西安市太平河再生水提升至沣一干工程方案浅析

王永军 朱元宏 刘卫华

（西安市水利规划勘测设计院 陕西 西安 710054）

1 工程概述

西安市第七污水处理厂位于丈八八路东北侧，目前处理后的再生水直接排放至丈八八路太平河箱涵，之后通过太平河向下游排放。根据西安市环境监测站2014年6月24日提供的“监测报告”结论，对照《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中景观用水水质指标得出：西安市第七污水处理厂排放的废水满足景观用水要求。西安市是水资源缺乏性城市，合理的利用再生水将逐步成为人们关注的内容。

目前西安市第七污水处理厂日常排放的再生水水量为4万m3/d～4.5万m3/d，水质能达到景观用水要求，将其再生水的合理利用已成为水利部门比较关注的话题。

本次设计的主要任务就是将西安市第七污水厂排放至太平河内的再生水提升至沣一干，通过沣一干向汉城湖等地区供水，第一可以提高供水保证率，使再生水得到利用，不造成水资源浪费；第二可以避免太平河下游新建第六污水处理厂不再将第七污水处理厂的再生水进行二次处理，降低污水处理规模和处理成本，节约投资及运行成本。

2 方案论证

2.1 总体布置

本工程位于沣一干渠在雁塔区西滩村附近与太平河交汇区域，工程设计位于太平河综合治理设计桩号为0+200至0+500范围内（总长300m）。上游有市政雨水调蓄池及丈八八路雨水箱涵，在太平河设计桩号0+365～0+407段与沣一干渠相交，相交处太平河以暗涵型式从沣一干渠下穿过，暗涵长42m，内尺寸为4.5m×3.5m（宽×高）,壁厚 45cm，为砼矩形暗涵。沣一干渠为梯形明渠，砼板全断面衬护，沣一干渠底至太平河渠底高差6.59m。

为实现太平河内再生水流至沣一干，需设置提升泵站进行提升，需在太平河河道内设置拦水坝对再生水进行拦河蓄水，设置提升泵站一处，在沣一干设置出水口一处。结合地形，总体布置如下：

拦水坝位于太平河0+320桩号处，采用格宾石笼结构；设置日提升水量为5万m?/d的提升泵站；出水口位于太平河与沣一干交汇处沣一干渡槽下游出水口扭面末端10m处，采用管道直接输入的方式出水，出水管底距渠底0.3m。

2.2 方案设计

在低坝上游30m右岸设置取水口取水，采用自耦式潜水排污泵和离心泵对太平河河道内的再生水进行提升，根据泵站设计规范，集水池的容积应不小于单台泵5分钟的出水量，由于本工程的特殊性，集水池位于河道内，可将拦水坝上游部分的河道均视为河道集水池，在安装潜水泵的集水池或者离心泵的喇叭口处的集水池可视为河道集水池的一部分，即形成子母组合的集水池，在小集水池中满足水泵或者管件的安装要求即可。达到既能满足设计要求又能节约用地、减少投资的目的。

本次设计输水管材采用钢管，根据《泵站设计规范》“心泵或者小口径轴流泵、混流泵管道设计流速宜取1.5m/s～2.0m/s，出水管管道设计流速宜取2.0m/s～3.0m/s”。根据地形条件对该提升系统提出两种种方案如下：

方案一：河道内自耦式潜水排污泵提升方案

对河道右岸堤防及河底部分进行改造，为了满足自耦式潜水排污泵水冷的要求，在潜水排污泵安装处将集水池池底降低，在河道内布置台阶式跌水，跌水宽0.5m，高0.5m，共5阶至集水池底部。对堤防右岸护坡进行改造，向河道外扩宽3.5m，以直墙的方式与周边护坡相连，该直墙采用悬臂式直墙，C20钢筋砼结构。在河道扩宽部分的集水池区域并联布置四台污水泵，每台泵出水管道穿越直墙、穿越堤顶路后进入控制阀井，阀井内设置控制阀对水泵的输水管道水流进行控制，最后对四条输水管进行汇集后沿着堤顶绿化带布置至沣一干。

优点：（1）土建工程量小，投资低；

（2）水泵检修方便：用起吊设备将水泵提升到检修平台进行检修，检修完后可以通过自耦杆将水泵下滑至水泵基座处自耦连接，无需人为水下操作；

（3）占地面积小，不占用堤防用地。

缺点：泵站位于河道中，施工导流难度较大。

方案二：堤顶绿化带内离心泵提升方案

对河道右岸堤防及河底部分进行改造，即对河道右岸护坡下部进行扩建，设置集水井，集水井长9.3m，宽3m，底高程395.09m，低于现状河道2.3m。集水井内设置离心泵吸水口2个，竖直喇嘛口布置，喇叭口规格为DN600×DN500，间距为4.3m，喇叭口与离心泵进水管相连，该进水管穿越堤防处挡墙后采用两个45°竖向弯头将管线抬高布置，通向离心泵房。离心泵房布置于右岸堤顶绿化带中，采用地下式泵房，泵房地下部分结构为钢筋砼结构，地上部分为砖砌结构。

根据流量要求，结合地形高差，在尽量减小泵房高度节约投资的前提下进行离心泵选型。离心泵型号为20SA-22JA（Q=1080m3/h，H=10.3m，N=55Kw），两台泵同时运行时，可满足提升5万m3/d的水量要求，该水泵必须气蚀余量为2.8m，根据水泵安装高度计算，可将泵房底高程提升至高程400m处，并保留一定的吸上富裕余量。

优点：作为独立的升压系统，受外界干扰小，便于以后的运行、管理及维修。

缺点：（1）土建施工难度大，工程量大；（2）占地面积大。

通过以上方案比较，方案一具有占地面积小，投资小，检修安装方便等优点，作为本次的推荐方案。

3 工程设计

3.1 拦水坝设计

拦水坝位于太平河0+320桩号处，采用格宾石笼（规格为2m×1m×1m,格宾沿着水流方向台阶式布置）坝，坝高1.0m，坝长4.25m，与两侧的梯形渠道顺接。

3.2 提升泵站设计

为了满足水泵安装要求，将河底采用台阶式小跌水降低至设计高程。台阶长0.5m，高0.2m，台阶采用C20砼。

对河道内工程区域堤防右岸进行改建，采用浆砌石扭面过渡到直墙段。挡墙与河道上下游护坡相连，该部分的挡墙顶高于护坡0.3m，即挡墙顶在沿着护坡方向成1:1.25布置。

为了不影响因扰洪造成河道淤积影响，在集水池进口处设置拦污栅，拦污栅在河道处与集水池基础相连，在上下游挡墙处扎根于挡墙中。为了防止洪水期河道内的漂浮物进入安装水泵处的集水池，造成管路阻塞，半包围拦污栅顶部高于设计洪水位0.5m。拦污栅采用φ18圆钢焊接而成，钢筋间距为10cm，边框采用槽钢，其规格为200mm×100mm×8mm，φ18钢筋焊接在槽钢上，拦污栅周边的槽钢之间焊接处理。

潜污排水泵安装于堤防右岸扩建段，扩建部分的集水池长14m，宽5m，四台水泵并联布置于集水池中，沿着水流方向由大泵到小泵（大-大-小-小）布置，大泵型号为300WQ700-11-30（Q=700m3/h，H=11m，N=30Kw）；小泵型号为 200WQ300-13-18.5（Q=400m3/h，H=10m，N=18.5Kw）其抽水水量的可组合成：1100m3/h（2.64万 m3/d）,1400m3/h（3.36万 m3/d）,1800 m3/h（4.32 万 m3/d），2200m3/h（5.28 万 m3/d）等多种抽水工况。水泵出水口距新建挡墙0.8m，出水口后接90°弯头使出水管穿越挡墙后铺设至堤防绿化带中。

3.3 出水口设计

原沣一干输水断面为梯形断面，底宽6m，边坡坡比为1∶1.5采用砼全断面衬砌的方式。本次设计时水泵输水管线出口位于太平河与沣一干交汇处沣一干渡槽下游出水口扭面末端10m处，采用管道直接输入的方式出水，出水管底距渠底0.3m。

3.4 附属设计

（1）阀井设计

阀井位于绿化带中，内设控制阀，型号为D941X-350-10和D941X-250-10两种，分别安装于300WQ700-11-30和200WQ300-13-18.5型水泵的出水管上，用来阻止沣一干回水。阀井的具体尺寸及施工要求详见《湿陷性黄土地区给水阀门井》（04S531-4）——矩形钢筋砼给水阀门井（地下操作）。

（2）输水管道（件）设计

输水管道（件）为钢制材料，钢管及钢制管件防腐要求如下：外防腐采用环氧煤沥青（三油二布），防腐等级为普通级，做法参见《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-2008），内防腐采用环氧涂料。

（3）镇墩设计

镇墩设置于管件处，按照国标03SS504实施，参数选用 P0＝1.1MPa、φ＝18°，规格尺寸按国标执行，镇墩基础处理同管道基础。

（4）检修下河踏步设计

为了清理提升泵站拦污栅拦截的污物，在提升泵站下游10m处设置下河踏步。踏步宽度为3m，每节宽0.3m，高 0.2m，采用M7.5水泥浆砌石砌筑，用M10水泥砂浆抹面，抹面厚2cm。踏步两侧的边墙采用C15砼结构，宽度为20cm。下河踏步坡度同现状底坡的坡比。

（5）配电系统设置

根据《供配电系统设计规划》GB50052-95对负荷等级的规定，本工程供电负荷定为二级。电源应取自当地10KV电网线路。根据二级负荷对供电电源的要求，本工程应设置柴油发电机组作为备用电源。

4 结语

西安是资源性缺水城市，人均占有水资源量仅全国平均水平的1/6左右，随着再生水供水管网系统的逐步建设完善，再生水将作为城市的第二大水源，具有成本低廉，水量稳定等优势，合理的利用再生水将逐步受到青睐。合理的利用再生水是解决西安水资源短缺问题的有效途径。太平河再生水提升至沣一干渠工程，将利用沣一干渠已成供水系统，将西安市第七污水处理厂（处理能力5万t/d）处理后退至太平河的再生水提升至沣一干渠，不但可较大的减轻太平河下游第六污水处理厂的处理水量，同时实现向汉城湖、汉长安城遗址公园沧池等生态水面供水，在较大程度的改善西安市西北郊的水环境和生态环境的同时，节约大量的新鲜水资源，缓解西安市水资源紧缺的状况，有效提高水资源的利用率，工程建设将产生良好的社会效益和经济效益，对促进西安市大都市建设，改善城市生态环境和水环境，具有非常重要的意义。

本文以实际工程为背景，通过对再生水的提升利用，不仅能改善西安市西北郊的水环境和生态环境，节约大量的新鲜水资源，而且能有效缓解西安市水资源紧缺的状况，为工程的实施提供有力的理论依据，也可为同类工程提供参考。陕西水利