吳華明，鄭松
(南京市市政設(shè)計(jì)研究院，江蘇南京210008)

　　摘　要：介紹了太倉(cāng)市第二水廠給水工程的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，特別是對(duì)長(zhǎng)江河口段取水方式作了改進(jìn)，即把傳統(tǒng)的二級(jí)取水改為一級(jí)取水，從而只需建一座取水泵房。經(jīng)比較，改進(jìn)后的一級(jí)取水節(jié)約工程投資約500萬(wàn)元，節(jié)省年運(yùn)行費(fèi)用約250萬(wàn)元。
　　關(guān)鍵詞：給水廠；取水工程；設(shè)計(jì)參數(shù)
　　中圖分類號(hào)：TU991.35
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
　　文章編號(hào)：1000-4602(2001)03-0038-03

　　該項(xiàng)目設(shè)計(jì)總規(guī)模為30×10⁴m³/d(一期為10×10⁴m³/d)，概算總投資2.97億元。一期工程建成后榮獲江蘇省優(yōu)秀工程設(shè)計(jì)一等獎(jiǎng)。運(yùn)行一年多來(lái)，出廠水質(zhì)達(dá)標(biāo)，濁度≤0.3 NTU。

1　方案比較

　　太倉(cāng)市擁有長(zhǎng)江岸線40 km。取水口的選址涉及到水源水質(zhì)、河床穩(wěn)定、岸線合理布局、環(huán)境影響、工程投資、經(jīng)濟(jì)效益等各個(gè)方面。通過(guò)對(duì)長(zhǎng)江太倉(cāng)段河勢(shì)演變的分析，結(jié)合長(zhǎng)江岸線的布局規(guī)劃，提出了將三井和浪港兩個(gè)取水口位置進(jìn)行比較的方案。浪港取水口在長(zhǎng)江太倉(cāng)段上游距市區(qū)30 km處，三井位于下游，距市區(qū)近20 km。這兩個(gè)取水口均位于長(zhǎng)江河口段，在枯水季節(jié)因存在咸水入侵問(wèn)題而均需建設(shè)較大庫(kù)容的避咸蓄淡水庫(kù)。經(jīng)比較，浪港位于市域東北部，市區(qū)位于西南部，對(duì)區(qū)域供水布局適應(yīng)性好，并且是太倉(cāng)市規(guī)劃的水源地，咸水入侵的強(qiáng)度較小，可利用江邊灘地建庫(kù)，故推薦在浪港設(shè)取水口的方案。
　　經(jīng)預(yù)測(cè)，2010年太倉(cāng)市的總需水量為30×10⁴m³/d，其中約15×10⁴m³/d供給市區(qū)，其余水量供給鄉(xiāng)鎮(zhèn)。工程分三期建設(shè)，每期為10×10⁴m³/d，凈水廠設(shè)于取水口附近，距太倉(cāng)市區(qū)約35 km。對(duì)清水輸水提出了多方案比較，包括單、雙管比較，管線走向比較，增壓站設(shè)置比較，管材比較等。比較結(jié)果推薦雙管方案，管材采用夾砂玻璃鋼管，中途不設(shè)增壓站，在太倉(cāng)市區(qū)設(shè)配水廠增壓向市區(qū)供水。整個(gè)工程建成后，位于市域東北角的凈水廠和位于市域西南角的配水廠通過(guò)東西兩條35 km輸水管線連接，形成覆蓋整個(gè)市域的區(qū)域供水格局。一期工程實(shí)施東線管線輸送清水至鄉(xiāng)鎮(zhèn)水廠和配水廠，通過(guò)鄉(xiāng)鎮(zhèn)水廠增壓后向鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水，通過(guò)配水廠向市區(qū)供水。二期工程實(shí)施西線管線，三期工程不再新增輸送干管，通過(guò)更換凈水廠送水泵房的水泵達(dá)到增大輸水量的目的。整個(gè)工程的調(diào)節(jié)容量按15%設(shè)計(jì)，為減少輸水干管的管徑和節(jié)省投資，凈水廠的調(diào)節(jié)容量按5%計(jì)，配水廠的調(diào)節(jié)容量按10%計(jì)。

2　取水工程

2.1咸水入侵分析
　　長(zhǎng)江太倉(cāng)段屬于沿海河口感潮江段，當(dāng)漲潮時(shí)海水向河口倒灌，沿江上溯，使水中氯化物含量增高。但長(zhǎng)江河口段江水咸淡交替具有一定的規(guī)律性，退潮時(shí)上游淡水徑流下泄，江水變淡。掌握河口段咸水入侵的規(guī)律，采取必要的工程措施，以獲取符合標(biāo)準(zhǔn)的淡水，是沿海河口淡水資源開(kāi)發(fā)和利用的重要課題。
　　根據(jù)多年的監(jiān)測(cè)資料分析，浪港附近江水氯化物濃度超過(guò)250 mg/L的最大連續(xù)天數(shù)為7 d(90%保證率)，相鄰咸水入侵峰之間的時(shí)間間隔≥6 d。為向凈水廠輸送合格的淡水，要求建設(shè)蓄淡避咸水庫(kù)，其容積要大于7 d的需水量，為安全起見(jiàn)，按7.5 d設(shè)計(jì)，即水庫(kù)的有效庫(kù)容為225×10⁴m³，總庫(kù)容為307×10⁴m³(含死庫(kù)容、蒸發(fā)庫(kù)容、滲漏庫(kù)容、有效庫(kù)容、預(yù)備庫(kù)容)。兩個(gè)咸水峰之間的時(shí)間間隔為可取水時(shí)間，在此段時(shí)間內(nèi)除滿足凈水廠的需水量外，還要在最不利的情況下蓄滿水庫(kù)。兩個(gè)咸水峰的時(shí)間間隔為6 d，其中頭尾兩天有若干小時(shí)為咸水，設(shè)計(jì)按5 d考慮，因此取水自流管和取水泵房的規(guī)模為75×10⁴m³/d。
2.2取水方式的改進(jìn)
　　上海市現(xiàn)有幾座長(zhǎng)江河口段取水工程，取水方式均為二級(jí)取水，即將長(zhǎng)江水通過(guò)設(shè)于長(zhǎng)江中的取水泵房送至避咸蓄淡水庫(kù)，再通過(guò)水庫(kù)取水泵房將原水送至凈水廠。本工程如采用二級(jí)取水，需建設(shè)兩座取水泵房，即設(shè)于長(zhǎng)江中的取水泵房(規(guī)模為75×10⁴m³/d)和設(shè)于大堤內(nèi)側(cè)的取水泵房(取水庫(kù)水，規(guī)模為30×10⁴m³/d)，故總的取水規(guī)模為105×10⁴m³/d。因此，二級(jí)取水總的取水規(guī)模較大，基建投資高，特別是設(shè)于長(zhǎng)江中的取水泵房施工難度大，日常運(yùn)行管理麻煩。此外，長(zhǎng)江水一年中絕大部分時(shí)間為淡水，發(fā)生咸水的時(shí)間不超過(guò)一個(gè)月。長(zhǎng)江水為淡水時(shí)可不經(jīng)過(guò)水庫(kù)，而二級(jí)取水每天均要經(jīng)水庫(kù)預(yù)沉，由于泥砂含量大，因而水庫(kù)的淤積量大、清淤費(fèi)用高。再者，二級(jí)取水較一級(jí)取水的能耗大。
　　通過(guò)對(duì)鹽水入侵規(guī)律和各種水位組合的深入研究，提出了以一座取水泵房替代兩座取水泵房，即改二級(jí)取水為一級(jí)取水。在長(zhǎng)江邊灘設(shè)蓄水庫(kù)，取水泵房設(shè)于水庫(kù)內(nèi)，靠近長(zhǎng)江大堤，通過(guò)棧橋和大堤連接。泵房可采用干施工，施工難度小、造價(jià)低。在豐水季節(jié)沒(méi)有咸水入侵問(wèn)題，直接取長(zhǎng)江水送至凈水廠，蓄水庫(kù)閑置；在枯水季節(jié)，長(zhǎng)江水有時(shí)為咸水，有時(shí)為淡水。長(zhǎng)江水為淡水時(shí)，取長(zhǎng)江水至凈水廠和蓄水庫(kù)；長(zhǎng)江水為咸水時(shí)，停止取用長(zhǎng)江水，取水庫(kù)水至凈水廠。取水泵房的總規(guī)模為75×10⁴m³/d(其中30×10⁴m³/d為取長(zhǎng)江水或水庫(kù)水至凈水廠，45×10⁴m³/d為取長(zhǎng)江水至蓄水庫(kù))，較二級(jí)取水減少了30×10⁴m³/d。其工程投資較二級(jí)取水節(jié)省了500萬(wàn)元，年運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省了250萬(wàn)元。
2.3取水工程設(shè)計(jì)
　　①取水頭部及自流管
　　采用垂直向上式喇叭管取水頭部。取水頭部位于長(zhǎng)江-6 m的等深線處，設(shè)計(jì)最高水位為3.44 m，最低水位為-0.7 m。喇叭口上設(shè)柵條(頂面標(biāo)高為-2.5 m)，柵條間距為200 mm，用于攔截粗大漂浮物。
　　取水自流管管徑為1 600 mm，共兩根，單管長(zhǎng)度為1 073 m，為超長(zhǎng)距離取水自流管。自流管采用頂管、水下埋管、水下排架敷設(shè)等多種施工方法，其中一次頂管距離達(dá)630 m，頂管和沉管間采用半合套筒連接。自流管中心標(biāo)高為-6～-4.5 m，管材為鋼管，頂管部分管壁厚為16 mm，其余部分管壁厚為14 mm。最大流量(75×10⁴m³/d)時(shí)的管內(nèi)流速為2.16 m/s，正常流量(30×10⁴m³/d)時(shí)的管內(nèi)流速為0.86 m/s，最小流量(10×10⁴m³/d)時(shí)用一根自流管，管內(nèi)流速為0.58 m/s。管道內(nèi)外防腐采用STIC重防腐涂料，內(nèi)壁涂層厚度≥240 μm，外壁涂層厚度≥300 μm。
　　②蓄水庫(kù)
　　蓄水庫(kù)位于長(zhǎng)江漫灘，現(xiàn)狀標(biāo)高為3.89～1.17 m。水庫(kù)總庫(kù)容為307×10⁴m³，最高水位為5.8 m，設(shè)計(jì)水位為4.8 m，死水位為0.0 m，庫(kù)底高程為-0.7 m。水庫(kù)占用長(zhǎng)江岸線850 m，向江中外延750 m。水庫(kù)堤壩為用土工模袋充填土作為棱體、吹填法施工的均質(zhì)土壩。
　　③取水泵房設(shè)計(jì)
　　取水泵房位于長(zhǎng)江大堤外側(cè)長(zhǎng)江漫灘，距大堤約78 m，通過(guò)棧橋和大堤連接。泵房的位置在大堤外側(cè)就決定了泵房及附屬設(shè)施的工程量將顯著影響工程造價(jià)，經(jīng)過(guò)多泵型、多方案的比較，確定采用潛水泵泵型的圓型取水泵房，泵房直徑為28 m，采用沉井法施工，泵房底板高程為-6.0 m，現(xiàn)狀漫灘高程為3.4 m。
　　長(zhǎng)江原水經(jīng)取水自流管或水庫(kù)水通過(guò)進(jìn)水孔進(jìn)入泵房，通過(guò)格柵攔截漂浮物，設(shè)移動(dòng)式機(jī)械格柵，共四門(mén)，單門(mén)寬度為1.6 m，垂直式安裝，柵條間距為80 mm。之后原水進(jìn)入泵房中央的配水筒，配水筒直徑為4 m，通過(guò)配水筒向三個(gè)水泵吸水室配水。配水筒上設(shè)格網(wǎng)/閘門(mén)槽，正常運(yùn)行時(shí)放入格網(wǎng)以攔截水草等細(xì)小漂浮物，有利于后續(xù)凈水處理；故障時(shí)放入閘門(mén)，可保證一格吸水室騰空，便于檢修。
　　泵房設(shè)二層，上層布置變配電間、值班控制室以及移動(dòng)式格柵，下層布置潛水泵井筒、出水管、閘門(mén)以及總出水渠。潛水泵共分兩組，一組為送至凈水廠的水泵(共5臺(tái))，另一組為將長(zhǎng)江水送至水庫(kù)的水泵。潛水泵為井筒式安裝，井筒出水管上安裝止回閥以替代軸流泵要求的出水拍門(mén)。總出水采用渠道式沿沉井內(nèi)壁布置，為減少斷面和提高抗?jié)B性能，渠道內(nèi)壁采用4 mm厚的鋼板并兼作內(nèi)模。泵房上層的變配電間沿圓周布置，采用干式變壓器。送凈水廠的水泵中一臺(tái)采用變頻調(diào)速裝置。取水泵房?jī)?nèi)設(shè)PLC分站，根據(jù)長(zhǎng)江水位及水質(zhì)和清水池水位來(lái)控制水泵運(yùn)行。
　　為解決圓形泵房的設(shè)備吊裝問(wèn)題，和中外合資公司合作開(kāi)發(fā)了28 000環(huán)形無(wú)軌起重機(jī)，起重量為10 t，并獲得國(guó)家專利(專利號(hào)99 2 288819)。該起重機(jī)可360°旋轉(zhuǎn)，全方位解決泵房?jī)?nèi)起吊問(wèn)題。此外，泵房屋頂采用圓錐形鋼筋混凝土殼體新結(jié)構(gòu)。

3　凈水廠工程

　　根據(jù)長(zhǎng)江下游原水的水質(zhì)特點(diǎn)以及江蘇沿江城市水廠的運(yùn)行情況，確定采用管式混合、折板絮凝、平流沉淀、V型濾池過(guò)濾的工藝流程。
　　凈水廠按30×10⁴m³/d規(guī)模總體布置，占地面積為9.4hm²。凈水構(gòu)筑物按三組布置，每組規(guī)模為10×10⁴m³/d，共用設(shè)施如加藥間、加氯間、送水泵房等土建一次建成，設(shè)備分期安裝，附屬設(shè)施一次建成。廠內(nèi)分區(qū)明確，綠化率達(dá)40%。
　　主要凈水構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)參數(shù)為：
　　①折板絮凝平流沉淀池
　　共三座，每座兩組，每組處理能力為5×10⁴m³/d，兩組間以管廊相連。折板絮凝由相對(duì)折板、平行折板、平行直板分成三段，流速為0.35～0.1 m/s，每段速度梯度分別為91.59、48.32、19.95 s-1，絮凝時(shí)間為18 min，池深4.65 m。池內(nèi)采用ABS穿孔管排泥，管徑為200 mm。平流沉淀池的沉淀時(shí)間為100 min，水平流速為17 mm/s，有效水深為3.1 m。沉淀池采用穿孔花墻配水，出水采用指形槽集水，排泥采用虹吸式機(jī)械吸泥機(jī)。
　　②V型濾池共三座，每座規(guī)模為10×10⁴m³/d。每座分8格，對(duì)稱雙排布置，中間設(shè)管廊，管廊上層設(shè)配電控制間。濾料采用均質(zhì)石英砂濾料，濾速為8 m/h，濾池平面尺寸為34.53 m×36.66 m，池深為4.1 m，單格過(guò)濾面積為70 m2。
　　濾池采用氣水反沖，先氣沖，再氣水同時(shí)反沖，最后水沖。氣沖強(qiáng)度：15 L/(s·m²)，水沖強(qiáng)度：氣水共沖時(shí)2.5 L/(s·m²)，單獨(dú)水沖時(shí)4 L/(s·m²)，表面掃洗1.4 L/(s·m²)，沖洗時(shí)間約9 min。可根據(jù)運(yùn)行時(shí)間或水頭損失控制反沖洗周期，也可進(jìn)行強(qiáng)制沖洗。設(shè)計(jì)反沖洗周期為24～48 h，實(shí)際運(yùn)行周期為72 h左右。
　　反沖洗水泵采用潛水泵，布置在濾池管廊的總出水渠內(nèi)，為保證出水渠內(nèi)水位，在出水渠出口處設(shè)堰。為保證濾池的恒水位過(guò)濾，需根據(jù)過(guò)濾損失調(diào)節(jié)濾池出水閥門(mén)的開(kāi)啟度。本工程采用國(guó)產(chǎn)的氣動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，運(yùn)行效果良好。
　　工程采用SLC500和PLC5可編程控制器及微機(jī)構(gòu)成分散控制集中監(jiān)視系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)采用下述多級(jí)控制方式：a.就地控制；b.PLC自動(dòng)控制；c.中控室一步化操作；d.中控室單臺(tái)設(shè)備操作。考慮到V型濾池為整個(gè)凈水廠的核心，監(jiān)控點(diǎn)數(shù)最多，控制程序最復(fù)雜。每格濾池設(shè)一臺(tái)SLC—5/03可編程控制器，負(fù)責(zé)該格的恒水位控制。整座濾池再設(shè)一臺(tái)SLC—5/04可編程控制器，負(fù)責(zé)反沖洗控制及濾池出水參數(shù)的檢測(cè)和DH485網(wǎng)與DH+網(wǎng)之間的通訊聯(lián)絡(luò)。這種做法大大降低了廠級(jí)網(wǎng)絡(luò)通訊量，提高了整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。

4　輸水工程

　　根據(jù)工程系統(tǒng)布置，共設(shè)東、西兩條輸水干管，一期工程實(shí)施東線干管，二期工程實(shí)施西線干管。單條輸水干管長(zhǎng)為35 km，經(jīng)多種管材的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定采用DN1 000～DN1 200的夾砂玻璃鋼管。管道沿公路外側(cè)敷設(shè)，采用的公稱剛度為5 000N/m²，公稱壓力為60 kPa，覆土深度為1.2 m左右。一期工程穿越河道及跨越溝塘等障礙共32處，穿越障礙及快車道下的管材換用鋼管，管徑放大一級(jí)，以折拱管方式跨越障礙。一期工程管道沿線高處設(shè)置排氣閥37處，在管道低處設(shè)置泄水閥42處。

5　配水工程

　　配水廠位于太倉(cāng)城區(qū)邊緣，功能為向太倉(cāng)城區(qū)增壓供水。配水廠設(shè)計(jì)規(guī)模為15×10⁴m³/d，土建一次完成，設(shè)備分期安裝。配水廠主要工程有清水池、加氯間、送水泵房。經(jīng)過(guò)管網(wǎng)平差，送水泵房的水泵揚(yáng)程為0.39 MPa。為節(jié)省能源，送水泵房?jī)?nèi)設(shè)液粘調(diào)速裝置。

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　　收稿日期：2000-10-20