一種新型“水系溝通”方式探索

紀宵建

（上海宏波工程咨詢管理有限公司，上海 201707）

城市因水而生、因水而興、因水而美。水已成為城市發展重要的因素，在促進城市發展、優化城市布局、改善城市環境、增強城市活力、提升城市品位過程中具有重要地位。特別是近年來，隨著社會經濟的不斷發展和人民生活水平的日益提高，河道水體水質和水環境越來越引起人們關注，已成為社會關注的一個焦點。

“流水不腐”，唯有打通斷頭河，形成區域內水體“連、通、暢、活”的局面，才能提高水體自凈的能力，加快污染物消解的速度。對于流動性差的水體采用生態修復措施改善水質，實施后效果良好，但后期運行管理過程中，生態設備需要投入大量養護經費，人力、物力投入較大。為此，筆者結合自身工作經驗，以上海市閔行區馬橋鎮俞塘黃泥浜為例，提出了一種“提升泵+輸水管道”新型溝通方式，在不占用土地的條件下，實現水系溝通，改善水質。另外，工程中一體化預制井筒泵站的運用，不僅施工方便、質量受控，而且自動化程度較高，可實現手機端遠程控制。相比傳統現澆鋼筋砼提升泵站，該方式具有造價低、工期短等優勢。

1 工程概況

俞塘黃泥浜位于上海市閔行區馬橋鎮，河道長798m，現狀河道東側通過新紫港與俞塘、北竹港連通，河道西側斷頭（見圖1）。斷頭位置位于居民小區內，長226m，河口寬8～10m。根據2018年5月水質檢測成果，現狀俞塘黃泥浜為黑臭水體（見表1）。為此，采用了底泥疏浚、增設曝氣機等工程措施，但改善效果有限，水質時有惡化。

圖1 河道斷頭位置示意圖

表1 現狀俞塘黃泥浜河道水質檢測成果

2 方案研究

結合前期整治情況，“活水”是該工程的關鍵。因整治斷頭河道位于居民區內，周邊僅與星星楊家河具備溝通條件，相距約115m。為此，重點圍繞與星星楊家河溝通方案進行研究，提出了如下溝通方案（見表2）。

3 實施方案

結合區域水資源調度方向，設計在南側星星楊家河北岸新建泵站，通過輸水管道匯入俞塘黃泥浜西側斷頭河，以達到水體環狀溝通的目的（見圖2）。

因調水泵站一般規模不大，新建泵站可采用傳統現澆鋼筋砼結構型式，但施工周期長，工序相對復雜。通過大量調研比選，該工程最終采用一體化預制井筒泵站的方案。一體化預制井筒泵站為廠家定制生產，現場安裝即可。該泵站不僅施工方便、質量受控，而且自動化程度較高，可實現手機端遠程控制。相比傳統現澆鋼筋砼提升泵站，不僅造價低，而且施工質量有保障，大大縮短了施工周期。

結合水泵設計流量、設計揚程以及水泵工作特點，經比選，本次設計采用250WQ380-5-15潛水排污泵，水泵額定流量380m3/h，額定揚程為5.0m，電機功率15kW，轉速980r/min，共布置2臺水泵。

泵站井筒直徑為3.0m，筒深4.0m，頂部進入孔高出地面0.2m。泵站包含GRP筒體、潛水污水泵、提籃格柵、自耦裝置、鏈條、管道、閥門、爬梯、通風管以及控制柜等裝置。泵站基座尺寸為4.5m×4.5m，厚0.5m，采用C30鋼筋砼澆筑。筒體采用高強玻璃鋼材質，井筒環向拉升強度＞160MPa，巴氏硬度＞50Hba，井筒直壁厚≥20mm，泵站使用年限不低于20年（見圖3）。

4 泵站規模及管徑確定

4.1 泵站計算流量

新建泵站為引調水泵站，擬根據河道規模測算泵站流量。

表2 溝通方案比選表

圖2 泵站及管線布置示意圖

圖3 一體化預制井筒泵站示意圖

根據地形圖計算，斷頭河道水體容量約3050m3,考慮一天內換水完成，另外，結合建設單位建議以及盡可能減少擾民考慮，運行時間控制在4～6h。經初步測算，水泵計算流量約為508～763m3/h。本文按計算流量508m3/h來初選泵站型號及管徑。

4.2 計算管徑

根據水工設計手冊第一卷407頁公式3.6-3及表3.6-1，低壓管道管徑按式（1）計算。

式中：d為管道內徑，m；Q為設計流量，m3/s；v為管道經濟流速，取1.5～2.5m/s。

經計算，過流量為508m3/h時，管道計算管徑為346.6mm。結合本地區工程經驗，PE管柔性好，能適應地基不均勻沉降，為此，本次初步選定DN400mmPE80管，管壁厚19.1mm，管材壓力0.6MPa，環剛度8kN/m2。

4.3 管道水頭損失計算

管網管道的水頭損失包括管路沿程損失和管路局部水頭損失兩部分。

（1）沿程水頭損失。管路沿程水頭損失按式（2）計算。

式中：h?為沿程水頭損失，m；?為摩阻系數，與摩阻損失有關；L為管長，m；Q為流量，m3/h；m為流量指數，與摩阻損失有關；d為管內徑，mm；b為管徑指數，與摩阻損失有關。各管材f、m、b值的確定如下（見表3）。

表3 f、m、b數值表

由表 3可知：塑料硬管 f=0.948×105，m=1.77，b=4.77。經計算，過流量為508m3/h時，115m長DN400mm輸水管道沿程水頭損失為0.42m。

（2）管道局部水頭損失計算。管路局部水頭損失與管件的材質、種類、尺寸、數量有密切關系，情況比較復雜，可按沿程水頭損失的10%～15%估算，本次計算按15%考慮。根據上述計算泵站流量以及初步選定的管材、管徑等數據，估算總水頭損失見表4。

表4 估算總水頭損失 單位：m

4.4 設計揚程

泵站的總揚程包括凈揚程、揚程損失以及工作水頭三部分，揚程損失又分為泵站系統損失以及管網水頭損失。

設計揚程根據式（3）確定：

式中：H設為水泵設計揚程，m；∑h為系統水頭損失，m；△Z為設計控制點與水泵最低運行水位高程之差，m；Hg為系統工作水頭，m。

系統水頭損失包括水泵系統水頭損失和計算管路水頭損失。根據廠家提供的信息，包括泵站進口以及水泵流道損失在內的水泵系統總水頭損失約1.0m，計算管路水頭損失為0.48m，得出系統總水頭損失為1.48m。

設計凈揚程=出水口最高運行水位-進水池設計最低運行水位。設計調水泵站進水側低水位2.0m，出水側高水位2.8～3.3m，設計水泵凈揚程△Zmax為1.3m。

系統工作水頭主要考慮出水口具備一定的壓力余量，暫按0.5～1m考慮，本次設計取1.0m。

以上三項合計，水泵設計揚程為3.78m。

4.5 復核計算

經復核，水泵設計流量為760m3/h時，計算管路水頭損失為0.98m，水泵計算揚程為4.28m，計算揚程小于水泵的額定揚程5m，滿足設計要求。

5 結論

（1）經過比選，該項目最終選用了“提升泵+輸水管道”溝通方式，泵站采用250WQ380-5-15型一體化預制井筒泵站，管道采用PE80管，環剛度8kN/m2。工程建設過程順利，施工期不足2個月，較傳統泵站工期縮短約一半，泵站及管道實際工程費用約51萬，較傳統泵站費用更經濟。

（2）項目完工后，泵站實現了無人化運行管理，工程效益發揮良好。雖每年需投入泵站運行費用約0.6萬元，但相對其他生態工程措施的運行費大大降低。根據2019年6—8月水質檢測成果，河道水質改善明顯，消除了黑臭（見表5）。

表5 整治后河道水質檢測成果