某市應(yīng)急水源工程設(shè)計及綜合利用

繆晶廣,溫華東

（中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330038）

某市位于撫河中下游，2020年該市供水規(guī)模為2.5×105m3/d，2030年供水規(guī)模為4.5×105m3/d。為了防止突發(fā)事故導(dǎo)致的水源污染對城市居民生活及工業(yè)生產(chǎn)造成不利影響，當?shù)厥姓袉討?yīng)急水源工程可行性研究及工程設(shè)計，尋找能與現(xiàn)有水源實現(xiàn)切換運行的水源，并建設(shè)應(yīng)急水源工程設(shè)施，提高該市城市供水安全性及應(yīng)對供水風(fēng)險的能力。

1 某市供水系統(tǒng)安全隱患分析

1.1 供水系統(tǒng)布局

根據(jù)該市現(xiàn)狀及規(guī)劃凈水廠布局可知，全市共有4座凈水廠，其中3座主要凈水廠取水水源為撫河，城市供水系統(tǒng)從撫河取水量占總用水量的90%，從崇宜河取水量僅占總用水量的10%。一旦撫河流域出現(xiàn)突發(fā)事故導(dǎo)致大范圍水源污染，城區(qū)供水系統(tǒng)將出現(xiàn)無水源可用的狀況。

1.2 交通意外事故

該市發(fā)展現(xiàn)狀為沿撫河一江兩岸城市，交通流量較大。在撫河穿越城區(qū)河段已建多座橋梁。公路運輸化學(xué)品通過橋梁時如發(fā)生交通意外，將造成撫河水源的重大污染。

1.3 跨區(qū)域污染

撫河為江西省內(nèi)第二大河流，跨越10多個縣市區(qū)，流域內(nèi)工業(yè)園建設(shè)、礦業(yè)發(fā)展均有可能導(dǎo)致?lián)岷铀吹目鐓^(qū)域污染。該市位于撫河中下游，為防止其受中上游跨區(qū)域污染事故的影響，有必要對撫河跨區(qū)域污染突發(fā)事故做好防備措施。

2 應(yīng)急供水規(guī)模的確定

2.1 應(yīng)急指標[1-3]

1）應(yīng)急供水用水指標。在發(fā)生突發(fā)事故時，應(yīng)急供水應(yīng)優(yōu)先滿足居民基本生活用水（飲用、廚用、沖廁和淋浴）。居民家庭生活用水指標取值為每人每天100 L。公共設(shè)施用水在應(yīng)急供水期間須進行大幅壓縮，僅保障與民生關(guān)系密切的公共設(shè)施供水，公共設(shè)施用水量取值為每人每天25 L。綜上，應(yīng)急供水期間綜合生活用水量指標為每人每天125 L。應(yīng)急供水期間，電力、燃氣、食品制造等與民生密切相關(guān)的特殊工業(yè)供水也必須保證，工業(yè)企業(yè)供水按正常時工業(yè)用水量的25%考慮。

2)應(yīng)急供水時間。參照國內(nèi)近幾年發(fā)生的重大污染事件對城市生活生產(chǎn)的影響程度，污染事件影響正常供水時間一般為7～14 d。本項目應(yīng)急狀態(tài)供水時長取15 d。

2.2 應(yīng)急供水規(guī)模

根據(jù)城市發(fā)展規(guī)劃，至2030年，該市規(guī)劃人口為110萬人。以該數(shù)據(jù)為基準，按應(yīng)急用水指標進行測算，在發(fā)生突發(fā)事故時，城市應(yīng)急供水規(guī)模應(yīng)達到2.0×105m3/d。

3 應(yīng)急水源工程方案

3.1 水源選擇

城市供水水源的開發(fā)利用次序為：先地表水源，后地下水源；先當?shù)厮矗筮^境水源。如果城市地表水源比較豐富，應(yīng)當先使用地表水源，將地下水源作為戰(zhàn)略儲備水源。

根據(jù)實地調(diào)查，該市可利用的地表水源主要有撫河上游地表水、宜黃河水和周邊中型水庫，水源情況如下：

1）河流。該市水系發(fā)達，城區(qū)兩側(cè)分別有撫河、宜黃河穿境而過。其中，撫河平均徑流量為250.2 m3/s，流域面積為16 800 km2；宜黃河平均徑流量為135.8 m3/s，流域面積為5 120 km2。

2）水庫。該市周邊符合應(yīng)急水源要求的水庫主要有高坊水庫和躍進水庫。高坊水庫距離市區(qū)為53 km，流域面積為102 km2，設(shè)計總庫容為6.750×107m3，水庫調(diào)節(jié)庫容為5.711×107m3；躍進水庫距離市區(qū)為31 km，流域面積為23 km2，設(shè)計總庫容為2.191×107m3，水庫調(diào)節(jié)庫容為1.854×107m3。

由于該市目前主要使用的水源為撫河，因此應(yīng)急水源方案在撫河之外的3個水源進行比選。應(yīng)急水源方案對比見表1。

表1 應(yīng)急水源方案

根據(jù)以上3個方案的比較可知，宜黃河方案取水水質(zhì)、水量均能滿足要求，且在突發(fā)事故情況下，采用水泵加壓即可實現(xiàn)短時間內(nèi)取水，投資最省，且應(yīng)急水源屬于非日常使用工程，平時使用頻率較低，即使采取加壓取水，運用費用也不高，故選擇宜黃河取水方案。

3.2 應(yīng)急水源輸送管路由選擇

根據(jù)現(xiàn)場踏勘，國道G236東西向橫貫該市城區(qū)，同時結(jié)合雨水及污水規(guī)劃，在與城市規(guī)劃部門協(xié)商后，確定應(yīng)急水源輸送管線沿國道G236敷設(shè)，連接至現(xiàn)狀城市供水凈水廠。

3.3 應(yīng)急水源工程方案

在突發(fā)事故發(fā)生時，宜黃河作為應(yīng)急水源，經(jīng)原水輸送管連接至鐘嶺水廠及南區(qū)水廠2個現(xiàn)狀凈水廠。每個凈水廠配給水源規(guī)模分別為1.0×105m3/d，可滿足該市基本供水需求。應(yīng)急水源工程方案如圖1所示。

圖1 應(yīng)急水源工程方案

4 應(yīng)急水源工程設(shè)計

4.1 取水泵站設(shè)計

泵站選址位于宜黃河左岸火焰山自然山體邊緣，距離撫八線臨川大橋上游580 m。

取水泵站設(shè)計規(guī)模為2.5×105m3/d，一次建成。應(yīng)急供水規(guī)模為2.0×105m3/d，設(shè)計流量為8 750 m3/h；日常供水規(guī)模為5.0×104m3/d，設(shè)計流量為2 188 m3/h；水廠生產(chǎn)自用水按5%考慮。

取水頭部設(shè)置為箱式，5個進水孔，單格尺寸為2 000 mm×900 mm，進水孔底部距離河床底部約0.5 m。進水孔安裝可拆卸格柵，過柵流速為0.446 m/s。采用兩根DN1 200自流管引水，設(shè)計流速為1.10 m/s。

泵房設(shè)置進水室、吸水室、泵坑及配電室，4臺泵位，兩大兩小。兩臺大泵用于應(yīng)急水源取水，設(shè)置參數(shù)為：流量Q=4 400 m3/h，揚程H=50 m，功率N=900 kW。兩臺小泵用于臨川第二水廠工程正常取水，設(shè)置參數(shù)為：流量Q=2 200 m3/h，揚程H=36 m，功率N=315 k W。

4.2 輸送管線設(shè)計

4.2.1 輸送管道設(shè)計規(guī)模、管徑及流速

輸水主干管為宜黃河應(yīng)急取水泵站至鐘嶺水廠應(yīng)急輸水管線，設(shè)計規(guī)模為2.0×105m3/d，管徑DN 1 400，流速V=1.58 m/s。輸水分支管為鐘嶺水廠至南區(qū)水廠應(yīng)急輸水管線，設(shè)計規(guī)模為1.0×105m3/d，管徑DN1 000，流速V=1.55 m/s。

4.2.2 管道材質(zhì)、基礎(chǔ)及接口

管道以球墨鑄鐵管為主，特殊地貌或穿越障礙處采用鋼管。管道敷設(shè)采用砂基礎(chǔ)，T型橡膠圈用于承插接口。

4.2.3 管道附屬構(gòu)筑物

在原水輸送管線適當位置設(shè)置檢修閥門井，在管線局部高點設(shè)置排氣閥井。排氣閥選擇具有高速排氣、吸氣及微量排氣3個功能的復(fù)合式排氣閥。為排除管道中的積泥，以及在事故檢修時放空管內(nèi)積水，在原水輸送管線具有排水條件的節(jié)點設(shè)置排泥放空閥井及排泥濕井。

4.2.4 特殊障礙點穿越

1）河流及河道穿越。原水輸送管沿途穿越宜黃河及鳳崗河（河溝），設(shè)置兩根DN1 000鋼管平行穿越。在枯水季節(jié)采用圍堰開挖施工，穿越河道及河溝部分管道采用混凝土包封處理，河道兩側(cè)設(shè)置檢修閥門井。

2）高速公路穿越。原水輸送管沿國道G236鋪設(shè)，穿越高速公路G70。現(xiàn)狀高速公路與國道G236以橋梁方式立體交叉，高速公路在上，國道G236在下。原水輸送管沿國道G236南側(cè)邊溝底部敷設(shè)，敷設(shè)完成后及時恢復(fù)邊溝及其他設(shè)置，最大程度減少對高速公路的影響。

3）高速鐵路穿越。原水輸送管沿國道G236敷設(shè)，穿越高速鐵路，現(xiàn)狀高速鐵路與國道G236以箱涵方式立體交叉，高速鐵路在上，國道G236在下。高鐵底部箱涵共4個，國道G236正在使用中間的兩個。這兩個箱涵單跨凈空為12 m。公路兩側(cè)各有1個箱涵，目前處于閑置狀態(tài)。這兩個箱涵單個箱涵跨度為15 m。設(shè)計在最南側(cè)箱涵內(nèi)穿越高速鐵路，并在箱涵內(nèi)部設(shè)置原水輸送管鋪設(shè)平臺。管道敷設(shè)平臺在箱涵兩側(cè)設(shè)樁基支撐，管道鋪設(shè)平臺與箱涵不發(fā)生物理接觸，且相互無任何作用力，盡可能減少對高速鐵路的影響。高速鐵路穿越設(shè)計及實施由鐵路管理部門另外委托具有相關(guān)資質(zhì)的單位完成。

4）國道穿越。為了降低原水輸送管穿越國道對交通的影響，采用頂管施工，分別在國道兩側(cè)設(shè)置頂管井及接收井，頂管施工完成后，道路兩側(cè)的操作井更改為檢修閥門井。

5）城市道路穿越。原水輸送管線穿越城市道路采用開挖施工。施工過程中盡量縮短施工時間，管道敷設(shè)完成后原樣恢復(fù)道路路面。原水輸送管線穿越城市道路設(shè)計管頂覆土厚度應(yīng)≥1.0 m；如果不滿足要求，則采用混凝土包封處理。

5 工程設(shè)施運營維護

應(yīng)急水源工程為預(yù)備型工程設(shè)施。現(xiàn)有城市供水主要水源撫河發(fā)生突發(fā)事故且導(dǎo)致嚴重污染的概率較低，因此應(yīng)急水源工程設(shè)施建成后絕大部分時間處于閑置狀態(tài)。為保證應(yīng)急水源工程設(shè)施保持良好狀態(tài)，在出現(xiàn)突發(fā)事故時能在盡可能短的時間內(nèi)快速投入運行，應(yīng)在平時充分利用應(yīng)急水源工程設(shè)施，平時確實不方便使用的設(shè)施，也應(yīng)加強保養(yǎng)，定期啟動工程設(shè)施進行模擬運行。

1）宜黃河取水泵站。部分設(shè)施作為臨川第二水廠正常取水泵站使用，設(shè)置專業(yè)運營維護人員。同時作為應(yīng)急水源取水泵站的重要設(shè)施，要求運營維護人員負責(zé)應(yīng)急水源設(shè)施的日常維護工作，簽訂責(zé)任狀，確保可以在短時間內(nèi)啟動應(yīng)急水源設(shè)施。

2）輸水管線。由供水公司管線維護人員制訂合理的計劃，對應(yīng)急水源輸送管線定期巡檢維護，確保工程設(shè)施完好無損。

3）周期性模擬運行。應(yīng)急水源工程設(shè)施應(yīng)周期性模擬運行，設(shè)施啟動、運行及封停應(yīng)制定相應(yīng)的操作規(guī)程。針對不同的設(shè)施可以制定不同的模擬運行周期，但每年至少要進行1次全系統(tǒng)運行模擬，且持續(xù)運行1周以上，目的是確保工程設(shè)施保持可靠狀態(tài)，同時培養(yǎng)可持續(xù)的運營維護團隊。

6 結(jié)論

1)應(yīng)急水源工程設(shè)計應(yīng)充分分析城市供水水源面臨的突發(fā)事故污染風(fēng)險，測算供水系統(tǒng)可能出現(xiàn)的臨時水源短缺規(guī)模，勘察城市周邊可利用的集中供水水源，做到因地制宜。以較合理的投資，確保在出現(xiàn)突發(fā)事故污染情況下，對城市居民生活、城市經(jīng)濟運行的影響降至可接受的程度。

2)應(yīng)急水源工程設(shè)計應(yīng)盡量做到工程設(shè)施功能多樣化，使其工程設(shè)施平時也能處于使用狀態(tài)，并設(shè)置專人維護。這樣，在出現(xiàn)突發(fā)事故污染情況時，備用設(shè)施或者全部應(yīng)急水源設(shè)施才能夠快速啟動，滿足城市應(yīng)急供水需求。

3)應(yīng)急水源工程為系統(tǒng)工程，管線較長，且經(jīng)常要串聯(lián)多個水廠，因此在進行應(yīng)急水源工程設(shè)計時，應(yīng)與城市規(guī)劃部門充分溝通、協(xié)調(diào)，在城市現(xiàn)有規(guī)劃基礎(chǔ)上構(gòu)建應(yīng)急水源供水系統(tǒng)。工程設(shè)計完成后，應(yīng)納入城市規(guī)劃的后續(xù)修編內(nèi)容，成為城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。