上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司
摘要：肇嘉浜排水系统是位于上海市中心城区的合流制排水系统，无法改造成分流制排水系统。本工程将泵站出水渐扩管排口从日晖港延伸至黄浦江。同时，为防止排至黄浦江的雨水倒流入日晖港，影响日晖港水环境，在新建延伸后的出水箱涵出水口上方设置一道挡水堰。
关键词：合流制系统溢流污染 出水箱涵 挡水堰 水动力
1、概况
肇嘉浜排水系统位于上海市徐汇区，系统汇水面积约为736ha。
肇嘉浜排水系统是上海市区内服务面积最大的一个排水系统，地理位置十分重要，主要涉及的行政区为徐汇区和黄浦区。肇嘉浜泵站建于2003年，为合流泵站，合流泵站总设计流量为33.24 m3/s。其中，雨水泵房配泵流量为28.7m3/s；截流泵房的配泵流量为4.54 m3/s。
表1 肇嘉浜实际运行水位控制表
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泵站截流污水排入污水治理二期工程在中山南二路下的2200×2500总管，现状雨水泵房出水排入日辉港。现状肇嘉浜泵站雨水排水口位于日晖港的起端，该段日晖港为盲肠段，水动力不足，容易造成污染物的聚集。目前，日晖港存在一定程度的污染，而肇嘉浜防汛泵站的放江等污染，加剧了河道的黑臭。
2、日辉港黑臭的原因分析
（1）内源分析
合流制排水系统雨水泵站的放江污染物主要来源有：①地表径流；②生产、生活污水；③管道内的沉积物。雨天时，超过截流倍数的合流污水排入日辉港，对日辉港造成污染；地表径流等产生的初期雨水通过泵站雨天放江，加剧了日辉港的黑臭。另外，合流污水在转输过程中外水的入渗和入流会导致处理设施的进水流量大幅增加，提高了过程转输的成本。
（2）外源分析
从外源来看，现状日晖港为断头浜，西端起于日晖东路，该点为肇嘉浜泵站排水口；东端与黄浦江相接，总长度为400米左右，无闸泵等水利设施。水动力不足，自净能力差，河道底泥沉积，污染物聚集。
为解决以上问题，考虑采用两种技术措施来解决日辉港的黑臭：1）提高截流倍数，从源头上减小合流制系统溢流污染。2）延长肇嘉浜雨水泵站出水箱涵，将其向东延伸至黄浦江口，从末端消除日辉港的纳污负担。本工程重点介绍泵站出水箱涵改造的设计要点。
3、工艺设计要点
将出水渐扩管排口从日晖港延伸至黄浦江，长度为350m，新建箱涵尺寸为10mx2.5m~39mx2.5m。同时，为防止排至黄浦江的肇嘉浜泵站雨水倒流入日晖港，影响日晖港水环境，在新建延伸后的出水箱涵出水口上方设置一道挡水堰。
3.1出水箱涵位置的确定
箱涵出口设置的位置，直接影响到肇嘉浜泵站排水的扩散效果以及结构工程基底加固等工程量。若箱涵出口距黄浦江较远，虽然可减少基底加固等工程量，但日晖港河道宽度较窄，无法布置渐扩段保证出水口的流速，且肇嘉浜泵站出水扩散效果会受影响；若箱涵出口距黄浦江较近，则会由于黄浦江河底标高较深，增大了基底加固等的工程量。
① 河底高程
根据测量资料，距黄浦江航道边线约100m处及其西侧的河底标高与日晖港河底标高基本相同；距黄浦江航道边线约100m起向东河底标高逐渐增大。为尽量减少结构工程基底加固等的工程量，且同时需保证肇嘉浜泵站出水的扩散效果，考虑将箱涵出口设置于距黄浦江航道边线100m处。
② 扩散效果
方案一：箱涵出口距黄浦江航道边线100m
模拟在箱涵出口处、黄浦江河道蓝线处及航道底边线处各设置1处观测点。假定黄浦江内初始氨氮浓度及上游太湖来水氨氮浓度均为1mg/L，观测点布置图及3个主要观测点的氨氮浓度值如下图所示。
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图1 方案一：观测点布置图及观测点NH3-N浓度过程线
由图1可知，在降雨发生后的第19h时，观测点1的氨氮浓度基本降至2.0mg/L，在降雨发生后的第41小时，3处主要观测点氨氮浓度基本恢复至降雨前的初始水平，即氨氮浓度接近1.0mg/L。
方案二：箱涵出口位于黄浦江航道边线
模拟在箱涵出口处（黄浦江河道蓝线处）及航道底边线处各设置1处观测点。假定黄浦江内初始氨氮浓度及上游太湖来水氨氮浓度均为1mg/L，则2个主要观测点布置图及氨氮浓度值如下图所示。
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图2 方案二：观测点布置图及观测点NH3-N浓度过程线
由图2可知，观测点1、2在降雨发生后41小时后氨氮浓度基本接近1.0mg/L。
从扩散效果分析来看，箱涵出口位于距黄浦江航道边线100m处与箱涵出口位于黄浦江航道边线处的扩散效果相当，在41小时内，均能将氨氮浓度降至初始水平。
综上所述，将箱涵出口设于距黄浦江航道边线100m处不仅结构工程基底加固等的工程量较小，而且其扩散效果也与箱涵出口位于黄浦江航道边线处的扩散效果相同。因此本工程将箱涵出口设于距黄浦江航道边线100m处。
3.2出水箱涵设计方案
现状肇嘉浜泵站出水箱涵为双孔4.8mx2.2m~八孔3.2mx2.5m，出水口标高0.41m。为防止延伸后现状出水箱涵淤积或出现“死水区”的情况，拟从现状出水箱涵的咽喉段开始改造，自咽喉段开始拆除现状出水箱涵内部部分隔墙并依照现状箱涵直线段的线形新建隔墙。
日晖港内新建延伸的箱涵分为三段：渐缩段、直线段以及渐扩段。
①渐缩段
考虑到新建延伸的出水箱涵与现状防汛墙之间需留有一定的空间进行抛石、箱涵结构施工等，需将新建延伸的箱涵进行渐缩。根据现状出水箱涵内隔墙的线型以及为满足下游直线段箱涵外壁距防汛墙的安全净距的要求，将新建延伸的出水箱涵渐缩至单孔2.1mx2.5m，净尺寸10m x2.5m的4孔箱涵，渐缩段长度45m。
②直线段
日晖港内新建延伸的出水箱涵经渐缩段后变为直线段。直线段尺寸与渐缩后的箱涵尺寸保持一致，采用净尺寸为10mx2.5m的4孔箱涵，单孔尺寸2.1mx2.5m。同时，由于箱涵直线段内雨水流速较大，为尽量减少水头损失，直线段箱涵的布置应尽量避免转弯。
③渐扩段
为保证日晖港内新建出水箱涵末端排放口流速小于0.5m/s以及黄浦江河道、航道蓝线处横向流速小于0.3m/s的要求，需进行渐扩。同时，渐扩后的箱涵外壁应满足距防汛墙的安全净距要求，因此，取渐扩段末端净宽39m，渐扩段采用4孔箱涵扩大至12孔箱涵的形式，单孔尺寸：2.1mx2.5m~2.95mx2.5m，净尺寸10mx2.5m~39mx2.5m，长度70m。
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图3 日辉港新建延伸出水箱涵平面示意图
3.3挡水堰设计方案
为防止排至黄浦江的肇嘉浜泵站的雨水倒流入日晖港，影响日晖港水环境，在新建延伸后的出水箱涵出水口上方设置一道挡水堰。挡水堰顶标高按黄浦江两年一遇高潮位设计，为4.50m，挡水堰内日晖港的控制水位与现状日晖港常水位相同，为3.20m。设置了挡水堰后，日晖港无法得到黄浦江的补水，为防止蒸发、下渗等原因造成日晖港内水位过低，在挡水堰的两侧各设一个DN2000的电动球阀及阀门井，当日晖港水位低于3.10m且黄浦江水位高于3.4m时，人工开启阀门，黄浦江向日晖港补水或换水；
当日晖港水位达到3.20m时，阀门关闭。通过阀门的启闭，基本能达到控制日晖港设计水位及日晖港换水的目的。
3.4施工期间临排设计方案
在施工过程中，肇嘉浜泵站利用两根DN2000的管道排水。DN2000临排管内流速按2.5m/s计，则两根临排管可承担15.7m3/s的流量，相当于施工过程中，临排管道仍能满足肇嘉浜泵站一半的排水能力。临排管道长约350m，管道内流速按2.5m/s计，管道损失约为1m，则水泵扬程需增加1m，需对原设计的启、停泵水位进行调整。原肇嘉浜泵站的设计停泵水位为-5.98m，临排阶段，集水池停泵水位至少提高至-4.98m。根据泵站实际运行情况，非汛期时，雨水泵停泵水位为-2.50m，启泵水位为2.80m，实际运行工况满足临排水位需求。因此，建议在非汛期时对肇嘉浜泵站出水箱涵进行延长施工，施工过程中，排水系统保证率能达到50%。
3.5箱涵的防腐及检修
新建箱涵内防腐采用聚氨酯防腐涂料，一底二中二面五道，总干膜厚度240±20um。为便于新建箱涵建成后内部维护等工作，在新建箱涵的起端，日晖港西侧驳岸边设置检修平台以及检修人孔，检修平台下端与出水箱涵连通。工作人员可通过日晖港西侧防汛墙上至检修平台后，通过检修人孔下至出水箱涵内。
4、结束语
本工程为整治日晖港黑臭污染，改善城市水环境质量，满足附近居民生活要求，是一项改善城市环境质量的民生工程，可以带来良好的环境效益与社会效益。
泵站出水箱涵延伸后，优化了肇嘉浜泵站的排放口位置，使泵站出水“超越”日晖港，直入大河道黄浦江，彻底改善日晖港水质，消除黑臭。