福州飛鳳山取水泵站設計小結

林守青

(福州城建設計研究院有限公司　福建福州　350001)

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福州飛鳳山取水泵站設計小結

林守青

(福州城建設計研究院有限公司福建福州350001)

本文通過對福州市周邊適宜水源的分析、取水構筑物形式及水泵類型的比較，最終確定在閩江上游設置潛水離心泵房作為飛鳳山水廠的取水泵站，具有用地面積少，施工方便，工程投資低等特點，為類似工程提供設計參考。

取水泵站；水源選擇；水泵的類型及特點；水源應急處理

隨著海峽西岸經濟區建設步伐的加快，福州市現有的水廠供水規模已逐漸無法滿足日益增長的需水量要求。為保障城市供水安全，啟動飛鳳山水廠建設項目，近期規模15萬m3/d，遠期規模30萬m3/d。取水泵房是整個建設項目的關鍵部分，要從取水的安全可靠性、水泵運行的經濟性以及日常運行管理便利性等多方面綜合考慮[1]。飛鳳山取水泵站規模大，常水位與洪水位高差大，可用地面積小，本工程通過合理選擇水泵類型、泵房形式使整個工程造價最低。

1　水源及取水點選擇

1.1水源選擇方案

福州周邊適宜水源有閩江(南港)、敖江(塘坂水庫)、大樟溪等。

閩江水源(南港)水量充沛，97%的日枯水流量為1026萬m3/d，一直都是福州主要的供水水源。南港全長27.85km，上游水質優良，水質可達到《地表水環境質量標準(GB3838-2002)》Ⅱ類水體標準，下游因流經片區污染較嚴重，水質日趨惡化，在天文大潮、特大風暴潮，同時上游來水量較小時，會出現短時間的咸潮入侵,氯離子濃度異常，影響取水和水質。

敖江水源(塘坂水庫)水質優良，但敖江水源屬于遠距離輸水的水源，且在水源規劃中敖江水源可分配至福州二水源的水量僅為80萬m3/d，僅能滿足福州東區水廠50萬m3/d規模(現狀30萬m3/d，遠期規劃擴建20萬m3/d)及東南區水廠15萬m3/d規模。

大漳溪水源水質優良，水量充沛，但在《福建省閩江北水南調(平潭引水)工程規劃報告》中，已將大樟溪水量全部分配給城門水廠。

綜上所述選擇閩江(南港)上游作為飛鳳山水廠水源是合理的。

1.2取水點位置選擇

根據現場情況，結合取水點選擇原則[2]，取水口設置于淮安頭古窯址公園附近，選擇理由如下。

河床條件：有巖石裸露，遠離沙洲，為現狀水流沖刷凹岸深水區，避開了回流區，避免了泥沙淤積、河床抬高的情況發生；

河岸狀況：河岸堅實，水深條件好，有利于取水的穩定性；

水位狀態：設計百年一遇洪水位13.056m(羅零)，最低枯水位0.679 m(羅零)，常水位3.51m(羅零)，水位變化幅度約12.4m；

含沙情況：1994年～2010年期間，平均含沙量0.027kg/m3，最大含沙量1.46kg/m3，屬于少沙河流；

橋梁影響：取水口位于洪塘大橋上游約2 100m處，避開由橋孔縮減水流斷面造成的橋梁上游水流滯緩區；

航道影響：距離主航道約170m，無影響；

防洪堤影響：取水管不需要穿越防洪堤，無影響。

2　取水構筑物設計

結合坡岸及河床的水文、地形及地質條件，在確保取水工程安全可靠的前提下，本工程采用分建式河床式自流管取水。取水頭部距離岸邊約45m，經2根DN1800自流進水管進入集水井，取水頭部及進水自流管按遠期供水30萬m3/d規模一次建成，當事故停用一根時，另一根按70%過流量設計。

2.1取水頭部設計

采用蘑菇型取水頭部，進水方向系自帽蓋底下曲折流入，一般泥砂和漂浮物帶入較少。蘑菇頭取水頭部為厚度12 mm的鋼制防護罩，由預制的方形棱臺用螺栓在現場固定，蘑菇頭上設置進水格柵用以攔截粗大漂浮物，進水格柵高程為-1.79m，低于最低枯水位0.679 m，可保證足夠的取水深度?？紤]河流最枯水位時，航運等對取水頭部的影響，在取水頭部周邊采用DN300無縫鋼管灌注樁支撐，周邊采用格網防護，防止船只碰撞和攔截粗大漂浮物。

2.2進水自流管設計

進水自流管為兩根DN1800鋼管，鋼管壁厚為16mm，單根管道長度310m，由蘑菇型取水頭部坡向岸邊取水泵房，坡度為1.267‰；設計流速為0.786m/s，事故工況時，設計管內流速為1.104m/s。進水自流管分兩部分施工。

(1)岸邊至取水泵房段自流管采用頂管施工方式，頂管長度約265m。格柵井兼做頂管工作井，向取水頭部方向頂管，取水管頂管到位時，拆除所有設備，在頂管機頭處，間隔1m連續焊兩塊悶板，在落潮期在水下切割兩塊悶板間的鋼管，并用吊車將頂管機頭吊出。

(2)蘑菇型取水頭部至岸邊段自流管采用水下鋪管法，管道長度約45m，架空鋪設在河床底部。施工時先在設計管位處均布4組鋼管樁，間距不大于11m，鋼管樁上用螺栓連接管道支座，在浮船上焊接4段DN1800帶法蘭鋼管，分段在水下用螺栓連接，同時將管道焊接固定在管道支座上。架空管道一端與蘑菇型取水頭部采用螺栓連接，另一端與河岸邊頂出管采用哈夫接頭連接。

圖1　自流管架空管段平剖面

3　泵站設計

由于古窯址公園內修建有金輝溫泉酒店，用地緊張，僅在古窯址遺跡亭前街7號與三環路之間有一塊空地可修建取水泵房，泵房距離岸邊約265m。且受規劃景觀要求，泵房體量受限，盡量采用地埋式。

3.1水泵選擇

(1)飛鳳山取水泵站的選泵邊界條件

①水泵臺數：取水泵房的流量比較穩定，水泵臺數宜少[3]。近期水泵采用2用1備，遠期增加同型號水泵3臺，水泵遠期規模達到4用2備。

②流量：按遠期供水規模進行設計(30萬m3/d)，水泵按近期規模15萬m3/d進行安裝。事故時能滿足70%的最大設計流量。

正常工況時流量：

300000×1.05×1.1/86400=4.01m3/s=7220m3/h

發生事故時流量：

4.01m3/s×0.7=2.807m3/s=5054m3/h

自2013年首篇研究論文問世至今，國內在圖書館與MOOC相關問題方面的研究已歷時5年。通過對189篇論文的梳理，筆者認為當前國內圖書館與MOOC相關問題的研究特點主要體現在4種“過渡”上。

③揚程：水廠絮凝池進水水壓標高13.4m，取水泵站內局部水損按2m計，安全水頭按2m計。正常工況時，原水管道沿程水損5.83m，局部水損1.16m；發生事故時，原水管道沿程水損11.42m，局部水損2.29m。

表1　不同工況的水泵揚程

(2)水泵選型

取水泵站的水泵較多采用的泵型有：離心泵、混流泵、軸流泵等。

離心泵的型式多樣，適用的流量、揚程范圍較廣，是給水工程中廣泛采用的一種水泵。除部分大型立式離心泵外，一般具有一定的允許吸上真空高度。

軸流泵的轉速低，提升力小，揚程較低，但通過較大的葉輪，可以提升的水量大。因此，軸流泵適用于低揚程、大流量的場所，其提升揚程一般不超過10m。

混流泵的適用范圍介于離心泵與軸流泵之間，流量大于同尺寸的離心泵，小于軸流泵；揚程高于同尺寸的軸流泵，低于離心泵。

根據飛鳳山取水水泵流量揚程的要求，本次工程選用離心泵，并針對臥式離心泵與潛水離心泵兩種水泵進行技術經濟比選。選用代表性廠家的水泵進行比較后發現，臥式離心泵方案的工程投資和運行費用均比潛水泵方案高得多，且施工難度和風險更大。

表2　水泵的經濟比較

綜合考慮造價、占地面積及對三環路景觀的影響等因素，最終采用潛水離心泵沉井施工方案。

3.2格柵井

本工程將格柵井與泵房分成2個單體分別沉井，以降低沉井施工難度，格柵井沉井后兼做頂管工作井，向取水頭部與泵房兩端頂管。格柵井尺寸14.8×13.6m，總高度為20.50m，井底標高為-7.00m。設機械格柵四道，渠道寬2.4m，有效柵寬2.3m，柵條寬10mm，柵條間隙15mm，配用電動機功率4.0kW。柵渣由螺旋輸送機送至壓榨機脫水后打包外運。每道格柵前后設有手電兩用閘門(共8臺)備作檢修和切換用。

3.3泵房

取水泵站采用半地下式，鋼筋砼結構，泵井尺寸為29.7×15.0m，總高度為18.85m，井底標高-5.35m。本次工程安裝3臺潛水離心泵(Q=3610～2530m3/h，H=21～24m，P=340kW)；為了便于檢修，凈水輸水泵站設有檢修閘門。

圖2　泵房平面

圖3　泵房剖面

3.4水源應急處理

根據水中的污染物及其應急處理的技術特性，可把水源污染應急處理技術分為以下四類[4]：

(1)應對可吸附污染物的應急吸附技術。主要采用活性炭等吸附劑，吸附去除可吸附污染物，包括了水源污染事故可能遇到的大部分有機污染物。有條件的水廠應優先采用粉末活性炭，較好的粉末活性炭投加方案是在取水口處提前投加，利用從取水口到凈水廠的管道輸送時間，完成吸附過程。

(2)應對可氧化污染物的應急氧化技術。主要采用氧化劑如氯、高錳酸鹽、臭氧等，應對某些還原性的無機污染物，包括硫化物、氰離子等和部分有機污染物。

(3)應對金屬和非金屬離子污染物的化學沉淀技術。主要通過調整水廠混凝處理的pH值，在弱堿性條件下進行混凝沉淀，可以有效去除鎘、鉛、砷等無機污染物。

(4)應對微生物污染的強化消毒技術。主要通過增加前置預消毒和加強主消毒的處理，通過增加消毒劑的投加劑量和保持較長的消毒接觸時間，以在傳染病暴發期確保城市供水的水質安全。

以上四類水源污染應急處理技術中，適宜應用在取水頭部的有吸附及氧化技術。本次取水泵站中設置了水源應急處理車間，各設一套粉末活性炭投加系統及高錳酸鉀投加系統。水源應急處理車間為地上式框架結構，室內地面標高11.30m，平面尺寸為37.8×9.2m，層高9.7m。粉末活性炭投加量為8～30mg/L，最大炭漿濃度7%；高錳酸鉀最大投加量為2mg/L，最大投加濃度4%。

3.5水錘防護

本工程由于水泵揚程較低，故采取下列措施防護：水泵開啟前，先排除進水管道空氣使管道充滿水，再開啟水泵；在水泵出口處設置緩閉止回閥以防止水錘危害，并在原水管設置排氣補氣閥作為事故停泵水錘防護的后備措施。

4　工程特點

合理確定設計規模，土建一次建成，避免重復建設，設備預留發展余量，具有較好的前瞻性。

結合閩江河床地形和河岸地質，采用部分水下鋪管和部分頂管施工方式，減少土方開挖量與護岸工程量，節省工程投資，確保堤岸與河床穩定。

取水閥門井、格柵井、頂管井三井合一，降低施工難度，節省工程投資，縮短施工工期。

選擇潛水離心泵，將泵站體量合理最小化，減小泵站占地面積，符合周邊景觀規劃要求。

5　結語

福州飛鳳山水廠取水泵站工程選取閩江(南港)上游作為飛鳳山水廠水源，采用分建式河床式自流管取水，選擇潛水離心泵，采用了分段沉井的施工方式。本工程目前已完成施工，其在水源選取、設備選用、泵房形式等方面有一定特點，可作為福建省內閩江水源取水泵站建設參考。

[1]田偉峰.某大型原水取水泵房設計總結[J].江西建材,2015,(20) ,12-13.

[2]上海市政工程設計研究院.城鎮給水：給水排水設計手冊(第二版)[M].北京:中國建筑工業出版社,2004.

[3]謝德玲.福州市城門水廠潛水泵房取水設計探討[J].福建建筑,2000,(4) ,33.

[4]張悅.城市供水系統應急凈水技術指導手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,2009.

Design summary for Fuzhou Feifeng mountain water pumping station

LIN Shouqing

(Fuzhou City Construction Design and Research Institute Co. Ltd.,Fuzhou 350001)

Based on the analysis of appropriate water source around Fuzhou city，and the study of pumps types &characteristics，it is finally decided to select the upper reach of Minjiang River to set the drive centrifugal pump room as the intake station of Feifengshan Water Works. There are a series of advantages from this selection，which are listed but not limited to the below ones:it occupies less land space comparing to other options，the construction can be implemented with much convenience especially with less investment etc. The design and views in this article can be referred to for other similar engineer projects.

Water intake pumping stations;Water source selection;Pumps type and characteristics;Emergency treatment of water source

林守青(1982.06-),女，中級工程師。

E-mail:15055097@qq.com

2016-04-19

TU992.25

A

1004-6135(2016)05-0086-04