吳華明，鄭松
(南京市市政設計研究院，江蘇南京210008)

　　摘　要：介紹了太倉市第二水廠給水工程的設計特點，特別是對長江河口段取水方式作了改進，即把傳統的二級取水改為一級取水，從而只需建一座取水泵房。經比較，改進后的一級取水節約工程投資約500萬元，節省年運行費用約250萬元。
　　關鍵詞：給水廠；取水工程；設計參數
　　中圖分類號：TU991.35
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2001)03-0038-03

　　該項目設計總規模為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秀工程設計一等獎。運行一年多來，出廠水質達標，濁度≤0.3 NTU。

1　方案比較

　　太倉市擁有長江岸線40 km。取水口的選址涉及到水源水質、河床穩定、岸線合理布局、環境影響、工程投資、經濟效益等各個方面。通過對長江太倉段河勢演變的分析，結合長江岸線的布局規劃，提出了將三井和浪港兩個取水口位置進行比較的方案。浪港取水口在長江太倉段上游距市區30 km處，三井位于下游，距市區近20 km。這兩個取水口均位于長江河口段，在枯水季節因存在咸水入侵問題而均需建設較大庫容的避咸蓄淡水庫。經比較，浪港位于市域東北部，市區位于西南部，對區域供水布局適應性好，并且是太倉市規劃的水源地，咸水入侵的強度較小，可利用江邊灘地建庫，故推薦在浪港設取水口的方案。
　　經預測，2010年太倉市的總需水量為30×10⁴m³/d，其中約15×10⁴m³/d供給市區，其余水量供給鄉鎮。工程分三期建設，每期為10×10⁴m³/d，凈水廠設于取水口附近，距太倉市區約35 km。對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，增壓站設置比較，管材比較等。比較結果推薦雙管方案，管材采用夾砂玻璃鋼管，中途不設增壓站，在太倉市區設配水廠增壓向市區供水。整個工程建成后，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東西兩條35 km輸水管線連接，形成覆蓋整個市域的區域供水格局。一期工程實施東線管線輸送清水至鄉鎮水廠和配水廠，通過鄉鎮水廠增壓后向鄉鎮供水，通過配水廠向市區供水。二期工程實施西線管線，三期工程不再新增輸送干管，通過更換凈水廠送水泵房的水泵達到增大輸水量的目的。整個工程的調節容量按15%設計，為減少輸水干管的管徑和節省投資，凈水廠的調節容量按5%計，配水廠的調節容量按10%計。

2　取水工程

2.1咸水入侵分析
　　長江太倉段屬于沿海河口感潮江段，當漲潮時海水向河口倒灌，沿江上溯，使水中氯化物含量增高。但長江河口段江水咸淡交替具有一定的規律性，退潮時上游淡水徑流下泄，江水變淡。掌握河口段咸水入侵的規律，采取必要的工程措施，以獲取符合標準的淡水，是沿海河口淡水資源開發和利用的重要課題。
　　根據多年的監測資料分析，浪港附近江水氯化物濃度超過250 mg/L的最大連續天數為7 d(90%保證率)，相鄰咸水入侵峰之間的時間間隔≥6 d。為向凈水廠輸送合格的淡水，要求建設蓄淡避咸水庫，其容積要大于7 d的需水量，為安全起見，按7.5 d設計，即水庫的有效庫容為225×10⁴m³，總庫容為307×10⁴m³(含死庫容、蒸發庫容、滲漏庫容、有效庫容、預備庫容)。兩個咸水峰之間的時間間隔為可取水時間，在此段時間內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。兩個咸水峰的時間間隔為6 d，其中頭尾兩天有若干小時為咸水，設計按5 d考慮，因此取水自流管和取水泵房的規模為75×10⁴m³/d。
2.2取水方式的改進
　　上海市現有幾座長江河口段取水工程，取水方式均為二級取水，即將長江水通過設于長江中的取水泵房送至避咸蓄淡水庫，再通過水庫取水泵房將原水送至凈水廠。本工程如采用二級取水，需建設兩座取水泵房，即設于長江中的取水泵房(規模為75×10⁴m³/d)和設于大堤內側的取水泵房(取水庫水，規模為30×10⁴m³/d)，故總的取水規模為105×10⁴m³/d。因此，二級取水總的取水規模較大，基建投資高，特別是設于長江中的取水泵房施工難度大，日常運行管理麻煩。此外，長江水一年中絕大部分時間為淡水，發生咸水的時間不超過一個月。長江水為淡水時可不經過水庫，而二級取水每天均要經水庫預沉，由于泥砂含量大，因而水庫的淤積量大、清淤費用高。再者，二級取水較一級取水的能耗大。
　　通過對鹽水入侵規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，即改二級取水為一級取水。在長江邊灘設蓄水庫，取水泵房設于水庫內，靠近長江大堤，通過棧橋和大堤連接。泵房可采用干施工，施工難度小、造價低。在豐水季節沒有咸水入侵問題，直接取長江水送至凈水廠，蓄水庫閑置；在枯水季節，長江水有時為咸水，有時為淡水。長江水為淡水時，取長江水至凈水廠和蓄水庫；長江水為咸水時，停止取用長江水，取水庫水至凈水廠。取水泵房的總規模為75×10⁴m³/d(其中30×10⁴m³/d為取長江水或水庫水至凈水廠，45×10⁴m³/d為取長江水至蓄水庫)，較二級取水減少了30×10⁴m³/d。其工程投資較二級取水節省了500萬元，年運行費用節省了250萬元。
2.3取水工程設計
　　①取水頭部及自流管
　　采用垂直向上式喇叭管取水頭部。取水頭部位于長江-6 m的等深線處，設計最高水位為3.44 m，最低水位為-0.7 m。喇叭口上設柵條(頂面標高為-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，單管長度為1 073 m，為超長距離取水自流管。自流管采用頂管、水下埋管、水下排架敷設等多種施工方法，其中一次頂管距離達630 m，頂管和沉管間采用半合套筒連接。自流管中心標高為-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)時的管內流速為2.16 m/s，正常流量(30×10⁴m³/d)時的管內流速為0.86 m/s，最小流量(10×10⁴m³/d)時用一根自流管，管內流速為0.58 m/s。管道內外防腐采用STIC重防腐涂料，內壁涂層厚度≥240 μm，外壁涂層厚度≥300 μm。
　　②蓄水庫
　　蓄水庫位于長江漫灘，現狀標高為3.89～1.17 m。水庫總庫容為307×10⁴m³，最高水位為5.8 m，設計水位為4.8 m，死水位為0.0 m，庫底高程為-0.7 m。水庫占用長江岸線850 m，向江中外延750 m。水庫堤壩為用土工模袋充填土作為棱體、吹填法施工的均質土壩。
　　③取水泵房設計
　　取水泵房位于長江大堤外側長江漫灘，距大堤約78 m，通過棧橋和大堤連接。泵房的位置在大堤外側就決定了泵房及附屬設施的工程量將顯著影響工程造價，經過多泵型、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，現狀漫灘高程為3.4 m。
　　長江原水經取水自流管或水庫水通過進水孔進入泵房，通過格柵攔截漂浮物，設移動式機械格柵，共四門，單門寬度為1.6 m，垂直式安裝，柵條間距為80 mm。之后原水進入泵房中央的配水筒，配水筒直徑為4 m，通過配水筒向三個水泵吸水室配水。配水筒上設格網/閘門槽，正常運行時放入格網以攔截水草等細小漂浮物，有利于后續凈水處理；故障時放入閘門，可保證一格吸水室騰空，便于檢修。
　　泵房設二層，上層布置變配電間、值班控制室以及移動式格柵，下層布置潛水泵井筒、出水管、閘門以及總出水渠。潛水泵共分兩組，一組為送至凈水廠的水泵(共5臺)，另一組為將長江水送至水庫的水泵。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。總出水采用渠道式沿沉井內壁布置，為減少斷面和提高抗滲性能，渠道內壁采用4 mm厚的鋼板并兼作內模。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采用變頻調速裝置。取水泵房內設PLC分站，根據長江水位及水質和清水池水位來控制水泵運行。
　　為解決圓形泵房的設備吊裝問題，和中外合資公司合作開發了28 000環形無軌起重機，起重量為10 t，并獲得國家專利(專利號99 2 288819)。該起重機可360°旋轉，全方位解決泵房內起吊問題。此外，泵房屋頂采用圓錐形鋼筋混凝土殼體新結構。

3　凈水廠工程

　　根據長江下游原水的水質特點以及江蘇沿江城市水廠的運行情況，確定采用管式混合、折板絮凝、平流沉淀、V型濾池過濾的工藝流程。
　　凈水廠按30×10⁴m³/d規模總體布置，占地面積為9.4hm²。凈水構筑物按三組布置，每組規模為10×10⁴m³/d，共用設施如加藥間、加氯間、送水泵房等土建一次建成，設備分期安裝，附屬設施一次建成。廠內分區明確，綠化率達40%。
　　主要凈水構筑物的設計參數為：
　　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，絮凝時間為18 min，池深4.65 m。池內采用ABS穿孔管排泥，管徑為200 mm。平流沉淀池的沉淀時間為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，排泥采用虹吸式機械吸泥機。
　　②V型濾池共三座，每座規模為10×10⁴m³/d。每座分8格，對稱雙排布置，中間設管廊，管廊上層設配電控制間。濾料采用均質石英砂濾料，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，單格過濾面積為70 m2。
　　濾池采用氣水反沖，先氣沖，再氣水同時反沖，最后水沖。氣沖強度：15 L/(s·m²)，水沖強度：氣水共沖時2.5 L/(s·m²)，單獨水沖時4 L/(s·m²)，表面掃洗1.4 L/(s·m²)，沖洗時間約9 min。可根據運行時間或水頭損失控制反沖洗周期，也可進行強制沖洗。設計反沖洗周期為24～48 h，實際運行周期為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，為保證出水渠內水位，在出水渠出口處設堰。為保證濾池的恒水位過濾，需根據過濾損失調節濾池出水閥門的開啟度。本工程采用國產的氣動調節裝置，運行效果良好。
　　工程采用SLC500和PLC5可編程控制器及微機構成分散控制集中監視系統。整個系統采用下述多級控制方式：a.就地控制；b.PLC自動控制；c.中控室一步化操作；d.中控室單臺設備操作。考慮到V型濾池為整個凈水廠的核心，監控點數最多，控制程序最復雜。每格濾池設一臺SLC—5/03可編程控制器，負責該格的恒水位控制。整座濾池再設一臺SLC—5/04可編程控制器，負責反沖洗控制及濾池出水參數的檢測和DH485網與DH+網之間的通訊聯絡。這種做法大大降低了廠級網絡通訊量，提高了整個監控系統的實時性和可靠性。

4　輸水工程

　　根據工程系統布置，共設東、西兩條輸水干管，一期工程實施東線干管，二期工程實施西線干管。單條輸水干管長為35 km，經多種管材的技術經濟比較，確定采用DN1 000～DN1 200的夾砂玻璃鋼管。管道沿公路外側敷設，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，以折拱管方式跨越障礙。一期工程管道沿線高處設置排氣閥37處，在管道低處設置泄水閥42處。

5　配水工程

　　配水廠位于太倉城區邊緣，功能為向太倉城區增壓供水。配水廠設計規模為15×10⁴m³/d，土建一次完成，設備分期安裝。配水廠主要工程有清水池、加氯間、送水泵房。經過管網平差，送水泵房的水泵揚程為0.39 MPa。為節省能源，送水泵房內設液粘調速裝置。

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　　收稿日期：2000-10-20