淺談市政工程中岸邊式給水構筑物設計

陳利 張譯巍

正確選擇地表水取水構筑物的位置是保證安全、經濟、合理地供水的重要環節。因此,在選擇取水構筑物位置時必須根據河流水文、水力、地形、地質、衛生等條件綜合研究,進行多方案技術經濟比較,從中選擇最合理的取水構筑物位置。在選擇取水構筑物位置時,應與城市總體規劃要求相適應。在保證供水安全的情況下,盡可能靠近用水區,以節省輸水投資。在有沙洲的河段,應離開沙洲有足夠的距離;當淺灘、沙洲有向取水構筑物移動趨勢時,這一距離還應加大;在有分汊河段,取水位置應設在穩定的主汊道中;在有支流的河段上取水,取水口應設在主河道上,且離開支流人口處上下游有足夠的距離。從湖泊和水庫取水時,宜選在有足夠水深、并遠離支流匯入口處,以免泥沙淤積。因此,在彎曲河段,宜選在水深岸陡,泥沙量少的凹岸,并在頂沖點下游15～20m處。在順直河段,宜選在主流靠近岸邊、河床穩定、斷面窄流速大的河段。一般凸岸易淤積,較少設置取水構筑物。應設在水質良好地段,城市生活飲用水源,一般應選在城市或工業區上游,取水位置的選擇與給水處理廠、輸配水管網布置等有密切關系,因此取水位置還應通過整個給水系統的方案比較來確定。

1 岸邊式取水構筑物設計

直接從岸邊進水口取水的構筑物,稱為岸邊式取水構筑物。它由進水井和泵房兩部分組成。當河岸較陡、主流近岸、岸邊水深足夠、水質及地質條件較好、水位變幅不太大時,適宜采用這種形式。

(1)基本形式:按照進水井與泵站的合建和分建,岸邊式取水構筑物可分為合建式和分建式兩類。合建式岸邊取水構筑物:合建式岸邊取水構筑物,進水井與泵房合建在一起,設在岸邊。河水經過進水孔進入進水井的進水間,再經過格網進入吸水間,然后由水泵抽送到水廠或用戶。在進水孔上設有格柵,用以攔截水中粗大的漂浮物。設在進水井中的格網,用以攔截水中細小的漂浮物。分建式岸邊取水構筑物:當岸邊地質條件較差,進水井不宜與泵站合建時,或者分建對結構和施工有利時,則宜采用分建式岸邊取水構筑物。分建式土建結構較簡單,施工較容易,但操作管理不太方便,吸水管路較長,增加了水頭損失,運行安全性不如合建式。

(2)構造和計算。進水間:進水間一般由進水室和吸水室兩部分組成。進水間可與泵房分建或合建。分建式進水間的平面形狀有圓形、矩形、橢圓形等。圓形結構性能較好,水流阻力較小,便于沉井施工,但不便于布置設備。矩形的優點則與圓形相反。通常當進水井深度不大,用大開槽施工時可采用矩形。如進水井深度較大時,則宜采用圓形。橢圓形兼有兩者優點,可用于大型取水工程。進水間由縱向隔墻分為進水室和吸水室,兩室之間設有平板格網或旋轉格網。在進水室外壁上開有進水孔,孔側設有格柵。進水孔的高寬比,宜盡量配合格柵和閘門的標準尺寸。進水間上部是操作平臺,設有格柵、格網、閘門等設備的起吊裝置和沖洗系統。當河流水位變幅在6m以上時,一般設置兩層進水孔,以便洪水期取表層含沙量少的水。上層進水孔的上緣應在洪水位以下1.0m,下層進水孔的下緣至少應高出河底0.5m,其上緣至少應在設計最低水位以下0.3m,為了工作可靠和便于清洗檢修,進水間通常用橫向隔墻分成幾個能獨立工作的分格。當分格數少時,設連通管互相連通。分格數應根據安全供水要求、水泵臺數及容量、清洗排泥周期、運行檢修時間、格網類型等因素確定。一般不小于兩格。大型取水工程最好一臺泵設置一個分格,一個格網。當河中漂浮物少時,也可不設格網。半淹沒式進水間投資較省,但在淹沒期內格網無法清洗,內部積泥無法排除,因此只宜用在高水位歷時不長、泥沙及漂浮物不多時。非淹沒式進水間的頂層操作平臺標高,一般與取水泵房頂層進口平臺標高相同。

(3)進水間的附屬設備。岸邊式取水構筑物進水間內的附屬設備有格柵、格網、排泥、啟閉和起吊設備等。

①格柵。格柵設在取水頭部或進水間的進水孔上,用來攔截水中粗大的漂浮物及魚類。格柵由金屬框架和柵條組成。格柵的框架外形與進水孔形狀相同。柵條斷面有矩形、圓形等。柵條厚度或直徑一般采用10mm。柵條凈距視河中漂浮物情況而定,通常采用30～120mm。柵條可以直接固定在進水孔上,或者放在進水孔外側的導槽中,可以拆卸,以便清洗和檢修。②格網。格網設在進水間內,用以攔截水中細小的漂浮物。格網分為平板格網和旋轉格網兩種。平板格網。平板格網放在槽鋼或鋼軌制成的導槽或導軌內,它由槽鋼、角鋼框架、金屬網構成。金屬網用耐腐蝕材料,如銅絲、鍍鋅鋼絲或不銹鋼絲等制成。金屬格網一般設一層;面積較大時設兩層,一層是工作網,起攔截水中漂浮物的作用,另一層是支撐網,用以增加工作網的強度。工作網的孔眼尺寸應根據水中漂浮物情況和水質要求確定。金屬格網要經常沖洗,以免堵塞,以免格網前后水位差過大,使格網破裂。最好能設置測量格網兩側水位差的標尺或水位繼電器,以便根據信號及時沖洗格網。沖洗格網時,應先用起吊設備放下備用網,然后提起工作網至操作平臺,用200～500kPa的高壓水通過穿孔管或噴嘴進行沖洗。

2 岸邊式取水構筑物泵房的設計

(1)水泵選擇。水泵型號及臺數不宜過多,否則將增大泵房面積,增加土建造價。但水泵臺數過少,又不利于調度,一般常采用3～4臺。當供水量變化較大時,可考慮大小水泵搭配,以利調節。選泵時應以近期水量為主,適當考慮遠期發展的可能;預留一定位置,屆時可將小泵改為大泵,或另行增加水泵。

(2)泵房布置。泵房平面形狀有圓形、矩形、橢圓形、半圓形等。矩形便于布置水泵、管路和起吊設備,而圓形則相反。但是圓形受力條件較好,當泵房深度較大,其土建造價比矩形泵房經濟。在布置水泵機組、管路及附屬設備時,既要滿足操作、檢修及發展要求,又要盡量減小泵房面積。特別是泵房較深時,縮小泵房面積,具有較大的經濟意義。減小泵房面積的措施有:臥式水泵機組呈順倒轉雙行排列,進出水管直進直出布置;一臺水泵的進出水管加套管穿越另一臺水泵的基礎;大中型泵房水泵壓水管上的單向閥和轉換閥布置在泵房外的閥門井內,這樣既可減小泵房面積,又可避免由于水錘使管道破裂而淹沒泵房的危險;充分利用空間,將真空泵、配電設備、檢修平臺等設在不同高度的平臺上,以縮小泵房面積。

3 結語

市政工程中岸邊式給水構筑物設計設計人員應結合工程具體情況,了解工藝要求、施工技術,綜合考慮設計選用參數,把精心設計落到實處,應了解、準備,克服單純設計觀念,擴展自己在施工方面的知識,對設計進行優化確保精品工程的實現打下堅實的基礎。

參考文獻

[1] 許學問,陳和春,杜蘭.岸邊式溢洪道引渠導墻形態設計研究[J].人民長江,2010(6):8～10.