西安市太平河再生水提升至灃一干工程方案淺析

王永軍 朱元宏 劉衛(wèi)華

（西安市水利規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院 陜西 西安 710054）

1 工程概述

西安市第七污水處理廠位于丈八八路東北側(cè)，目前處理后的再生水直接排放至丈八八路太平河箱涵，之后通過(guò)太平河向下游排放。根據(jù)西安市環(huán)境監(jiān)測(cè)站2014年6月24日提供的“監(jiān)測(cè)報(bào)告”結(jié)論，對(duì)照《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中景觀用水水質(zhì)指標(biāo)得出：西安市第七污水處理廠排放的廢水滿足景觀用水要求。西安市是水資源缺乏性城市，合理的利用再生水將逐步成為人們關(guān)注的內(nèi)容。

目前西安市第七污水處理廠日常排放的再生水水量為4萬(wàn)m3/d～4.5萬(wàn)m3/d，水質(zhì)能達(dá)到景觀用水要求，將其再生水的合理利用已成為水利部門比較關(guān)注的話題。

本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)就是將西安市第七污水廠排放至太平河內(nèi)的再生水提升至灃一干，通過(guò)灃一干向漢城湖等地區(qū)供水，第一可以提高供水保證率，使再生水得到利用，不造成水資源浪費(fèi)；第二可以避免太平河下游新建第六污水處理廠不再將第七污水處理廠的再生水進(jìn)行二次處理，降低污水處理規(guī)模和處理成本，節(jié)約投資及運(yùn)行成本。

2 方案論證

2.1 總體布置

本工程位于灃一干渠在雁塔區(qū)西灘村附近與太平河交匯區(qū)域，工程設(shè)計(jì)位于太平河綜合治理設(shè)計(jì)樁號(hào)為0+200至0+500范圍內(nèi)（總長(zhǎng)300m）。上游有市政雨水調(diào)蓄池及丈八八路雨水箱涵，在太平河設(shè)計(jì)樁號(hào)0+365～0+407段與灃一干渠相交，相交處太平河以暗涵型式從灃一干渠下穿過(guò)，暗涵長(zhǎng)42m，內(nèi)尺寸為4.5m×3.5m（寬×高）,壁厚 45cm，為砼矩形暗涵。灃一干渠為梯形明渠，砼板全斷面襯護(hù)，灃一干渠底至太平河渠底高差6.59m。

為實(shí)現(xiàn)太平河內(nèi)再生水流至灃一干，需設(shè)置提升泵站進(jìn)行提升，需在太平河河道內(nèi)設(shè)置攔水壩對(duì)再生水進(jìn)行攔河蓄水，設(shè)置提升泵站一處，在灃一干設(shè)置出水口一處。結(jié)合地形，總體布置如下：

攔水壩位于太平河0+320樁號(hào)處，采用格賓石籠結(jié)構(gòu)；設(shè)置日提升水量為5萬(wàn)m?/d的提升泵站；出水口位于太平河與灃一干交匯處灃一干渡槽下游出水口扭面末端10m處，采用管道直接輸入的方式出水，出水管底距渠底0.3m。

2.2 方案設(shè)計(jì)

在低壩上游30m右岸設(shè)置取水口取水，采用自耦式潛水排污泵和離心泵對(duì)太平河河道內(nèi)的再生水進(jìn)行提升，根據(jù)泵站設(shè)計(jì)規(guī)范，集水池的容積應(yīng)不小于單臺(tái)泵5分鐘的出水量，由于本工程的特殊性，集水池位于河道內(nèi)，可將攔水壩上游部分的河道均視為河道集水池，在安裝潛水泵的集水池或者離心泵的喇叭口處的集水池可視為河道集水池的一部分，即形成子母組合的集水池，在小集水池中滿足水泵或者管件的安裝要求即可。達(dá)到既能滿足設(shè)計(jì)要求又能節(jié)約用地、減少投資的目的。

本次設(shè)計(jì)輸水管材采用鋼管，根據(jù)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》“心泵或者小口徑軸流泵、混流泵管道設(shè)計(jì)流速宜取1.5m/s～2.0m/s，出水管管道設(shè)計(jì)流速宜取2.0m/s～3.0m/s”。根據(jù)地形條件對(duì)該提升系統(tǒng)提出兩種種方案如下：

方案一：河道內(nèi)自耦式潛水排污泵提升方案

對(duì)河道右岸堤防及河底部分進(jìn)行改造，為了滿足自耦式潛水排污泵水冷的要求，在潛水排污泵安裝處將集水池池底降低，在河道內(nèi)布置臺(tái)階式跌水，跌水寬0.5m，高0.5m，共5階至集水池底部。對(duì)堤防右岸護(hù)坡進(jìn)行改造，向河道外擴(kuò)寬3.5m，以直墻的方式與周邊護(hù)坡相連，該直墻采用懸臂式直墻，C20鋼筋砼結(jié)構(gòu)。在河道擴(kuò)寬部分的集水池區(qū)域并聯(lián)布置四臺(tái)污水泵，每臺(tái)泵出水管道穿越直墻、穿越堤頂路后進(jìn)入控制閥井，閥井內(nèi)設(shè)置控制閥對(duì)水泵的輸水管道水流進(jìn)行控制，最后對(duì)四條輸水管進(jìn)行匯集后沿著堤頂綠化帶布置至灃一干。

優(yōu)點(diǎn)：（1）土建工程量小，投資低；

（2）水泵檢修方便：用起吊設(shè)備將水泵提升到檢修平臺(tái)進(jìn)行檢修，檢修完后可以通過(guò)自耦桿將水泵下滑至水泵基座處自耦連接，無(wú)需人為水下操作；

（3）占地面積小，不占用堤防用地。

缺點(diǎn)：泵站位于河道中，施工導(dǎo)流難度較大。

方案二：堤頂綠化帶內(nèi)離心泵提升方案

對(duì)河道右岸堤防及河底部分進(jìn)行改造，即對(duì)河道右岸護(hù)坡下部進(jìn)行擴(kuò)建，設(shè)置集水井，集水井長(zhǎng)9.3m，寬3m，底高程395.09m，低于現(xiàn)狀河道2.3m。集水井內(nèi)設(shè)置離心泵吸水口2個(gè)，豎直喇嘛口布置，喇叭口規(guī)格為DN600×DN500，間距為4.3m，喇叭口與離心泵進(jìn)水管相連，該進(jìn)水管穿越堤防處擋墻后采用兩個(gè)45°豎向彎頭將管線抬高布置，通向離心泵房。離心泵房布置于右岸堤頂綠化帶中，采用地下式泵房，泵房地下部分結(jié)構(gòu)為鋼筋砼結(jié)構(gòu)，地上部分為磚砌結(jié)構(gòu)。

根據(jù)流量要求，結(jié)合地形高差，在盡量減小泵房高度節(jié)約投資的前提下進(jìn)行離心泵選型。離心泵型號(hào)為20SA-22JA（Q=1080m3/h，H=10.3m，N=55Kw），兩臺(tái)泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)，可滿足提升5萬(wàn)m3/d的水量要求，該水泵必須氣蝕余量為2.8m，根據(jù)水泵安裝高度計(jì)算，可將泵房底高程提升至高程400m處，并保留一定的吸上富裕余量。

優(yōu)點(diǎn)：作為獨(dú)立的升壓系統(tǒng)，受外界干擾小，便于以后的運(yùn)行、管理及維修。

缺點(diǎn)：（1）土建施工難度大，工程量大；（2）占地面積大。

通過(guò)以上方案比較，方案一具有占地面積小，投資小，檢修安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，作為本次的推薦方案。

3 工程設(shè)計(jì)

3.1 攔水壩設(shè)計(jì)

攔水壩位于太平河0+320樁號(hào)處，采用格賓石籠（規(guī)格為2m×1m×1m,格賓沿著水流方向臺(tái)階式布置）壩，壩高1.0m，壩長(zhǎng)4.25m，與兩側(cè)的梯形渠道順接。

3.2 提升泵站設(shè)計(jì)

為了滿足水泵安裝要求，將河底采用臺(tái)階式小跌水降低至設(shè)計(jì)高程。臺(tái)階長(zhǎng)0.5m，高0.2m，臺(tái)階采用C20砼。

對(duì)河道內(nèi)工程區(qū)域堤防右岸進(jìn)行改建，采用漿砌石扭面過(guò)渡到直墻段。擋墻與河道上下游護(hù)坡相連，該部分的擋墻頂高于護(hù)坡0.3m，即擋墻頂在沿著護(hù)坡方向成1:1.25布置。

為了不影響因擾洪造成河道淤積影響，在集水池進(jìn)口處設(shè)置攔污柵，攔污柵在河道處與集水池基礎(chǔ)相連，在上下游擋墻處扎根于擋墻中。為了防止洪水期河道內(nèi)的漂浮物進(jìn)入安裝水泵處的集水池，造成管路阻塞，半包圍攔污柵頂部高于設(shè)計(jì)洪水位0.5m。攔污柵采用φ18圓鋼焊接而成，鋼筋間距為10cm，邊框采用槽鋼，其規(guī)格為200mm×100mm×8mm，φ18鋼筋焊接在槽鋼上，攔污柵周邊的槽鋼之間焊接處理。

潛污排水泵安裝于堤防右岸擴(kuò)建段，擴(kuò)建部分的集水池長(zhǎng)14m，寬5m，四臺(tái)水泵并聯(lián)布置于集水池中，沿著水流方向由大泵到小泵（大-大-小-?。┎贾?，大泵型號(hào)為300WQ700-11-30（Q=700m3/h，H=11m，N=30Kw）；小泵型號(hào)為 200WQ300-13-18.5（Q=400m3/h，H=10m，N=18.5Kw）其抽水水量的可組合成：1100m3/h（2.64萬(wàn) m3/d）,1400m3/h（3.36萬(wàn) m3/d）,1800 m3/h（4.32 萬(wàn) m3/d），2200m3/h（5.28 萬(wàn) m3/d）等多種抽水工況。水泵出水口距新建擋墻0.8m，出水口后接90°彎頭使出水管穿越擋墻后鋪設(shè)至堤防綠化帶中。

3.3 出水口設(shè)計(jì)

原灃一干輸水?dāng)嗝鏋樘菪螖嗝妫讓?m，邊坡坡比為1∶1.5采用砼全斷面襯砌的方式。本次設(shè)計(jì)時(shí)水泵輸水管線出口位于太平河與灃一干交匯處灃一干渡槽下游出水口扭面末端10m處，采用管道直接輸入的方式出水，出水管底距渠底0.3m。

3.4 附屬設(shè)計(jì)

（1）閥井設(shè)計(jì)

閥井位于綠化帶中，內(nèi)設(shè)控制閥，型號(hào)為D941X-350-10和D941X-250-10兩種，分別安裝于300WQ700-11-30和200WQ300-13-18.5型水泵的出水管上，用來(lái)阻止灃一干回水。閥井的具體尺寸及施工要求詳見《濕陷性黃土地區(qū)給水閥門井》（04S531-4）——矩形鋼筋砼給水閥門井（地下操作）。

（2）輸水管道（件）設(shè)計(jì)

輸水管道（件）為鋼制材料，鋼管及鋼制管件防腐要求如下：外防腐采用環(huán)氧煤瀝青（三油二布），防腐等級(jí)為普通級(jí)，做法參見《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB50268-2008），內(nèi)防腐采用環(huán)氧涂料。

（3）鎮(zhèn)墩設(shè)計(jì)

鎮(zhèn)墩設(shè)置于管件處，按照國(guó)標(biāo)03SS504實(shí)施，參數(shù)選用 P0＝1.1MPa、φ＝18°，規(guī)格尺寸按國(guó)標(biāo)執(zhí)行，鎮(zhèn)墩基礎(chǔ)處理同管道基礎(chǔ)。

（4）檢修下河踏步設(shè)計(jì)

為了清理提升泵站攔污柵攔截的污物，在提升泵站下游10m處設(shè)置下河踏步。踏步寬度為3m，每節(jié)寬0.3m，高 0.2m，采用M7.5水泥漿砌石砌筑，用M10水泥砂漿抹面，抹面厚2cm。踏步兩側(cè)的邊墻采用C15砼結(jié)構(gòu)，寬度為20cm。下河踏步坡度同現(xiàn)狀底坡的坡比。

（5）配電系統(tǒng)設(shè)置

根據(jù)《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)劃》GB50052-95對(duì)負(fù)荷等級(jí)的規(guī)定，本工程供電負(fù)荷定為二級(jí)。電源應(yīng)取自當(dāng)?shù)?0KV電網(wǎng)線路。根據(jù)二級(jí)負(fù)荷對(duì)供電電源的要求，本工程應(yīng)設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源。

4 結(jié)語(yǔ)

西安是資源性缺水城市，人均占有水資源量?jī)H全國(guó)平均水平的1/6左右，隨著再生水供水管網(wǎng)系統(tǒng)的逐步建設(shè)完善，再生水將作為城市的第二大水源，具有成本低廉，水量穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)，合理的利用再生水將逐步受到青睞。合理的利用再生水是解決西安水資源短缺問題的有效途徑。太平河再生水提升至灃一干渠工程，將利用灃一干渠已成供水系統(tǒng)，將西安市第七污水處理廠（處理能力5萬(wàn)t/d）處理后退至太平河的再生水提升至灃一干渠，不但可較大的減輕太平河下游第六污水處理廠的處理水量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)向漢城湖、漢長(zhǎng)安城遺址公園滄池等生態(tài)水面供水，在較大程度的改善西安市西北郊的水環(huán)境和生態(tài)環(huán)境的同時(shí)，節(jié)約大量的新鮮水資源，緩解西安市水資源緊缺的狀況，有效提高水資源的利用率，工程建設(shè)將產(chǎn)生良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)促進(jìn)西安市大都市建設(shè)，改善城市生態(tài)環(huán)境和水環(huán)境，具有非常重要的意義。

本文以實(shí)際工程為背景，通過(guò)對(duì)再生水的提升利用，不僅能改善西安市西北郊的水環(huán)境和生態(tài)環(huán)境，節(jié)約大量的新鮮水資源，而且能有效緩解西安市水資源緊缺的狀況，為工程的實(shí)施提供有力的理論依據(jù)，也可為同類工程提供參考。陜西水利