水利拍門在排水工作中的應(yīng)用

曾映雪，江 遼

（清遠(yuǎn)市供排水處理中心，廣東 清遠(yuǎn) 511500）

引言

近幾年，隨著城市快速發(fā)展，城市排水能力不足問題不斷凸顯，特別是老舊城區(qū)的排雨及排污能力不足問題日漸突出。為了保障城市居民生命財產(chǎn)安全、保護(hù)生態(tài)環(huán)境，需要采取大量措施解決相關(guān)問題，包括：加大排水管網(wǎng)建設(shè)力度；對易澇點(diǎn)進(jìn)行改造；對存在問題的排水防澇設(shè)施進(jìn)行修復(fù)；對錯、漏接的雨污水管網(wǎng)進(jìn)行排查改造；增設(shè)截流、調(diào)蓄設(shè)施；改造或增設(shè)泵站、排水口、截流井、閥門等。本文通過一個案例講解如何利用水利拍門解決排水難題。

1 水利拍門工作原理

水利拍門主要由閥座、閥板、水密封圈、鉸鏈等構(gòu)成，主要安裝在排水管道的尾端用于防止外水倒灌，啟閉力來自水源壓力，當(dāng)拍門內(nèi)的水壓大于拍門外側(cè)水壓則開啟、反之則關(guān)閉，具有節(jié)能、使用壽命長、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、無需人工施加外力等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于水利工程、市政排水、城市防洪排澇、污水處理廠、自來水廠等工程項(xiàng)目。李華慶[1]通過研究設(shè)計(jì)開發(fā)的可變浮容重拍門方案解決滁河一級泵站安全高效運(yùn)作問題；陳開金等[2]分析了烏江泵站多扉式拍門存在的主要問題，介紹了節(jié)能型側(cè)翻式拍門主要結(jié)構(gòu)、技術(shù)特點(diǎn)、改造安裝及改造后的初步運(yùn)行情況；夏長虹[3]介紹了傳統(tǒng)型拍門的特點(diǎn)和節(jié)能型自由側(cè)翻式拍門的工作原理、特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)；周海輪[4]通過對拍門進(jìn)行受力分析，給出了適用于箱式涵洞側(cè)翻式拍門的過流計(jì)算公式。

2 利用水利拍門解決區(qū)域排污難題

由于建設(shè)年代久遠(yuǎn)、城市建設(shè)發(fā)展速度快等原因，在一些老舊城區(qū)，不同程度存在排水管網(wǎng)錯接、漏接、混接等問題，導(dǎo)致周邊環(huán)境污染，要想徹底解決相關(guān)問題，最好的辦法就是對排水管網(wǎng)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)雨污分流。宮璐璐[5]對黑臭水體形成原因及治理技術(shù)進(jìn)行了研究。燕麗莉[6]對城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)建設(shè)存在的問題進(jìn)行了分析并提出相關(guān)建議。由于排水管網(wǎng)改造需要耗費(fèi)大量資金和時間，老舊城區(qū)地下管網(wǎng)復(fù)雜，道路情況復(fù)雜，周邊建筑物比較密集，短時間很難實(shí)現(xiàn)徹底雨污分流。很多地方采取的做法是先對排水管網(wǎng)進(jìn)行末端截污改造，減少污水入河，減輕對環(huán)境的不利影響，然后再逐步對排水管網(wǎng)進(jìn)行改造。

某地有一個入河排水口存在污水溢流的現(xiàn)象，該入河排水口上游約100 m 處有一座污水提升泵站，為了解決該問題，相關(guān)單位在該入河排水口出口處加建了一座截流井，并在該截流井和污水提升泵站之間新建了一根截流管，從而將從該入河排水口流出的污水排入污水提升泵站。但該措施實(shí)施后，溢流現(xiàn)象反而增多。

經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域內(nèi)有一個農(nóng)貿(mào)市場，其排水系統(tǒng)為雨污混流系統(tǒng)，末端通過一根過路污水支管連通污水主干管，該污水主干管上游有一座污水提升泵站、下游有一座污水處理廠。該區(qū)域主要排水設(shè)施分布示意簡圖,見圖1。

圖1 區(qū)域主要排水設(shè)施分布示意簡圖

未建設(shè)入河排水口與污水提升泵站之間的截流管時，該區(qū)域的排水過程為：（1） 未下雨時，農(nóng)貿(mào)市場的污水通過過路污水支管自流進(jìn)入污水處理廠（如圖2中的線路1），進(jìn)入污水提升泵站的污水通過泵站提升進(jìn)入污水處理廠（如圖2 中的線路2）；（2）下雨時，農(nóng)貿(mào)市場的雨污水一部分通過過路污水管自流進(jìn)入污水處理廠（如圖2 中的線路1），一部分進(jìn)入溢流井通過雨水管進(jìn)入入河排水口流入河道（如圖2 中的線路3），進(jìn)入污水提升泵站的雨污水通過泵站提升進(jìn)入污水處理廠（如圖2 中的線路2）。

圖2 未建截流管時區(qū)域排水過程示意簡圖

建設(shè)截流管后，該區(qū)域一般情況下的排水過程為：（1） 未下雨時，農(nóng)貿(mào)市場的污水通過過路污水支管自流進(jìn)入污水處理廠（如圖3 中的線路1），進(jìn)入污水提升泵站的污水通過泵站提升進(jìn)入污水處理廠（如圖3 中的線路2）；（2） 下小雨時，農(nóng)貿(mào)市場的雨污水一部分通過過路污水支管自流進(jìn)入污水處理廠（如圖3 中的線路1），一部分進(jìn)入溢流井通過雨水管進(jìn)入入河排水口處的截流井，最后通過截流管進(jìn)入污水提升泵站（如圖3 中的線路3），進(jìn)入污水提升泵站的雨污水通過泵站提升進(jìn)入污水處理廠（如圖3 中的線路2）；（3） 雨勢稍大，農(nóng)貿(mào)市場的雨污水一部分通過過路污水支管自流進(jìn)入污水處理廠（如圖3 中的線路1），一部分進(jìn)入溢流井通過雨水管進(jìn)入入河排水口處的截流井，進(jìn)入截流井的初期雨水通過截流管進(jìn)入污水提升泵站（如圖3 中的線路3），排不及的水漫過截流井中的截流坎溢流進(jìn)入河道（如圖3 中的線路4），進(jìn)入污水提升泵站的雨污水通過泵站提升進(jìn)入污水處理廠（如圖3 中的線路2）。

圖3 建設(shè)截流管后一般情況下區(qū)域排水過程示意簡圖

進(jìn)入污水提升泵站的水量較大時，該區(qū)域的排水過程為：進(jìn)入污水提升泵站的雨污水一部分通過泵站提升進(jìn)入污水主干管最后進(jìn)入污水處理廠（如圖4 中的線路1）；一部分通過泵站提升進(jìn)入污水主干管，再通過過路污水支管倒流進(jìn)入溢流井，再通過雨水管進(jìn)入入河排水口處的截流井，最后一部分雨污水又通過截流管進(jìn)入污水提升泵站，形成循環(huán)水（如圖4 中的線路2），另一部分雨污水漫過截流井中的截流坎溢流進(jìn)入河道（如圖4 中的線路3）；受污水主干管中的污水倒流頂托影響，農(nóng)貿(mào)市場的雨污水只能進(jìn)入溢流井通過雨水管進(jìn)入入河排水口處的截流井，一部分雨污水通過截流管進(jìn)入污水提升泵站（如圖4 中的線路4），另一部分雨污水漫過截流井中的截流坎溢流進(jìn)入河道（如圖4 中的線路5）。

圖4 建設(shè)截流管后泵站水量大時區(qū)域排水過程示意簡圖

由于循環(huán)水的存在，增大了污水提升泵站的負(fù)荷，導(dǎo)致農(nóng)貿(mào)市場的雨污水無法自流進(jìn)入污水處理廠，同時加大了污水溢流風(fēng)險。這也是增建入河排水口與污水提升泵站之間的截流管后，入河排水口處溢流問題加劇的原因所在。在該區(qū)域排水系統(tǒng)做到徹底雨污分流之前，最為迫切的是采取切實(shí)可行的措施，盡量做到晴天、小雨天污水不溢流，大雨天污水少溢流。

根據(jù)伯努利方程，水體的總機(jī)械能為：

通過泵站提升進(jìn)入污水主干管的污水之所以可以通過過路污水支管倒流進(jìn)入溢流井，是因?yàn)橥ㄟ^該部分污水的總機(jī)械能H1大于農(nóng)貿(mào)市場污水的總機(jī)械能H2。基于水利拍門工作原理，可以利用拍門增大循環(huán)水水頭損失，降低循環(huán)水的總機(jī)械能，阻斷循環(huán)水流動。

經(jīng)研究，一種簡單可行的做法是在過路污水支管接入污水主干管的污水井中裝設(shè)一座單向水利拍門（如圖5 所示），裝設(shè)該單向水利拍門后，污水主干管中的污水將無法倒流進(jìn)入入河排水口處的截流井。對于農(nóng)貿(mào)市場的污水，裝不裝單向水利拍門對其排放沒有影響。但對于提升泵站排過去的污水，裝了單向水利拍門之后，污水循環(huán)通道阻斷，泵站負(fù)荷降低、效率增高，污水溢流風(fēng)險降低。此時，該區(qū)域污水排放過程為：（1） 當(dāng)污水泵站的水量不大，農(nóng)貿(mào)市場的污水通過過路污水支管自流進(jìn)入污水處理廠（如圖5 中的線路1），進(jìn)入污水提升泵站的污水通過泵站提升進(jìn)入污水處理廠（如圖5 中的線路2）；（2） 當(dāng)污水泵站的水量較大，水利拍門關(guān)閉，農(nóng)貿(mào)市場的雨污水進(jìn)入溢流井通過雨水管進(jìn)入入河排水口處的截流井，最后一部分通過截流管進(jìn)入污水提升泵站（如圖5 中的線路3），排不及的水漫過截流井中的截流坎溢流進(jìn)入河道（如圖5 中的線路4），進(jìn)入污水提升泵站的雨污水通過泵站提升進(jìn)入污水處理廠（如圖5 中的線路2）。

圖5 增設(shè)水利拍門后區(qū)域排水過程示意簡圖

為了驗(yàn)證效果，先嘗試在過路污水支管處用氣囊進(jìn)行封堵，封堵后，農(nóng)貿(mào)市場的污水無法通過過路污水管自流進(jìn)入污水處理廠，提升泵站排過去的污水也無法倒流進(jìn)入截流井。用氣囊封堵后，該入河排水口出現(xiàn)污水溢流的現(xiàn)象明顯減少，基本可實(shí)現(xiàn)晴天、小雨天污水不溢流，大雨天污水少溢流。與用氣囊封堵相比，裝設(shè)單向水利拍門時，農(nóng)貿(mào)市場的污水多了自流通道，效果會更好，更節(jié)約資源。

3 結(jié)論

隨著城市快速發(fā)展，城市排水能力不足問題日漸突出。由于老舊城區(qū)建設(shè)年代久遠(yuǎn)，不同程度存在排水管網(wǎng)錯接、漏接、混接等問題，導(dǎo)致周邊環(huán)境污染，由于老舊城區(qū)地下管網(wǎng)、道路情況復(fù)雜、周邊建筑物比較密集，很難大規(guī)模開展排水管網(wǎng)改造工作，且排水管網(wǎng)改造需要耗費(fèi)大量資金和時間，短時間很難實(shí)現(xiàn)徹底雨污分流。本文通過一個案例講解如何利用水利拍門解決區(qū)域排水難題，利用水利拍門調(diào)節(jié)、優(yōu)化該區(qū)域排水過程，阻斷了污水循環(huán)通道，可使該入河排水口污水溢流的現(xiàn)象明顯減少，減輕環(huán)境污染，為該區(qū)域?qū)嵤┯晡鄯至鞲脑旃ぷ鳡幦r間。一個水利拍門解決排水大難題，并且投資少、見效快、社會效益大。