太仓市第二水厂给水工程设计

吴华明，郑松
(南京市市政设计研究院，江苏南京210008)

　　摘　要：介绍了太仓市第二水厂给水工程的设计特点，特别是对长江河口段取水方式作了改进，即把传统的二级取水改为一级取水，从而只需建一座取水泵房。经比较，改进后的一级取水节约工程投资约500万元，节省年运行费用约250万元。
　　关键词：给水厂；取水工程；设计参数
　　中图分类号：TU991.35
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2001)03-0038-03

　　该项目设计总规模为30×10⁴m³/d(一期为10×10⁴m³/d)，概算总投资2.97亿元。一期工程建成后荣获江苏省优秀工程设计一等奖。运行一年多来，出厂水质达标，浊度≤0.3 NTU。

1　方案比较

　　太仓市拥有长江岸线40 km。取水口的选址涉及到水源水质、河床稳定、岸线合理布局、环境影响、工程投资、经济效益等各个方面。通过对长江太仓段河势演变的分析，结合长江岸线的布局规划，提出了将三井和浪港两个取水口位置进行比较的方案。浪港取水口在长江太仓段上游距市区30 km处，三井位于下游，距市区近20 km。这两个取水口均位于长江河口段，在枯水季节因存在咸水入侵问题而均需建设较大库容的避咸蓄淡水库。经比较，浪港位于市域东北部，市区位于西南部，对区域供水布局适应性好，并且是太仓市规划的水源地，咸水入侵的强度较小，可利用江边滩地建库，故推荐在浪港设取水口的方案。
　　经预测，2010年太仓市的总需水量为30×10⁴m³/d，其中约15×10⁴m³/d供给市区，其余水量供给乡镇。工程分三期建设，每期为10×10⁴m³/d，净水厂设于取水口附近，距太仓市区约35 km。对清水输水提出了多方案比较，包括单、双管比较，管线走向比较，增压站设置比较，管材比较等。比较结果推荐双管方案，管材采用夹砂玻璃钢管，中途不设增压站，在太仓市区设配水厂增压向市区供水。整个工程建成后，位于市域东北角的净水厂和位于市域西南角的配水厂通过东西两条35 km输水管线连接，形成覆盖整个市域的区域供水格局。一期工程实施东线管线输送清水至乡镇水厂和配水厂，通过乡镇水厂增压后向乡镇供水，通过配水厂向市区供水。二期工程实施西线管线，三期工程不再新增输送干管，通过更换净水厂送水泵房的水泵达到增大输水量的目的。整个工程的调节容量按15%设计，为减少输水干管的管径和节省投资，净水厂的调节容量按5%计，配水厂的调节容量按10%计。

2　取水工程

2.1咸水入侵分析
　　长江太仓段属于沿海河口感潮江段，当涨潮时海水向河口倒灌，沿江上溯，使水中氯化物含量增高。但长江河口段江水咸淡交替具有一定的规律性，退潮时上游淡水径流下泄，江水变淡。掌握河口段咸水入侵的规律，采取必要的工程措施，以获取符合标准的淡水，是沿海河口淡水资源开发和利用的重要课题。
　　根据多年的监测资料分析，浪港附近江水氯化物浓度超过250 mg/L的最大连续天数为7 d(90%保证率)，相邻咸水入侵峰之间的时间间隔≥6 d。为向净水厂输送合格的淡水，要求建设蓄淡避咸水库，其容积要大于7 d的需水量，为安全起见，按7.5 d设计，即水库的有效库容为225×10⁴m³，总库容为307×10⁴m³(含死库容、蒸发库容、渗漏库容、有效库容、预备库容)。两个咸水峰之间的时间间隔为可取水时间，在此段时间内除满足净水厂的需水量外，还要在最不利的情况下蓄满水库。两个咸水峰的时间间隔为6 d，其中头尾两天有若干小时为咸水，设计按5 d考虑，因此取水自流管和取水泵房的规模为75×10⁴m³/d。
2.2取水方式的改进
　　上海市现有几座长江河口段取水工程，取水方式均为二级取水，即将长江水通过设于长江中的取水泵房送至避咸蓄淡水库，再通过水库取水泵房将原水送至净水厂。本工程如采用二级取水，需建设两座取水泵房，即设于长江中的取水泵房(规模为75×10⁴m³/d)和设于大堤内侧的取水泵房(取水库水，规模为30×10⁴m³/d)，故总的取水规模为105×10⁴m³/d。因此，二级取水总的取水规模较大，基建投资高，特别是设于长江中的取水泵房施工难度大，日常运行管理麻烦。此外，长江水一年中绝大部分时间为淡水，发生咸水的时间不超过一个月。长江水为淡水时可不经过水库，而二级取水每天均要经水库预沉，由于泥砂含量大，因而水库的淤积量大、清淤费用高。再者，二级取水较一级取水的能耗大。
　　通过对盐水入侵规律和各种水位组合的深入研究，提出了以一座取水泵房替代两座取水泵房，即改二级取水为一级取水。在长江边滩设蓄水库，取水泵房设于水库内，靠近长江大堤，通过栈桥和大堤连接。泵房可采用干施工，施工难度小、造价低。在丰水季节没有咸水入侵问题，直接取长江水送至净水厂，蓄水库闲置；在枯水季节，长江水有时为咸水，有时为淡水。长江水为淡水时，取长江水至净水厂和蓄水库；长江水为咸水时，停止取用长江水，取水库水至净水厂。取水泵房的总规模为75×10⁴m³/d(其中30×10⁴m³/d为取长江水或水库水至净水厂，45×10⁴m³/d为取长江水至蓄水库)，较二级取水减少了30×10⁴m³/d。其工程投资较二级取水节省了500万元，年运行费用节省了250万元。
2.3取水工程设计
　　①取水头部及自流管
　　采用垂直向上式喇叭管取水头部。取水头部位于长江-6 m的等深线处，设计最高水位为3.44 m，最低水位为-0.7 m。喇叭口上设栅条(顶面标高为-2.5 m)，栅条间距为200 mm，用于拦截粗大漂浮物。
　　取水自流管管径为1 600 mm，共两根，单管长度为1 073 m，为超长距离取水自流管。自流管采用顶管、水下埋管、水下排架敷设等多种施工方法，其中一次顶管距离达630 m，顶管和沉管间采用半合套筒连接。自流管中心标高为-6～-4.5 m，管材为钢管，顶管部分管壁厚为16 mm，其余部分管壁厚为14 mm。最大流量(75×10⁴m³/d)时的管内流速为2.16 m/s，正常流量(30×10⁴m³/d)时的管内流速为0.86 m/s，最小流量(10×10⁴m³/d)时用一根自流管，管内流速为0.58 m/s。管道内外防腐采用STIC重防腐涂料，内壁涂层厚度≥240 μm，外壁涂层厚度≥300 μm。
　　②蓄水库
　　蓄水库位于长江漫滩，现状标高为3.89～1.17 m。水库总库容为307×10⁴m³，最高水位为5.8 m，设计水位为4.8 m，死水位为0.0 m，库底高程为-0.7 m。水库占用长江岸线850 m，向江中外延750 m。水库堤坝为用土工模袋充填土作为棱体、吹填法施工的均质土坝。
　　③取水泵房设计
　　取水泵房位于长江大堤外侧长江漫滩，距大堤约78 m，通过栈桥和大堤连接。泵房的位置在大堤外侧就决定了泵房及附属设施的工程量将显著影响工程造价，经过多泵型、多方案的比较，确定采用潜水泵泵型的圆型取水泵房，泵房直径为28 m，采用沉井法施工，泵房底板高程为-6.0 m，现状漫滩高程为3.4 m。
　　长江原水经取水自流管或水库水通过进水孔进入泵房，通过格栅拦截漂浮物，设移动式机械格栅，共四门，单门宽度为1.6 m，垂直式安装，栅条间距为80 mm。之后原水进入泵房中央的配水筒，配水筒直径为4 m，通过配水筒向三个水泵吸水室配水。配水筒上设格网/闸门槽，正常运行时放入格网以拦截水草等细小漂浮物，有利于后续净水处理；故障时放入闸门，可保证一格吸水室腾空，便于检修。
　　泵房设二层，上层布置变配电间、值班控制室以及移动式格栅，下层布置潜水泵井筒、出水管、闸门以及总出水渠。潜水泵共分两组，一组为送至净水厂的水泵(共5台)，另一组为将长江水送至水库的水泵。潜水泵为井筒式安装，井筒出水管上安装止回阀以替代轴流泵要求的出水拍门。总出水采用渠道式沿沉井内壁布置，为减少断面和提高抗渗性能，渠道内壁采用4 mm厚的钢板并兼作内模。泵房上层的变配电间沿圆周布置，采用干式变压器。送净水厂的水泵中一台采用变频调速装置。取水泵房内设PLC分站，根据长江水位及水质和清水池水位来控制水泵运行。
　　为解决圆形泵房的设备吊装问题，和中外合资公司合作开发了28 000环形无轨起重机，起重量为10 t，并获得国家专利(专利号99 2 288819)。该起重机可360°旋转，全方位解决泵房内起吊问题。此外，泵房屋顶采用圆锥形钢筋混凝土壳体新结构。

3　净水厂工程

　　根据长江下游原水的水质特点以及江苏沿江城市水厂的运行情况，确定采用管式混合、折板絮凝、平流沉淀、V型滤池过滤的工艺流程。
　　净水厂按30×10⁴m³/d规模总体布置，占地面积为9.4hm²。净水构筑物按三组布置，每组规模为10×10⁴m³/d，共用设施如加药间、加氯间、送水泵房等土建一次建成，设备分期安装，附属设施一次建成。厂内分区明确，绿化率达40%。
　　主要净水构筑物的设计参数为：
　　①折板絮凝平流沉淀池
　　共三座，每座两组，每组处理能力为5×10⁴m³/d，两组间以管廊相连。折板絮凝由相对折板、平行折板、平行直板分成三段，流速为0.35～0.1 m/s，每段速度梯度分别为91.59、48.32、19.95 s-1，絮凝时间为18 min，池深4.65 m。池内采用ABS穿孔管排泥，管径为200 mm。平流沉淀池的沉淀时间为100 min，水平流速为17 mm/s，有效水深为3.1 m。沉淀池采用穿孔花墙配水，出水采用指形槽集水，排泥采用虹吸式机械吸泥机。
　　②V型滤池共三座，每座规模为10×10⁴m³/d。每座分8格，对称双排布置，中间设管廊，管廊上层设配电控制间。滤料采用均质石英砂滤料，滤速为8 m/h，滤池平面尺寸为34.53 m×36.66 m，池深为4.1 m，单格过滤面积为70 m2。
　　滤池采用气水反冲，先气冲，再气水同时反冲，最后水冲。气冲强度：15 L/(s·m²)，水冲强度：气水共冲时2.5 L/(s·m²)，单独水冲时4 L/(s·m²)，表面扫洗1.4 L/(s·m²)，冲洗时间约9 min。可根据运行时间或水头损失控制反冲洗周期，也可进行强制冲洗。设计反冲洗周期为24～48 h，实际运行周期为72 h左右。
　　反冲洗水泵采用潜水泵，布置在滤池管廊的总出水渠内，为保证出水渠内水位，在出水渠出口处设堰。为保证滤池的恒水位过滤，需根据过滤损失调节滤池出水阀门的开启度。本工程采用国产的气动调节装置，运行效果良好。
　　工程采用SLC500和PLC5可编程控制器及微机构成分散控制集中监视系统。整个系统采用下述多级控制方式：a.就地控制；b.PLC自动控制；c.中控室一步化操作；d.中控室单台设备操作。考虑到V型滤池为整个净水厂的核心，监控点数最多，控制程序最复杂。每格滤池设一台SLC—5/03可编程控制器，负责该格的恒水位控制。整座滤池再设一台SLC—5/04可编程控制器，负责反冲洗控制及滤池出水参数的检测和DH485网与DH+网之间的通讯联络。这种做法大大降低了厂级网络通讯量，提高了整个监控系统的实时性和可靠性。

4　输水工程

　　根据工程系统布置，共设东、西两条输水干管，一期工程实施东线干管，二期工程实施西线干管。单条输水干管长为35 km，经多种管材的技术经济比较，确定采用DN1 000～DN1 200的夹砂玻璃钢管。管道沿公路外侧敷设，采用的公称刚度为5 000N/m²，公称压力为60 kPa，覆土深度为1.2 m左右。一期工程穿越河道及跨越沟塘等障碍共32处，穿越障碍及快车道下的管材换用钢管，管径放大一级，以折拱管方式跨越障碍。一期工程管道沿线高处设置排气阀37处，在管道低处设置泄水阀42处。

5　配水工程

　　配水厂位于太仓城区边缘，功能为向太仓城区增压供水。配水厂设计规模为15×10⁴m³/d，土建一次完成，设备分期安装。配水厂主要工程有清水池、加氯间、送水泵房。经过管网平差，送水泵房的水泵扬程为0.39 MPa。为节省能源，送水泵房内设液粘调速装置。

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　　收稿日期：2000-10-20