)增加2臺污水提升泵（一用一備），旱季時污水通過重力流排到集水池，小雨天或有加快處理污水要求時，可以關(guān)閉重力流污水管的閥門，開啟污水提升泵，將污水抽到集水池。

水泵的提升量，以《進水量累計曲線》，連接O、A兩點，則OA為調(diào)節(jié)池均勻出水量的累計曲線，其斜率即為調(diào)節(jié)池的控制出水流量，也是水泵的提升量，圖中A點的累計水量為23274m3，相應(yīng)的累計時數(shù)為24h，故可算OA的斜率為23274/24=970m3/h，高差按1m，水頭損失按2m設(shè)計，則需要兩臺潛水軸流泵，流量970m3/h，揚程3m，功率15kW，查樣本350QZB-70（流量1001m3/h，揚程3.72m，功率15kW），滿足設(shè)計減少黑臭水體要求（見圖4）。

5 結(jié)束語

設(shè)計截污堰平時依靠DN800重力流排污，每日最大污水在7:00～9:30、21:00～23:00（或小雨）時段，此時關(guān)閉DN800重力流排污的閘門，打開污水提升泵排入污水集水池，達到旱季污水不溢流原則，除了堰內(nèi)設(shè)置電動閥門，還使用電氣智能化的行程開關(guān)，大雨天時水位提高，通過液位流量計自動調(diào)節(jié)電動閘門（大雨20min后也需要開啟閘門，否則此時較為潔凈的雨水會對污水廠的微生物及細菌造成沖擊），將雨水排入下游河道不會致使上游因堰的設(shè)置而產(chǎn)生雍水現(xiàn)象，不但滿足雨季上游不內(nèi)澇而且不需要工人操作；在現(xiàn)狀箱涵出口設(shè)置回轉(zhuǎn)式機械格柵，格柵95%透過率，自動收集較大污泥及垃圾，由工人通過斗車或小車運輸，達到方便工人清理原則。