浅谈市政工程中岸边式给水构筑物设计

陈利 张译巍

正确选择地表水取水构筑物的位置是保证安全、经济、合理地供水的重要环节。因此,在选择取水构筑物位置时必须根据河流水文、水力、地形、地质、卫生等条件综合研究,进行多方案技术经济比较,从中选择最合理的取水构筑物位置。在选择取水构筑物位置时,应与城市总体规划要求相适应。在保证供水安全的情况下,尽可能靠近用水区,以节省输水投资。在有沙洲的河段,应离开沙洲有足够的距离;当浅滩、沙洲有向取水构筑物移动趋势时,这一距离还应加大;在有分汊河段,取水位置应设在稳定的主汊道中;在有支流的河段上取水,取水口应设在主河道上,且离开支流人口处上下游有足够的距离。从湖泊和水库取水时,宜选在有足够水深、并远离支流汇入口处,以免泥沙淤积。因此,在弯曲河段,宜选在水深岸陡,泥沙量少的凹岸,并在顶冲点下游15～20m处。在顺直河段,宜选在主流靠近岸边、河床稳定、断面窄流速大的河段。一般凸岸易淤积,较少设置取水构筑物。应设在水质良好地段,城市生活饮用水源,一般应选在城市或工业区上游,取水位置的选择与给水处理厂、输配水管网布置等有密切关系,因此取水位置还应通过整个给水系统的方案比较来确定。

1 岸边式取水构筑物设计

直接从岸边进水口取水的构筑物,称为岸边式取水构筑物。它由进水井和泵房两部分组成。当河岸较陡、主流近岸、岸边水深足够、水质及地质条件较好、水位变幅不太大时,适宜采用这种形式。

(1)基本形式:按照进水井与泵站的合建和分建,岸边式取水构筑物可分为合建式和分建式两类。合建式岸边取水构筑物:合建式岸边取水构筑物,进水井与泵房合建在一起,设在岸边。河水经过进水孔进入进水井的进水间,再经过格网进入吸水间,然后由水泵抽送到水厂或用户。在进水孔上设有格栅,用以拦截水中粗大的漂浮物。设在进水井中的格网,用以拦截水中细小的漂浮物。分建式岸边取水构筑物:当岸边地质条件较差,进水井不宜与泵站合建时,或者分建对结构和施工有利时,则宜采用分建式岸边取水构筑物。分建式土建结构较简单,施工较容易,但操作管理不太方便,吸水管路较长,增加了水头损失,运行安全性不如合建式。

(2)构造和计算。进水间:进水间一般由进水室和吸水室两部分组成。进水间可与泵房分建或合建。分建式进水间的平面形状有圆形、矩形、椭圆形等。圆形结构性能较好,水流阻力较小,便于沉井施工,但不便于布置设备。矩形的优点则与圆形相反。通常当进水井深度不大,用大开槽施工时可采用矩形。如进水井深度较大时,则宜采用圆形。椭圆形兼有两者优点,可用于大型取水工程。进水间由纵向隔墙分为进水室和吸水室,两室之间设有平板格网或旋转格网。在进水室外壁上开有进水孔,孔侧设有格栅。进水孔的高宽比,宜尽量配合格栅和闸门的标准尺寸。进水间上部是操作平台,设有格栅、格网、闸门等设备的起吊装置和冲洗系统。当河流水位变幅在6m以上时,一般设置两层进水孔,以便洪水期取表层含沙量少的水。上层进水孔的上缘应在洪水位以下1.0m,下层进水孔的下缘至少应高出河底0.5m,其上缘至少应在设计最低水位以下0.3m,为了工作可靠和便于清洗检修,进水间通常用横向隔墙分成几个能独立工作的分格。当分格数少时,设连通管互相连通。分格数应根据安全供水要求、水泵台数及容量、清洗排泥周期、运行检修时间、格网类型等因素确定。一般不小于两格。大型取水工程最好一台泵设置一个分格,一个格网。当河中漂浮物少时,也可不设格网。半淹没式进水间投资较省,但在淹没期内格网无法清洗,内部积泥无法排除,因此只宜用在高水位历时不长、泥沙及漂浮物不多时。非淹没式进水间的顶层操作平台标高,一般与取水泵房顶层进口平台标高相同。

(3)进水间的附属设备。岸边式取水构筑物进水间内的附属设备有格栅、格网、排泥、启闭和起吊设备等。

①格栅。格栅设在取水头部或进水间的进水孔上,用来拦截水中粗大的漂浮物及鱼类。格栅由金属框架和栅条组成。格栅的框架外形与进水孔形状相同。栅条断面有矩形、圆形等。栅条厚度或直径一般采用10mm。栅条净距视河中漂浮物情况而定,通常采用30～120mm。栅条可以直接固定在进水孔上,或者放在进水孔外侧的导槽中,可以拆卸,以便清洗和检修。②格网。格网设在进水间内,用以拦截水中细小的漂浮物。格网分为平板格网和旋转格网两种。平板格网。平板格网放在槽钢或钢轨制成的导槽或导轨内,它由槽钢、角钢框架、金属网构成。金属网用耐腐蚀材料,如铜丝、镀锌钢丝或不锈钢丝等制成。金属格网一般设一层;面积较大时设两层,一层是工作网,起拦截水中漂浮物的作用,另一层是支撑网,用以增加工作网的强度。工作网的孔眼尺寸应根据水中漂浮物情况和水质要求确定。金属格网要经常冲洗,以免堵塞,以免格网前后水位差过大,使格网破裂。最好能设置测量格网两侧水位差的标尺或水位继电器,以便根据信号及时冲洗格网。冲洗格网时,应先用起吊设备放下备用网,然后提起工作网至操作平台,用200～500kPa的高压水通过穿孔管或喷嘴进行冲洗。

2 岸边式取水构筑物泵房的设计

(1)水泵选择。水泵型号及台数不宜过多,否则将增大泵房面积,增加土建造价。但水泵台数过少,又不利于调度,一般常采用3～4台。当供水量变化较大时,可考虑大小水泵搭配,以利调节。选泵时应以近期水量为主,适当考虑远期发展的可能;预留一定位置,届时可将小泵改为大泵,或另行增加水泵。

(2)泵房布置。泵房平面形状有圆形、矩形、椭圆形、半圆形等。矩形便于布置水泵、管路和起吊设备,而圆形则相反。但是圆形受力条件较好,当泵房深度较大,其土建造价比矩形泵房经济。在布置水泵机组、管路及附属设备时,既要满足操作、检修及发展要求,又要尽量减小泵房面积。特别是泵房较深时,缩小泵房面积,具有较大的经济意义。减小泵房面积的措施有:卧式水泵机组呈顺倒转双行排列,进出水管直进直出布置;一台水泵的进出水管加套管穿越另一台水泵的基础;大中型泵房水泵压水管上的单向阀和转换阀布置在泵房外的阀门井内,这样既可减小泵房面积,又可避免由于水锤使管道破裂而淹没泵房的危险;充分利用空间,将真空泵、配电设备、检修平台等设在不同高度的平台上,以缩小泵房面积。

3 结语

市政工程中岸边式给水构筑物设计设计人员应结合工程具体情况,了解工艺要求、施工技术,综合考虑设计选用参数,把精心设计落到实处,应了解、准备,克服单纯设计观念,扩展自己在施工方面的知识,对设计进行优化确保精品工程的实现打下坚实的基础。

参考文献

[1] 许学问,陈和春,杜兰.岸边式溢洪道引渠导墙形态设计研究[J].人民长江,2010(6):8～10.