城市大型給水工程系統(tǒng)遷建設(shè)計

萬扣強(qiáng)

(上海市政工程設(shè)計研究總院<集團(tuán)>有限公司，上海 200092)

1 項目背景

2018年3月，環(huán)境保護(hù)部聯(lián)合水利部印發(fā)了《全國集中式飲用水水源地環(huán)境保護(hù)專項行動方案》(環(huán)環(huán)監(jiān)[2018]25號)，對長江水源地環(huán)境整治回頭看，按照此次專項整治標(biāo)準(zhǔn)及《安徽省飲用水水源環(huán)境保護(hù)條例》，銅陵市三水廠橫港取水口水源地保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)存在石化、水泥、外貿(mào)等商業(yè)碼頭，不符合飲用水水源保護(hù)區(qū)設(shè)置的要求。

這些碼頭短期內(nèi)一次性全部關(guān)閉難度巨大，且多為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)碼頭，關(guān)閉后對銅陵市經(jīng)濟(jì)發(fā)展影響較大。經(jīng)各方協(xié)商，銅陵市政府決定將橫港取水口擇址遷建，同時對三水廠及配套供水設(shè)施進(jìn)行整合。經(jīng)過前期多方案比較，最終確定將橫港取水口及三水廠整體遷建至下游新民取水口附近，新建取水口和水廠規(guī)模為30萬m3/d。整改方案在快速響應(yīng)國家環(huán)保督察要求的前提下，又從系統(tǒng)角度優(yōu)化了銅陵市全市供水布局，可供類似城市借鑒。

2 銅陵市供水現(xiàn)狀

2.1 水廠和水源現(xiàn)狀

銅陵市現(xiàn)有供水廠3座(一、二、三水廠)，總設(shè)計規(guī)模為29.5萬m3/d，另有在建五水廠1座，設(shè)計土建規(guī)模為24萬m3/d，一期規(guī)模為8萬m3/d。4座水廠原水均取自長江，共設(shè)3處取水口，分別為新民取水口(一、二水廠)、橫港取水口(三水廠)和西聯(lián)取水口(五水廠)，各水廠和取水口情況如表1所示。

表1 銅陵市水廠和水源情況Tab.1 Introduction of Tongling WTPs and Raw Water Sources

2.2 全市用水量分布情況

圖1 各區(qū)域用水量Fig.1 Water Consumption in Each Region

銅陵市平均日用水量為27.5萬m3/d，主要用水區(qū)域為長江路以北片區(qū)，約為20萬m3/d，超過總供水量的70%；長江路以南片區(qū)用水量較小，約為7.5萬m3/d，各區(qū)域用水量如圖1所示。一、二水廠位于主城區(qū)長江路南側(cè)附近，兩座水廠就近服務(wù)于長江路兩側(cè)用水區(qū)域，不足缺口由三水廠補(bǔ)給，三水廠離主城區(qū)較遠(yuǎn)，輸水距離約為8 km。五水廠位于東部城區(qū)，規(guī)劃供水范圍為東部城區(qū)及其以東的農(nóng)村區(qū)域。

2.3 存在問題

目前，銅陵市供水主要存在以下問題。

(1)取水口水源保護(hù)區(qū)存在問題

如圖2所示，橫港取水口一、二級保護(hù)區(qū)內(nèi)存在中石化安徽銅陵分公司碼頭、銅陵海螺公司碼頭(取水口上游約2 000 m處)、港華燃?xì)夤敬a頭(已停用)、73849部隊碼頭(機(jī)密)、長江外貿(mào)碼頭(三水廠取水口上游約720 m處)等5座碼頭，水源保護(hù)區(qū)設(shè)置不符合要求，三水廠原水水質(zhì)存在較大安全隱患，亟需整改。

(2)水廠存在問題

一、二水廠始建于20世紀(jì)六七十年代，建設(shè)年限長，存在以下問題：單條生產(chǎn)線規(guī)模小，制水工藝采用的是斜管沉淀、無閥濾池等傳統(tǒng)工藝，自用水比例高，制水成本高，對原水水質(zhì)波動適應(yīng)性較差；水廠自動化水平較低，尤其是在線監(jiān)測設(shè)施不足，不能適應(yīng)現(xiàn)代化水廠管理要求；水廠用地緊張，盡管近兩年進(jìn)行了排泥水處理改造，但不具備深度處理改造條件。

此外，近幾年用水高峰時段，一、二、三水廠處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，供水壓力較大。

圖2 橫港取水口現(xiàn)狀圖Fig.2 Current Status of Henggang Water Intake

3 系統(tǒng)遷建方案

3.1 取水口遷建方案

根據(jù)水源保護(hù)區(qū)設(shè)置要求[1]，長江取水口上游保護(hù)區(qū)長度為3 km，下游保護(hù)區(qū)長度為0.3 km，上下游共占據(jù)長江岸線長度為3.3 km，保護(hù)區(qū)上下游范圍示意圖如圖3所示。

圖3 水源保護(hù)區(qū)范圍示意圖Fig.3 Schematic Diagram of the Range of Water Source Protection Area

橫港取水口上游3 km范圍內(nèi)現(xiàn)狀分布著各類碼頭，上游已無符合要求的取水口位置，因此，取水口只能往下游遷建。根據(jù)銅陵港岸線利用規(guī)劃圖(圖4)[2]，橫港取水口下游數(shù)公里為港口岸線，無法設(shè)置取水口。

圖4 銅陵港岸線利用規(guī)劃Fig.4 Shoreline Utilization Planning of Tongling Harbor

考慮新建取水口水源保護(hù)區(qū)設(shè)置要求，為節(jié)約長江岸線資源，方便水源保護(hù)區(qū)管理，新建取水口水源保護(hù)區(qū)應(yīng)盡量與新民取水口水源保護(hù)區(qū)重合。因此，新取水口位置擬設(shè)于新民取水口附近。

新民取水口下游100 m處有工業(yè)取水口一座，再下游200 m處有海事碼頭一座，如果新建取水口設(shè)于新民取水口下游，則必須遷移海事碼頭，難度較大，因此新建取水口選址宜位于新民取水口上游附近。結(jié)合水源保護(hù)區(qū)設(shè)置要求及現(xiàn)場踏勘情況，最終將新取水口設(shè)于新民取水口上游約300 m處。兩者水源保護(hù)區(qū)合建，實現(xiàn)水源保護(hù)區(qū)集中保護(hù)和統(tǒng)一管理。

3.2 水廠遷建方案

3.2.1 三水廠遷建必要性

橫港取水口遷建至新民取水口后，若要保證原供水系統(tǒng)不變，需從新建取水口處敷設(shè)兩根DN1400原水管道至三水廠，單根原水管道長度約8 km，該方案面臨以下問題。

(1)銅陵市主要用水區(qū)域為長江路以北片區(qū)，長江路以南片區(qū)用水量較小，只有7.5萬m3/d。從原水輸送和用戶分布角度來看，若三水廠保留在原地，新取水方案將原水從北側(cè)輸送至南側(cè)的三水廠，輸送距離達(dá)8 km，原水經(jīng)三水廠處理后，再由南往北輸送8 km至用水量較大的主城區(qū)，整個取水、供水過程迂回曲折，能耗浪費(fèi)嚴(yán)重，增加水司運(yùn)行成本，方案合理性較差。

(2)從新建取水口至三水廠均為現(xiàn)狀道路，道路下方管線密集，新建2根大口徑原水管道沒有路由和管位，實施難度巨大。

(3)新增2根DN1400原水管道需額外增加投資約1.4億元。

以上分析可見，在新取水口位置敷設(shè)原水管道至現(xiàn)狀三水廠的方案合理性、可實施性及經(jīng)濟(jì)性均較差。因此，擬將三水廠同步遷建到新建取水口附近，達(dá)到水廠就近取水、就近供水的目的。

3.2.2 三水廠遷建選址

從距離新取水口位置近、靠近供水區(qū)域等角度考慮，結(jié)合現(xiàn)場踏勘，新三水廠選址位于新建取水口所在處長江大堤(濱江大道)東側(cè)、長江路以南、白云路以北空地內(nèi)，如圖5所示。

圖5 新三水廠選址位置圖Fig.5 Location Map of the New No.3 WTP

3.3 工程規(guī)模確定

新三水廠遷建后，與一、二水廠距離較近，形成多座小水廠分散供水的格局，這種供水系統(tǒng)整體能耗較高，且管理難度大。一、二水廠處于銅陵市中心位置，地理位置優(yōu)越，但建設(shè)年代久遠(yuǎn)，工藝相對落后，廠區(qū)用地緊張，不具備提標(biāo)改造的條件。

針對上述問題，提出逐步關(guān)停一、二水廠的方案，通過土地置換，提高本次新三水廠建設(shè)規(guī)模，即新三水廠設(shè)計規(guī)模除考慮原有17.5萬m3/d規(guī)模外，還需計入一、二水廠12萬m3/d規(guī)模。因此，新三水廠設(shè)計規(guī)模取30萬m3/d。相應(yīng)地，新建取水口設(shè)計規(guī)模為30萬m3/d。

4 工程設(shè)計

4.1 水廠總體情況

新取水口處水源水質(zhì)較好，達(dá)II類～Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合銅陵市現(xiàn)狀水廠及上、下游城市水廠運(yùn)行經(jīng)驗，設(shè)計采用常規(guī)處理工藝及排泥水處理工藝，同時預(yù)留深度處理用地。新取水口和新三水廠距離較近，為便于集中管理，縮短相關(guān)涉水手續(xù)審批時間，將取水泵房建于大堤陸地側(cè)，與新三水廠合建。取水泵房位于廠區(qū)的西北角，采用沉井施工。新三水廠總征地面積約176畝。

4.2 取水頭部及原水自流管

取水頭部設(shè)計規(guī)模30萬m3/d，采用2只DN2000×DN1600不銹鋼三通，三通兩側(cè)設(shè)格柵，格柵寬度為10 mm，凈距為90 mm。取水頭部通過樁架固定。

原水自流管共設(shè)2根，單根口徑DN1600，管材為鋼管，敷設(shè)線路與大堤垂直，采用頂管與排管相結(jié)合的形式施工。以水廠內(nèi)取水泵房的進(jìn)水前池作為頂管工作井，將原水自流管頂向河床，單根頂管長度為246 m，中心標(biāo)高為-1 m，出河床后采用樁架排管方式，單根長度為60 m。取水頭部所在處河床底標(biāo)高為-8.5 m，取水頭部中心標(biāo)高為-5.3 m，比長江最枯水位低6.55 m，能夠滿足長江邊各類小型船只通行安全要求。

4.3 出廠管接管設(shè)計

三水廠遷建后，原有的供水格局發(fā)生較大變化，需建設(shè)配套清水管網(wǎng)來維持全市供水水量、水壓要求。在全市市政管網(wǎng)12個關(guān)鍵測壓點(diǎn)的基礎(chǔ)上，采用WATER-CAD給排水大型管網(wǎng)平差軟件，選擇中心城區(qū)DN300及以上的給水管道進(jìn)行平差分析，最終確定：(1)新三水廠二級泵房水泵額定揚(yáng)程取47 m；(2)新三水廠設(shè)2根DN1400出廠管，分別在兩處與DN1000市政給水干管連接。其中，一路出廠管沿白云路、長江西路敷設(shè)，在銅官大道與長江西路處與銅官大道DN1000給水管相接，長度為2.85 km；另一路出廠管沿白云路、丹鳳路敷設(shè)，在銅官大道與丹鳳路處與銅官大道DN1000給水管相接，長度為1.44 km，新建清水管線總長度約4.29 km。

4.4 原三水廠改造為加壓泵站

三水廠遷建后，原三水廠附近供水區(qū)域水壓降低，將原三水廠改造成一座加壓泵站，近期規(guī)模2萬m3/d，遠(yuǎn)期規(guī)模5萬m3/d。具體改造方式為：將二級泵房改造成加壓泵房，將二期沉淀池下疊清水池改造成水庫調(diào)蓄池，近期配兩臺增壓泵，單泵流量為1 000 m3/h，揚(yáng)程為52 m，通過進(jìn)、出水管路改造，向周邊區(qū)域及南部城區(qū)供水。

整個給水工程遷建后，在一、二水廠未關(guān)停之前，銅陵市新的供水系統(tǒng)圖如圖6所示。待新三水廠建成通水后，即可有計劃地逐步關(guān)停一、二水廠，屆時，銅陵市全市供水主要由新三水廠和五水廠兩座大型水廠承擔(dān)。

圖6 遷建后供水系統(tǒng)圖Fig.6 Diagram of Water Supply System after Relocation and Reconstruction

5 結(jié)語

(1)銅陵作為長江沿岸重要港口城市，沿江碼頭較多，現(xiàn)狀橫港取水口設(shè)置水源保護(hù)區(qū)難度較大。將橫港取水口遷建至新民取水口附近，重新整合、劃分新的水源保護(hù)區(qū)，兩個取水口水源保護(hù)區(qū)集中保護(hù)和統(tǒng)一管理，有利于提高銅陵市飲用水水源地安全保障。另外，橫港取水口的遷建，釋放了3.3 km長江岸線資源，對銅陵市沿江岸線開發(fā)利用起到積極的作用。

(2)以橫港取水口遷建為契機(jī)，針對銅陵市現(xiàn)狀供水存在的問題，將現(xiàn)狀三水廠同步遷建至下游新民取水口附近，新建規(guī)模較大的新三水廠，有計劃地關(guān)停一、二水廠，避免了原有各老舊水廠分散取水、分散供水的弊病，減少了取水泵房與凈水廠的管理、生產(chǎn)和值班人員，提高了供水效率，降低了生產(chǎn)成本。

(3)本工程建成后，銅陵市供水將形成近期新三水廠供水為主、五水廠供水為輔，遠(yuǎn)期新三水廠與五水廠兩座大型水廠聯(lián)合對滯供水的格局。與現(xiàn)狀相比，供水格局將發(fā)生顛覆性變化，建議盡快開展給水規(guī)劃修編工作。修編工作側(cè)重點(diǎn)在兩個方面：一方面根據(jù)當(dāng)?shù)厮吭鲩L情況修正全市需水量預(yù)測，另一方面調(diào)整全市水廠及供水管網(wǎng)規(guī)劃。

(4)在完成取水口水源保護(hù)區(qū)整改任務(wù)的同時，系統(tǒng)遷建方案大大優(yōu)化了銅陵市全市供水系統(tǒng)，提高了供水水質(zhì)穩(wěn)定性，方案具有較高的前瞻性，有利于銅陵市供水事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。目前該項目土建部分已完工，正在進(jìn)行安裝調(diào)試，計劃2019年底正式通水。