再生水補(bǔ)給景觀河流用水的方案研究
——以宣化區(qū)柳川河為例

郭　建　張冠軍　馬彩鳳

(1.河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075000；2.河北省張家口市宣化區(qū)市政工程公司 075000；3.中國(guó)郵政集團(tuán)公司張家口市分公司，河北 張家口 075000)

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再生水補(bǔ)給景觀河流用水的方案研究
——以宣化區(qū)柳川河為例

郭建1張冠軍2馬彩鳳3

(1.河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075000；2.河北省張家口市宣化區(qū)市政工程公司 075000；3.中國(guó)郵政集團(tuán)公司張家口市分公司，河北 張家口 075000)

摘要:柳川河綜合治理工程共分為三期進(jìn)行，由于一、二、三期柳川河景觀河道地形高差較大，選定串聯(lián)分區(qū)的模式進(jìn)行再生水輸送.在輸水管道上預(yù)留取水口，為城市綠地灌溉、道路清洗以及洗車(chē)用水等提供再生水源.充分利用現(xiàn)狀地形進(jìn)行加壓泵站設(shè)計(jì)，有效降低泵站后期運(yùn)行費(fèi)用.根據(jù)對(duì)兩種管材的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)指標(biāo)比選，選用兩種管材相結(jié)合的方式進(jìn)行管道鋪設(shè)，并從基礎(chǔ)、接口、閥門(mén)安裝等方面簡(jiǎn)要介紹了管道施工方案.

關(guān)鍵詞:景觀河流；再生水利用；串聯(lián)分區(qū)；泵站設(shè)計(jì)、管道施工

0引言

我國(guó)北方地區(qū)城市普遍面臨著水資源短缺的困境，在不斷采用工程手段開(kāi)發(fā)新的水源的同時(shí)也應(yīng)注意提高水資源的利用效率.目前，我國(guó)大中城市的生活污水和工業(yè)廢水多由污水處理廠進(jìn)行集中處理，隨著污水處理工藝和設(shè)備的不斷更新和改進(jìn)，處理后的再生水水質(zhì)也由二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)提高到了一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[1].再生水水質(zhì)的提高為再生水補(bǔ)給景觀河流用水創(chuàng)造了有利的條件，但是如何根據(jù)工程實(shí)踐規(guī)劃再生水回用路徑是一項(xiàng)值得探討的關(guān)鍵問(wèn)題.

張家口市宣化區(qū)地處河北省西北部，根據(jù)城區(qū)總體規(guī)劃擬將區(qū)內(nèi)羊坊污水處理廠處理后的再生水引入柳川河，階段性實(shí)現(xiàn)水環(huán)境修復(fù)和景觀再造[2].柳川河綜合治理工程共分為三期進(jìn)行，但是一、二、三期柳川河景觀河道地形高差較大，在綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的基礎(chǔ)上進(jìn)行再生水回用路徑規(guī)劃具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義.

1工程背景

柳川河是宣化區(qū)內(nèi)的一條重要河流，隸屬洋河分支.柳川河流域面積428.2 km2，全長(zhǎng)60.2 km2，平均坡度6.4‰，由北向南流入宣化區(qū)后繞城折西轉(zhuǎn)南匯入洋河，自上游至下游分別為三期河道、一期河道、二期河道.柳川河屬于季節(jié)性河流，具有行洪時(shí)間短、洪峰流量大等特點(diǎn)，河道內(nèi)徑流時(shí)間為同年6月至9月，一般年份洪水次數(shù)為2～3次.

羊坊污水處理廠地處宣化區(qū)東南，設(shè)計(jì)規(guī)模為近期日處理污水12萬(wàn)噸，遠(yuǎn)期日處理污水18萬(wàn)噸.羊坊污水處理廠現(xiàn)狀每天產(chǎn)生約10萬(wàn)噸再生水，經(jīng)工藝改造后出水水質(zhì)提高到了一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，但是再生水的回用程度十分有限，僅有少量用于熱電廠冷卻用水，其余直接排入洋河，開(kāi)發(fā)與利用空間巨大.

柳川河綜合治理工程擬將羊坊污水處理廠處理后的再生水引入柳川河，階段性實(shí)現(xiàn)水環(huán)境修復(fù)和景觀再造.目前，柳川河綜合治理工程一期工程已經(jīng)竣工，整個(gè)河道采用橡膠壩、溢流堰等擋水措施，并配合混凝土與復(fù)合土工膜防滲，使柳川河城區(qū)段的防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到了50年一遇的水平，社會(huì)效益顯著.在進(jìn)行二期、三期柳川河綜合治理過(guò)程中，由于河道高差較大的客觀原因，導(dǎo)致再生水回用需借助泵站的提升，但是泵站的運(yùn)行需要花費(fèi)大量費(fèi)用，如何合理規(guī)劃再生水回用路徑、選定泵站數(shù)量及位置關(guān)系著整個(gè)工程的經(jīng)濟(jì)效益，現(xiàn)實(shí)意義不言而喻.

2方案選定

2.1再生水回用路徑總體規(guī)劃

考慮到河道上下游高差較大的客觀條件，擬采用分區(qū)供水的方式實(shí)現(xiàn)再生水的提升與輸送.選用分區(qū)供水模式，可以有效避免下游管道內(nèi)水壓過(guò)高的問(wèn)題，在節(jié)約能耗的同時(shí)也可以節(jié)約管材造價(jià).具體供水模式如下圖所示：

圖1　柳川河景觀供水工程引水方案

在上述再生水輸送方案中，首先對(duì)加壓泵站Ⅰ及其附屬管道進(jìn)行施工，由其負(fù)責(zé)為柳川河一期河道和二期河道供水；然后對(duì)加壓泵站Ⅱ以及附屬管道進(jìn)行施工，由其負(fù)責(zé)為柳川河三期河道供水.其中，加壓泵站Ⅰ直接從污水廠退水渠中取水，加壓泵站Ⅱ從一期河道中取水，兩座泵站呈串聯(lián)形式.

除向柳川河正常供水外，同時(shí)考慮利用再生水為城市綠地灌溉、道路清洗以及洗車(chē)用水等提供水源，將再生水的社會(huì)效益最大化.其中，柳川河一、二期河道兩側(cè)綠地可從加壓泵站Ⅰ附屬管道沿線預(yù)留取水口直接取水，柳川河三期河道兩側(cè)綠地可通過(guò)便攜式取水泵從河道內(nèi)取水，加壓泵站Ⅱ附屬管道沿線不另設(shè)預(yù)留取水口.

2.2加壓泵站設(shè)計(jì)

在加壓泵站Ⅰ設(shè)計(jì)中，充分利用現(xiàn)狀地形高差，使再生水通過(guò)自流方式流入吸水井，降低了水泵的后期運(yùn)行費(fèi)用.羊坊污水處理廠總退水管為DN1400鋼管，在總退水管上接入DN1000配水支管至吸水井，并通過(guò)閥門(mén)的啟閉控制泵站轉(zhuǎn)輸水量.因?yàn)榱ê泳坝^用水量遠(yuǎn)低于污水廠日排放量，且污水處理廠再生水為連續(xù)出水，水量充足無(wú)需設(shè)置調(diào)蓄池.吸水井設(shè)計(jì)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，加壓泵機(jī)組設(shè)置為直進(jìn)直出形式，泵機(jī)采用臥式離心泵[3].

在加壓泵站Ⅱ設(shè)計(jì)中，直接利用泵站吸水管從一期河道中取水，材質(zhì)為鋼管.加壓泵房采用半地下式，地下部分為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，地上部分為框架結(jié)構(gòu).加壓泵機(jī)組設(shè)置為直進(jìn)直出形式，泵機(jī)采用立式離心泵，出水管上設(shè)壓力表、流量表和自動(dòng)啟閉閥門(mén).

2.3輸水管管材優(yōu)選

目前，國(guó)內(nèi)普遍采用的輸水管材為可延性球墨鑄鐵管和鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯復(fù)合管，其經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比如下表所示：

表1　兩種管材經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比選

其技術(shù)指標(biāo)對(duì)比如下表所示：

表2　兩種管材技術(shù)指標(biāo)比選

綜合以上分析，在充分考慮供水可靠性、經(jīng)濟(jì)合理性以及施工便利性等原則的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)?shù)氐膫鹘y(tǒng)施工經(jīng)驗(yàn)，選定DN200-500口徑管道采用鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯復(fù)合管，電熔接口；DN500-800口徑管道采用可延性球墨鑄鐵管，膠圈接口；穿越鐵路、河道處選用鋼管.

2.4施工方案概述

在具體管道施工過(guò)程中，采用開(kāi)槽施工的方式進(jìn)行輸水管道的埋設(shè)，并按照相關(guān)要求回填土方后夯實(shí).由于管道沿洋河和柳川河鋪設(shè)，部分管段施工過(guò)程中可能需要采取降水措施，保證管道鋪設(shè)時(shí)的干槽施工.球墨鑄鐵管管道基礎(chǔ)采用原狀土弧基礎(chǔ)，鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯復(fù)合管采用100 mm厚砂基礎(chǔ).在管道的水平和垂直方向彎轉(zhuǎn)處均應(yīng)設(shè)置混凝土支墩，同時(shí)在管段最高點(diǎn)處應(yīng)設(shè)排氣閥，管段最低處應(yīng)設(shè)泄水閥.

在涉及到管道連接時(shí)，球墨鑄鐵管采用橡膠圈柔性接口；鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯復(fù)合管采用電熱熔接口；鋼管采用焊接接口，閥門(mén)連接處利用法蘭形式.管道的分段和分區(qū)檢修閥門(mén)設(shè)置在道路交叉口，閥門(mén)間間距不大于500 m，閥門(mén)均采用伸縮蝶閥.輸水管道路經(jīng)主要路口時(shí)必須設(shè)置地下式取水栓，取水栓間距不大于500 m.

管道埋深的確定原則為：在滿足冰凍深度、外部荷載并考慮到由于其他市政管線交叉的前提下，盡量減小埋深.因此，本工程選定的覆土厚度不大于2 m，節(jié)省工程造價(jià).在管道穿越現(xiàn)狀路時(shí)，采用d1050鋼筋混凝土頂管作為輸水管道的套管；穿越現(xiàn)狀河流時(shí)，采用河底倒虹吸管，其管頂距河底的覆土厚度應(yīng)在滿足沖刷深度的基礎(chǔ)上不小于0.5 m.

3結(jié)論

(1)針對(duì)柳川河一、二、三期河道高差較大的客觀條件，選定串聯(lián)分區(qū)的模式進(jìn)行再生水輸送，既降低了下游管道的管內(nèi)壓力，又節(jié)約了整體運(yùn)行能耗.在向柳川河景觀河道供水時(shí)，考慮利用再生水為城市綠地灌溉、道路清洗以及洗車(chē)用水等提供水源，將再生水的社會(huì)效益最大化.

(2)充分利用現(xiàn)狀地形，采用自流方式進(jìn)行加壓泵站Ⅰ中的吸水井設(shè)計(jì)，有效降低泵站的后期運(yùn)行費(fèi)用.

(3)通過(guò)對(duì)兩種輸水管材經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、技術(shù)指標(biāo)的比選，在充分考慮供水可靠性、經(jīng)濟(jì)合理性以及施工便利性的基礎(chǔ)上，選用兩種管材相結(jié)合的方式進(jìn)行管道鋪設(shè)，并從基礎(chǔ)、接口、閥門(mén)安裝等方面簡(jiǎn)要介紹了管道施工方案.

參考文獻(xiàn)

[1]GB18918-2002[S].城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)

[2]姜乃昌.泵與泵站.第5版[M]，北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007

Research on the Scheme of Supply-reclaimed Water for Landscape River——Taking Liuchuan River of Xuanhua District as an example

GUO Jian1，ZHANG Guan-jun2，MA Cai-feng3

(1.Hebei Institute of Architecture and Civil Engineering,Zhangjiakou,China 075000；2.Xuanhua Municipal Engineering Company，Zhangjiakou，China 075000；3.Zhangjiakou Branch，China Post Group Co.,Ltd.Zhangjiakou，China 075000)

Abstract：The comprehensive treatment project of Liuchuan River is divided into three stages.Since the terrain elevation of Liuchuan River is relatively large in the three stages,the mode of series partition is chosen to transport reclaimed water.Water intake is reserved on the water delivery pipe to supply reclaimed water for urban green irrigation,road cleaning and car-washing water,etc.By make full use of present terrain,pump station is designed to effectively reduce the running cost of pumping station.According to the comparison between the two kinds of tubes in terms of economic and technical indicators,two pipes are chosen to lay pipeline for combination.The pipeline construction scheme is briefly introduced in this paper form the aspects of foundation,interface,and valve installation,etc.

Key words：landscape river;reclaimed water reuse;series partition;pump station designing;pipeline construction

收稿日期：2015-11-12

作者簡(jiǎn)介：郭建(1989-)，男，助教，從事給排水工程研究.

中圖分類號(hào):X 5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A