深隧排水系统的设置一般配有主隧道、竖井、末端排水泵组、通风设施、排泥设施5个部分。深隧调度运行过程中的水力调控是系统安全、高效运行的首要问题。深隧在启用过程中一般处于带压运行状态,且在频繁调度过程中处于非恒定过渡过程的时程较长,其水力学问题较为突出。因此需要进行不同运行工况的水动力学仿真和防水锤设计,确保各管段的极限压力位于深隧可承受的安全压力阈值区间。城市深隧排水系统运行的关键问题是:不同标准降水情景下的深隧起用边界条件及运行调度技术,以及深隧防淤积设计及清淤方案的选择。由于城市的发展,排水系统的边界条件在不断发生变化,对深隧系统的使用也会产生一定影响,在深隧工程使用上是一个不可忽视的问题,要谨慎处理不同标准降水情景下的深隧起用边界条件。在降雨停止时,隧道内存储的雨污水还需要经由泵站输送到浅层管网,进入地面污水处理厂处理,因此需要及时根据实时情况进行调试,做到灵活调度。除此之外,深隧排水系统的管道尺寸较大,埋深也较深,保证其正常运行。隧道沉积物的清理也是一个重要问题,它直接关系着隧道的正常运行和效益发挥。为了尽量减少清淤工作量,需要对隧道进行防淤设计,包括流速、坡降等水动力学参数设计。
(1)排涝隧道的运行调度模式
在洪涝控制隧道中,日本东京江户川深隧是当前全世界最先进的排水系统。东京设有降雨信息系统,预测和统计各种降雨数据,用于进行排水调度。由于东京已实行雨污分流的排水方式,在一般降雨的情况下,雨水就近排入河道,利用目黑川、涩谷川等小型河流进行排涝,充分利用河道的防洪排涝功能,此时无须开启深隧。当超过河流的蓄洪能力或遭遇强降雨的极端天气时,修建在中小河流旁的竖井便打开闸门,通过串联竖井的管道把雨水输送到东京最大河流江户川旁边的地下水库。水库容积约数十万立方米,可对雨水进行有效的调蓄。当水库在雨水储蓄量达到一定程度时,通过排水装置把雨水排入江户川中。江户川深隧结合降雨情况运行,并优先利用河道水系进行排洪调蓄,每年仅需开启4~6次,便能有效地调节洪水,使得东京减少80%以上的洪涝灾区。
(2)污染控制隧道的运行调度模式
悉尼北部污水储存隧道是为了控制悉尼的排水系统在降雨时对悉尼湾造成的溢流污染而修建的隧道。通过主隧道把4个最大的污水溢流口和污水处理厂连接起来,截留80%~90%的溢流污水并输送到污水厂进行处理,再排入海湾。
该隧道的运行模式可分为备用、雨天运行、隧道维护和污水厂旁路跨越4种模式。旱天时,隧道处于备用模式,即使隧道保持空置。发生降雨时,则进入雨天运行模式,溢流污水不断地进入隧道,同时泵站启动并持续运行,隧道储存的污水直接排出或转移至污水厂处理后排放,直至隧道恢复到空置状态。隧道维护模式即对隧道地下设施及溢流口的地表设施进行日常检查和维护,并对隧道沉积物及时冲洗、转移。当污水处理厂设备发生故障或定期维护时,则进入旁路跨越模式,将污水转移至隧道进行储存,防止污水直接排入受纳水体。
(3)复合型深隧
复合型深隧的主要功能是截留合流污水提高截流倍数和行洪排涝。(www.daowen.com)
功能的多样性决定了运营工况较复杂。
深隧特别是复合型深隧设计中一个重要考虑是预处理设施的设置。它对深隧运行调度及维护有关键性的影响。雨水、污水中的漂浮物、砂石等固体垃圾物质,将随水流一起进入深隧,如果深隧内水流速度不足,将在深隧内沉淀淤积。排水深隧入流预处理的目的主要是去除入流雨水、污水中的垃圾、砂石等固体物质,以免这些固体物质在深隧内沉积,影响深隧和泵的运行,从而达到最小化隧道维护的目的。
深隧的入流通常在多处同时发生,意味着这样的预处理设施需要在多处设置,这也就意味着需要对多处的预处理设施进行维护。如果不设预处理,而让这些砂石、垃圾进入隧道,则只需对隧道及其末端的泵站进行维护。这样一来维护的点确实减少了,但需要进入深隧进行维护的成本和风险也相应地增加了。
在国外,某些业主会在深隧的每个入流竖井处安装隔栅、砂石捕集设施,甚至细格栅,以便将这些无机物质(如泥沙、砂石、石子、砖头等)在地表处截留去除,有机物质则允许它们进入到深隧里。这样做是出于臭味控制的考虑,截留的无机固体物质不产生臭味,而有机杂质则会产生臭味。需要在截留去除无机和有机杂质当中进行平衡。
复合型深隧运营工况大概分为五种情况,概括为:小降雨时,截流溢流污染和初期雨水;当降雨超过截流强度时,雨水通过现状浅层系统排放;中雨水时,降雨超过现状浅层系统排放能力,雨水进入深隧调蓄,降雨进一步增加,逐步开启排涝泵组排水;大雨时,深隧已无调蓄空间,深隧作为排水通道排水;超标降雨来临时,综合防涝措施启用,快速排出系统内的积水。深隧系统建成后的运行调度按照以上几种方式运行。为了实现深隧的这几种运行模式,就需要合理调配预处理设施和末端泵站。
深隧进水运行工况:根据降水情况以及实时的管网监测资料打开预处理设施进水闸门。
末端泵站的运行拟通过水位进行调度(也可人工手动控制),可根据各工况设置相应的水泵。通常会设置用于深隧的排空的初雨泵和用于系统暴雨时的排涝泵。由于排涝工况和初小雨工况水位差一般较大,初雨泵和排涝泵的扬程均无法适应此水位差,因此需单独设置水泵以排出此区间水体的中间泵。
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