市政排水泵站的設計與生態化試探

邢文文

天津市政工程設計研究總院有限公司 天津 300051

生態設計的總體理念是以中國新天津市總體規劃為參照基準和指導指標，體現生態城市“生態、環保、節能、生存、和諧”的總體要求，在實現功能和安全性的前提下，打造緊湊型、節能、可持續性、和諧型生態城市，創建環境友好型示范城市，實現“實施、復制和推廣”的目標。

1 生態城設計思路

遵循生態城市總體規劃，以治理和控制指標為導向，以安全和功能為導向，體現生態城市對和諧、環境、生態和生活質量的要求，打造生態友好、資源高效的示范城市，為構建和諧的城市生態環境提供了重要的理論指導與技術支持。

2 生態城市政排水泵站的生態設計

2.1 泵站設計準備資料

在設計以前，必須應對泵站的基礎工程提供詳盡的地質資料。雨水泵站的測量范圍必須是按照原泵站建筑及輔助設備所需面積確定的，該面積必須為原泵站建筑面積的四倍或更少。而鉆取深度則應當以原泵站地下部分的浸入深度為單位，以準確估計降水強度；關于出水的附近河流和運河的水文地質數據應當精確而可靠；在選定泵站地點時，應當充分考慮附近河流或運河的水文地質要求，并且與主要排水管道的高度相距也不宜太遠，以防止泵站被水淹沒。而進入泵站的主要主管道路的標高也應適當設計好，以避免河水倒流。在設計泵站之前，人們應當明確泵站的建設范圍。但鑒于城市水災所帶來的損害，可以通過加強排水，在規劃和規劃過程中減少洪水造成的破壞。在充分考慮集水區分布的情況下，不應忽視或低估環境中雨水的潛力。總的來說，重要的城市地區在偏遠地區和交通密度低的地區不允許短期積水。鑒于降雨量的變化，應考慮到暴雨可以消除少量降雨量，關于集水區的土地類型，應考慮采用綜合徑流系數，以避免設備和水的分散。

2.2 泵房總體布置

該項目位于某市老城區的水浸區-蔬菜市場。下沉面積為0.18ha，市場低于周圍地形約1.0m。雖然降水量較大，但由于該地區地勢較低，下水道直徑較小，市場上的地下水往往會匯合，而當水進入主要下水道時，這一現象更為嚴重。由于該地區建筑密度高，沒有公園綠化，泵站只能建在道路下方。此外，為儲油層鋪設了較長時間的周圍網絡。泵站排水系統的設計不僅是為了確保雨水或雨水和廢水在幾個小時內可以通過重力輸送，而且是為了確保在降水量大的情況下，水不會進入市場。泵站規模較小，但應具有更全面的排水功能，以盡量減少泵站排水對周圍水域及其環境的影響。測量和分析的周圍網絡表明，干燥當天的廢水可以自動通過水中排出：水位差異。因此，DN300mm管道設計用于在干燥日排放廢水。

潛水泵一般用于小型泵房，濕式泵的泵房；軸向流或混合流泵通常用于大型泵房、干式泵房。水泵的底座通常是較小圓形，以便制造沉盒室，但更大型的水泵可能是長方形的。雨水泵站通常使用手動餡料泵，潛水泵一般應配備自行車式網絡鉤，安裝維修較簡便。泵間的大小和布置，必須滿足水泵系統內部的干凈高度以及水泵與墻間的自由距離等，如符合規范要求。為了方便運行、安裝和維修，泵間應配備平臺，平臺高度可按照水泵機組、設備、起重機、安裝的路燈類型等實際情況決定。為減小泵間的總高度差,可在水平邊緣安裝移動欄桿來提高泵高度。泵間內的上升裝置一般是按照所需要增加的最重部分決定的。如果載重水平差不大于一噸，則可采用手動起重機；當安裝LT負2T功率時，采用電動葫蘆；當最大負荷能力大于2T時，則可采用單梁或雙梁的電動吊車。

2.3 泵房內部空間布置

由于泵站前部的水位較高（地面水位正常高于2.03m），如果從集水器出口的DN300mm泵管中的水位低于相鄰排水管中的水位，可能會導致DN300mm管道頻繁堵塞。這給泵站的維護和正常運行帶來了額外的困難。因此，泵室前的挖掘深度（水的自由部分或雨水流量的自由部分）受到限制。因此，保持泵房內的流量只能減少泵房前端的埋藏深度，以確保泵房內的水不間斷地流動。DN300mm管道前面有網關，通常通過液位指示器打開和關閉。如果沒有雨水或水位低，廢水通過DN300mm管道排入附近的污水管。當泵中的水位由于降水量大而達到固定高度時，DN300mm閘門自動關閉（以防止廢水返回下水道系統），泵啟動，然后通過潛水泵排出的廢水排放到附近的河流中；當水位下降到一定的高度時，水泵停止工作，DN300mm水閘自動打開，廢水自動進入下水道。

2.4 格柵設計

作為排水泵站的組成部分，格柵在保持泵的正常運行中起著重要作用。由于老城區人口密度大，生活垃圾多，泵站可以解決蔬菜市場的水浸出問題，并緩解垃圾聚集問題。此外，這些家庭垃圾被連接到電網或防風網中，使用篩網清潔工具很難清除篩網的污垢，有時需要清理泵站底部的篩網。此外，泵站位于道路下方，因此無法在格柵上方安裝工作圍欄[1]。上述問題給工作人員的日常服務帶來很大不便。為了保持泵站的正常運行，方便清理垃圾架，在本項目中，排水泵站中的固定式格柵已被移動格柵所代替，在具體操作流程中，應按照泵站建筑設計說明書的要求設定。在鋼筋焊接網的應力部分,將鋼筋直徑籠的整體框架懸掛于掛設的懸架上，籠子的開口寬度不能低于沼澤的入口艙蓋。而排水槽入口寬度也應根據泵站設計標準設定,流速宜維持在0.7m/s，與柵欄間的水平差為1.4m左右，柵欄流速約為0.6m/s。通過擴大工作空間,能夠從各個角度清洗格柵，經過清理后,可很方便地使用繩子掛于格柵架上，這樣就極大便利了處理工作，也更好地保證了泵站建設的順利工作。排水泵站從建設至今，已達到了良好的運營效益。泵站的抽水設計目的是為了在旱天時有效地保護排水系統,并在雨季時起到排澇作用，安裝移動網,減少了對泵站上方道路交通的影響。

2.5 泵站的工藝流程

目前,我市雨水泵站通常進入雨集管，然后進入調節池或水閘,最后再進入電網中，通過收集的雨水，再進入泵室。當水泵開啟后,將在高壓下離開調節水池，在連接泵站與通風豎井的出水管道上設置旁通管,用以控制水循環量。在有些地方，雨水泵站還可以用于補給河水。也因此,在天津北塘區的雨水泵站已經具備了排澇、補給、河水流通、濕地管理、河道疏導等方面能力，取得了理想的應用效果。此外，有一點值得注意的是，當雨進入閘門口或控制池時，應保持入口和閘門垂直，并在閘門過載時沼澤清理后封閉閘門。在常年降雨量較大的地方，建議在進水口使用閘門，而在雨季與早期季節季節特點明顯差異的地方,可以簡化裝置，不調節水井，并在第一季度維修裝置和清理泵站。支架可以用來收集雨水中的污染物。在城市泵站建筑物,一般采用機械架來自動或機械地除去污物。而按照水泵抽水要求，集水池的有效容量需要達到最大自動泵的30s徑流，一般在30s至1min為宜之間，可以調節集水池的最高水位、最低水位和一般水位。在雨水泵站收集水池的有效容量起到調節功能之后，就能夠以達到最基本的吸收要求。此外，應按照最大水泵的流量設計集水池的總容量[2]。在設置集水區時，也要充分考慮到雨水，并對城市污水進行適當的測試，以確定是否適宜在雨天排出。由于雨泵所使用的泵通常是軸向泵和混合泵，因此用水量較高、出水比壓低，泵的選型也要滿足最大的流速和排水量的變化。對此，雨泵的規格和數量不應該多于可變泵，要保證并聯泵在高性能區域內正常工作，必須按照并聯泵的結構特點和管道的特點設計好單個泵的工作位置。在選擇水泵的型號時，要考慮泵出口水壓是否能夠通過專門設置的加壓池來補充。采用多個泵，能夠提供一定壓力下的輸出，而雨水也能夠經由增壓管進行排出。在此過程中，還應考慮建造一個壓力出口池，以調節出口壓力，并通過出口水壓排出泵站。最后，為了防止下游水流的沖刷和翻轉，必須在出口處安裝進出口閘門。

2.6 水量及水泵揚程的計算

自動化泵的揚程應包含在泵輸出管的水平標高和泵停止時水位間的誤差，在此過程中，工作人員應做好水量及水泵揚程的計算工作，并對排水泵站運行中的各項數據進行及時監測，做好相應的管理、防控與優化工作，確保排水泵站的平穩高效運行。

3 排水泵站生態設計中運用到的技術

3.1 屋頂光伏發電

為降低二氧化碳排放量和更合理地使用水資源,需要在泵站或行政樓房頂架設太陽能發電系統，以符合國家節水、可再生資源效率和泵站管理戰略。這樣不但達到了建筑和太陽能相結合的目標，也同時解決了泵站的日常用電量。在實際建設過程中，由于充分考慮到太陽光轉換率以及屋頂太陽能板面積等問題,以便達到良好的太陽能發電效果。

3.2 循環利用水資源

在實施雨水設計時，人們應當重視因極端氣候事件而引起的山洪災害,要采取地面綠化、屋頂綠化和防水涂層敷設等技術，通過獲取并使用雨水和地下水,降低山洪的流量。同時，要認真堅持排水理念，注重收集、控制峰值、儲能、選擇性釋放到外用。循環水通過廢水處理獲得，可有效地用于灌溉綠地和沖洗路面。在降雨量不足的情況下，人工濕地可用于處理廢水處理廠的灌溉水，這是補充河流景觀的主要途徑，從而實現水資源循環利用的理念，具體應做到以下幾點：（1）集水池的使用。泵站現場安裝了雨水收集和利用系統，主要有兩種應用方法：首先，將水資源分成兩種，即人工滲入和自然滲入[3]。常見的人工滲入形式包括礫石、馬賽克磚和滲透混凝土，雨水可通過盲渠直接滲入土壤，以支持地下水的養護和補充，地下水通常以凹地和綠地的形式自然滲入地表；第二，儲存和使用。雨水收集和處理用于灌溉草地和道路，雨水收集和利用系統的存在對于地下水含量高、土壤濕度高的生態城市更為重要。收集雨水以收集公路路面下的雨水，然后將其輸送到沙子上的濾水井，經處理的雨水可用于泵站維護。（2）使用雨水系統。生態城市雨水泵站將景觀河流、雨水系統和人工濕地整合成一個系統，然后在泵站安裝原裝雨水泵，為雨水綜合利用奠定了基礎，并實現了雨水的凈化和處理、景觀河水的補充等。如初雨可利用人工濕地加濕泵將水體提取，再進行凈化，達到凈化標準后并進入景觀河水；中期以后的降雨，可利用雨泵作為補給水源直接進入景觀河道中。在設計項目時，負責人應該深刻意識到，隨著降雨排放而建造的濕地的實際面積對雨泵的規模起著決定性的影響。

3.3 監控管理系統

通過運用科學完善的監控管理系統，可以有效解決泵站控制中存在的問題,避免資源占用、控制與指揮功能缺失等問題的出現，有利于實現排水泵站良好的生態管理效果,真正做到了對資源的科學合理使用。由此可見，SCADA泵站監控制度的形成以及在城市環境污水泵系統的運用有著十分重要的意義。一般來說,可以達到這些要求的系統主要可分為視頻系統、自動控制系統和綜合性能管理系統[4]。

3.4 離子除臭技術

為了減少泵站排放的有害氣體，優化環境，實現生態目標，必須在泵站安裝離子去臭系統，封閉電網空間，使用離子除臭劑設備。為了提高氣味處理效率，并在短時間內顯著減少惡臭濃度，可以將正負陽離子被放置在網格空間中。此外，這種效果是通過收集管道格柵之間的氣味并將其排放到污水池中來實現的，為了起到良好的通風除臭效果，必須遵守污染物排放標準。

3.5 變頻控制技術

考慮到市政排水泵站需要連續工作,污泥體積的變動范圍相對很大，所以如果要合理高效地分配和使用能量，就需要對污水泵逆變器加以管理。為了通過水量調節確定和提高水泵的工作特性，應加強變頻控制技術的應用，以實現降低成本和節水的最終目標。

3.6 建設綠色建筑

首先，考慮到建筑業的經濟性，政府決策者也需要保證綠化房屋的建設達到結構簡單和功能齊全的特點，以適應城市綠色建設的需要，并提升建筑效率。另外，保持人與自然、建設內部的平衡情況，充分考慮采光和通風、結構功能、環境條件、場所布置等各種因素，最大程度地減少建設在工作環境中的消耗。按照這一原則，應當改變泵站附屬設備的窗戶大小，以確保適當的窗戶和墻壁比例，避免窗戶、屋頂和外墻建筑物的熱量損失，從而自然減少熱能損耗。根據相關研究可以發現，通過合理使用屋頂隔熱層、加厚外墻保溫隔熱性等技術，可以改善建筑的綠色能效。另外，通過泵站使用LED等半導體光源作為光源，能夠在提高照明效率的基礎上降低光源的性能，因此提高總用電比也是達到節電目標的重要基礎[5]。

4 結論

綜上所述，生態城市政排水泵站的生態設計是一項十分重要的工作，在規劃水平、建筑標準、控制管理等方面具有顯著優勢，在市政排水泵站的生態設計下，實現了環境效益、經濟效益和社會效益的共同發展，有助于構建和諧高效的城市生活環境。