一、研究范围和目标

（一）研究范围

苏州河沿线有37座市政排水泵站，分属24个排水系统，服务面积45 km2。其中合流制雨水泵站34座，分流制雨水泵站2座，污水泵站1座，合计排水能力230m3/s。除芙蓉江、复兴村、乍浦3座独立防汛泵站未实施截流，北新泾系统为分流制、污水进入天山污水处理厂外，其余33座泵站的旱流污水和初期雨水以各种截流方式输送至合流污水治理一期工程。

（二）主要研究目标

新的运行策略必须满足下述目标要求：

1．提出截流量、污水处理量、雨水排入水体量的“最佳” 控制点；

2．充分发挥现有排水设施的作用，提高截流量，减少初期雨水溢流量；

3．满足防汛的要求，减少地面积水；

4．建立评价监督方法。

二、技术路线和研究方法

（一）技术路线

在背景资料调查的基础上，建立水力学模型和开发专用软件，对现行策略进行评价，提出泵站、局部区域及系统流域的优化运行策略，并对优化策略效果进行预测，对策略进行经济技术分析和检验。

（二）研究方法

利用泵站运行、统计和监测数据，运用系统分析、灰箱模型、计算机数学模拟等方法进行研究。

三、苏州河沿岸市政泵站优化运行管理备选方案

基于系统的复杂性，提出适用性较强的泵站运行管理备选方案，供运行管理人员结合实际情况进行选择。

（一）设计运行方案和现行运行方案简介

1．设计运行方案控制水位

设计运行方案的控制水位具有以下特点：（1）彭越浦泵站的运行考虑汛期和非汛期的不同；（2）支线收集泵站只有雨水泵控制水位和截流泵控制水位，设计雨水泵开启水位高于污水泵的开启水位，但停车水位很接近，不利于多截流初期雨水；（3）收集泵站的控制水位较低，导致泵机频繁启闭，收集管网长时间承受管外的压力，增加地下水的渗入及污水收集输送的能耗等。

2．实际运行方案控制水位

现行的实际运行水位具有以下特点：（1）现行实际运行水位比设计运行水位略高，提高了泵站泵机的运行稳定性，有利于减少维修费用，适当减少了地下水的渗入以及对旧下水道的损伤；（2）支线收集泵站现行实际运行水位中，截流泵和防汛泵的停车水位接近，不利于截流更多的初期雨水，但满足防汛的控制要求，有利于运行能耗的节约；（3）支线收集泵站现行实际运行水位没有很好地兼顾泵站之间的配合，泵站的运行对管网中水流方向的影响十分明显。

（二）优化运行备选方案

1．优化运行备选方案组成

合流一期工程运行管理备选方案包括干线（彭越浦泵站）运行模式和支线泵站运行模式。彭越浦泵站以及彭越浦泵站前的重力收集系统为模式讨论的重点。

（1）干线运行方案

苏州河沿岸泵站位于彭越浦泵站前，因此主要研究彭越浦泵站的运行，出口泵站相应与之配合。

彭越浦泵站的运行模式分为汛期和非汛期2个季节性模式，另有降雨和维修两个应急备用模式。在汛期降雨量均匀或较小时，将平均运行水位提高1m，非汛期的运行水位也平均提高0.6m。遇天气预报有大到暴雨、台风或按上级调度指令时采用降雨模式，保持干管低水位运行，提高干管的调蓄能力。彭越浦泵站泵机维修时采用维修模式，抬高泵机运行水位，保证支线截流泵站不向苏州河溢流。

（2）支线运行方案

根据泵站的大小、截流方式、泵站的地理位置、泵站现有运行情况，分析泵站与干管的连接、相邻泵站的情况、泵机的技术水位和模拟结果等来设定支线泵站运行水位。支线泵站的运行控制水位包括：雨水泵控制水位、旱天截流泵控制水位、雨天截流泵控制水位。

2．优化运行备选方案说明

为最大限度地截流初期雨水，干线在暴雨前由彭越浦泵站预抽空并维持低水位。支线泵站根据各自的情况创造截流初期雨水的有利条件。

（1）合流一期工程所属支线收集泵站

① 旱天执行细则

所有支线泵站执行旱天截流运行水位，彭越浦泵站和出口泵站执行非汛期模式。

② 雨天执行细则

天气预报为小雨时，所有支线泵站执行雨天截流运行水位；中雨时，所有支线泵站在降雨前采用截流泵预抽空管网，执行雨天截流运行水位；大雨、暴雨时，所有支线泵站在降雨前采用截流泵预抽空管网，严格执行雨天截流运行水位，所有控制闸门执行雨天截流控制模式，后期雨水放苏州河的泵站控制执行统一调度。

汛期，彭越浦泵站和出口泵站执行汛期模式；非汛期，当天气预报为大雨、暴雨时，彭越浦泵站和出口泵站执行降雨模式。

（2）苏州河沿线其它泵站

北翟污水泵站运行水位以考虑泵站的运行稳定性为主要优化目的。温州、新北新泾、芙蓉江、乍浦、复兴村5个雨水泵站的控制运行水位以防汛控制为主要优化目的。

3．重点泵站运行控制策略说明

重点泵站是指主要溢流泵站，即芙蓉江、昌平、中山西、成都、江苏，1999年此5座泵站溢流雨水量占总溢流量的56%左右。芙蓉江为雨水泵站，即将采取工程措施，其它4座泵站的优化运行应特别重视。

（1）慈溪、康定、昌平

位于苏州河以南的这三座泵站的关联性很强。实际运行的结果表明：过河的连接管容量不足，导致昌平、康定在雨天的溢流雨水较多（分别占总溢流量的10%和7%）。拟采取如下运行措施：合理控制昌平泵站截流井，降低昌平泵站停车水位，减少昌平泵站开多台泵的时间概率；提高康定、慈溪的防汛停车水位，康定、慈溪及时开泵排除后期雨水。

（2）中山西

拟采取如下运行措施：雨天时利用截流泵预抽空，降低泵站截流泵停车水位，提高防汛泵停车水位，降低同时开多台防汛泵的时间和概率，合理控制截流井。

（3）成都

拟采取如下运行措施：保持雨水泵停泵水位高于截流泵开泵水位，雨天利用截流泵预抽空，保持1台截流泵的常开，降雨后开启3台截流泵。

（4）优化芙蓉江、长宁、古北（雨、污）泵站的关联运行，调度污水的去向，减少溢流对苏州河的污染。

（5）八站、十四站、江苏泵站

此三泵站的关联运行很强，拟采取如下运行措施：江苏泵站雨天利用截流泵预抽空，降低江苏泵站停车水位，八站、十四站及时开泵排除后期雨水并提高防汛停车水位。

计算机水力学模型模拟结果表明：对芙蓉江、长宁、古北（雨）、古北（污）、慈溪、康定、昌平、八站、十四站、江苏、中山西等11座泵站按照上述优化运行方案运行，初期雨水的溢流量可减少30%以上。

四、泵站优化运行的效果

经过对原有水位的不断修正、改进后，在2000年初试用了苏州河沿岸37座泵站优化运行水位的初步方案。

（一）37座泵站1999年和2000年汛期截流、放江情况比较

为统一比较基准，取1999年汛期（5~9月）与2000年汛期（5~9月）的运行数据进行分析。此时间段内的降雨量2000年为682.7mm、1999年为1176.1mm，2000年汛期的降雨量比1999年汛期减少近42%，两年的截流量相近，但降雨放江量2000年汛期比1999年汛期减少了67%。

（二）重点泵站1999年和2000年运行结果比较

1．降雨情况

为评价优化运行策略的优化效果，选取优化运行策略前1999年8月22日~23日和优化运行策略后2000年9月14日~15日降雨量和降雨强度相近的两场雨，进行泵站运行数据的分析。

2．运行水位的结果比较

从昌平泵站实际运行情况看，两次降雨中运行方式的主要变化为：降低了昌平泵站的开、关车水位，减少了开多台泵的时间概率，由3#+4#+5#改为4#+5#。由于开关车水位的调整，在近似为相似雨型的情况下，排江量减少了57%。

同样，中山西、成都、芙蓉江和江苏等4座泵站两次降雨时的放江量分别减少了5%、4%、85%和10%。

在可比条件下（降雨量和降雨强度相近），5座泵站优化运行后，雨天放苏州河的量总体减少45%，但不同泵站的情况并不平衡。

（三）水质变化与溢流时刻

实现泵站的优化运行，不仅能减少初期雨水对苏州河的溢流量，同时由于排放的雨水多为后期雨水，所以排放污染物的总量也会进一步降低。

以苏州河沿岸10个排水泵站2000年8月18日～19日、8月30日～31日、9月14日～15日、10月2日～3日8:00～8:00的雨天放江水质连续监测数据为依据，分析发现：

1．泵站水质与降雨过程、泵站的大小、类型、泵机启闭有关。泵站的水质随降雨过程的变化较显著，出水水质在泵刚开启时最差，降雨持续1小时左右泵站水质普遍有所降低。

2．溢流量中污染物总量与泵站的大小有关，即泄水面积大，污染物总量相对高。

3．长时间降雨情况下，后期雨水CODCr浓度为初期雨水的 50%左右。

五、主要结论与建议

1．通过建立计算机水力学模型，开发泵站运行状态评价监视系统软件，提出了以同时兼顾“环保”和“防汛”功能的苏州河沿岸泵站优化运行策略。

2．对苏州河沿线泵站进行合理的运行管理和调度，可以在确保城市防汛的基础上，减少向苏州河溢流初期雨水，但这种优化运行的效果受到市政排水设施的制约。苏州河沿线泵站的情况各异，优化运行必须针对不同的泵站采取相应的措施。昌平、中山西等溢流量较大的泵站在优化运行中应予以特别重视。

3．干线泵站彭越浦的运行策略包括汛期、非汛期两套控制水位，另外还备用了降雨模式和维修模式。干线泵站的低水位运行可在重力干管中提供更多的调蓄容量，为更多地截流初期雨水创造条件。支线泵站中，直接与干线连接的重力流截流泵站出水条件较好，在降雨后期应及时开启雨水泵排除被高度稀释了的合流污水。

4．支线相对关联性较强的泵站，如：慈溪、康定、昌平，其关键性的截流泵站的运行操作应严格控制，其运行策略也要针对其关联泵站的情况制定。

5．减少初期雨水溢流的重要技术路线是：干线泵站的低水位运行，增大干线调蓄容量；支线泵站的低水位截流和均匀流量截流；雨水泵关闭水位高于截流泵开启水位；主要截流泵站（为其它重力截流泵站服务的泵站）要按更高的技术要求控制。

6．比较1999年汛期和2000年汛期的实际运行数据可知：优化运行方案在可比的条件下能减少雨天溢流量的20%左右，污染严重的初期雨水基本被截流。

7．必须对苏州河沿线的市政排水设施进行局部设计标准的提高和局部系统的改造，同时要重视对现有设施能力的利用和排水规划结合，保持规划的连续性。

8．在现有系统的基础上，建设调蓄池可提高系统的截流能力，经过优化计算确定调蓄池的大小和位置，有效地削减降雨峰值流量对系统截流能力的挑战。

六、鉴定意见

本课题鉴定会于2001年7月11日由上海市科委主持召开。到会专家在听取课题组介绍的基础上，经研究讨论，鉴定意见如下：

1．本项目完成了项目建议书所规定的内容，达到了预期目标，同意通过鉴定。

2．本项目在收集大量泵站、管网的设计和运行资料的基础上，采用系统分析的方法，开发了泵站运行数据分析专用软件、建立了排水设施计算机水力学模型，提出的泵站运行评价方法和优化运行策略合理可行，对于减少初期雨水的溢流量，提高防汛能力、协调合流制系统截流和防汛的矛盾，提供了可靠的技术路线，具有积极意义和实用价值。

3．本研究成果达到国内领先，部分内容达到国际先进水平。

4．建议：优化运行策略中的泵站运行水位可在今后的实际运行和研究中积累经验并不断完善。

（上海市城市排水公司）