福州飞凤山取水泵站设计小结

林守青

(福州城建设计研究院有限公司　福建福州　350001)



福州飞凤山取水泵站设计小结

林守青

(福州城建设计研究院有限公司福建福州350001)

本文通过对福州市周边适宜水源的分析、取水构筑物形式及水泵类型的比较，最终确定在闽江上游设置潜水离心泵房作为飞凤山水厂的取水泵站，具有用地面积少，施工方便，工程投资低等特点，为类似工程提供设计参考。

取水泵站；水源选择；水泵的类型及特点；水源应急处理

随着海峡西岸经济区建设步伐的加快，福州市现有的水厂供水规模已逐渐无法满足日益增长的需水量要求。为保障城市供水安全，启动飞凤山水厂建设项目，近期规模15万m3/d，远期规模30万m3/d。取水泵房是整个建设项目的关键部分，要从取水的安全可靠性、水泵运行的经济性以及日常运行管理便利性等多方面综合考虑[1]。飞凤山取水泵站规模大，常水位与洪水位高差大，可用地面积小，本工程通过合理选择水泵类型、泵房形式使整个工程造价最低。

1　水源及取水点选择

1.1水源选择方案

福州周边适宜水源有闽江(南港)、敖江(塘坂水库)、大樟溪等。

闽江水源(南港)水量充沛，97%的日枯水流量为1026万m3/d，一直都是福州主要的供水水源。南港全长27.85km，上游水质优良，水质可达到《地表水环境质量标准(GB3838-2002)》Ⅱ类水体标准，下游因流经片区污染较严重，水质日趋恶化，在天文大潮、特大风暴潮，同时上游来水量较小时，会出现短时间的咸潮入侵,氯离子浓度异常，影响取水和水质。

敖江水源(塘坂水库)水质优良，但敖江水源属于远距离输水的水源，且在水源规划中敖江水源可分配至福州二水源的水量仅为80万m3/d，仅能满足福州东区水厂50万m3/d规模(现状30万m3/d，远期规划扩建20万m3/d)及东南区水厂15万m3/d规模。

大漳溪水源水质优良，水量充沛，但在《福建省闽江北水南调(平潭引水)工程规划报告》中，已将大樟溪水量全部分配给城门水厂。

综上所述选择闽江(南港)上游作为飞凤山水厂水源是合理的。

1.2取水点位置选择

根据现场情况，结合取水点选择原则[2]，取水口设置于淮安头古窑址公园附近，选择理由如下。

河床条件：有岩石裸露，远离沙洲，为现状水流冲刷凹岸深水区，避开了回流区，避免了泥沙淤积、河床抬高的情况发生；

河岸状况：河岸坚实，水深条件好，有利于取水的稳定性；

水位状态：设计百年一遇洪水位13.056m(罗零)，最低枯水位0.679 m(罗零)，常水位3.51m(罗零)，水位变化幅度约12.4m；

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

桥梁影响：取水口位于洪塘大桥上游约2 100m处，避开由桥孔缩减水流断面造成的桥梁上游水流滞缓区；

航道影响：距离主航道约170m，无影响；

防洪堤影响：取水管不需要穿越防洪堤，无影响。

2　取水构筑物设计

结合坡岸及河床的水文、地形及地质条件，在确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。取水头部距离岸边约45m，经2根DN1800自流进水管进入集水井，取水头部及进水自流管按远期供水30万m3/d规模一次建成，当事故停用一根时，另一根按70%过流量设计。

2.1取水头部设计

采用蘑菇型取水头部，进水方向系自帽盖底下曲折流入，一般泥砂和漂浮物带入较少。蘑菇头取水头部为厚度12 mm的钢制防护罩，由预制的方形棱台用螺栓在现场固定，蘑菇头上设置进水格栅用以拦截粗大漂浮物，进水格栅高程为-1.79m，低于最低枯水位0.679 m，可保证足够的取水深度。考虑河流最枯水位时，航运等对取水头部的影响，在取水头部周边采用DN300无缝钢管灌注桩支撑，周边采用格网防护，防止船只碰撞和拦截粗大漂浮物。

2.2进水自流管设计

进水自流管为两根DN1800钢管，钢管壁厚为16mm，单根管道长度310m，由蘑菇型取水头部坡向岸边取水泵房，坡度为1.267‰；设计流速为0.786m/s，事故工况时，设计管内流速为1.104m/s。进水自流管分两部分施工。

(1)岸边至取水泵房段自流管采用顶管施工方式，顶管长度约265m。格栅井兼做顶管工作井，向取水头部方向顶管，取水管顶管到位时，拆除所有设备，在顶管机头处，间隔1m连续焊两块闷板，在落潮期在水下切割两块闷板间的钢管，并用吊车将顶管机头吊出。

(2)蘑菇型取水头部至岸边段自流管采用水下铺管法，管道长度约45m，架空铺设在河床底部。施工时先在设计管位处均布4组钢管桩，间距不大于11m，钢管桩上用螺栓连接管道支座，在浮船上焊接4段DN1800带法兰钢管，分段在水下用螺栓连接，同时将管道焊接固定在管道支座上。架空管道一端与蘑菇型取水头部采用螺栓连接，另一端与河岸边顶出管采用哈夫接头连接。

图1　自流管架空管段平剖面

3　泵站设计

由于古窑址公园内修建有金辉温泉酒店，用地紧张，仅在古窑址遗迹亭前街7号与三环路之间有一块空地可修建取水泵房，泵房距离岸边约265m。且受规划景观要求，泵房体量受限，尽量采用地埋式。

3.1水泵选择

(1)飞凤山取水泵站的选泵边界条件

①水泵台数：取水泵房的流量比较稳定，水泵台数宜少[3]。近期水泵采用2用1备，远期增加同型号水泵3台，水泵远期规模达到4用2备。

②流量：按远期供水规模进行设计(30万m3/d)，水泵按近期规模15万m3/d进行安装。事故时能满足70%的最大设计流量。

正常工况时流量：

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

发生事故时流量：

4.01m3/s×0.7=2.807m3/s=5054m3/h

自2013年首篇研究论文问世至今，国内在图书馆与MOOC相关问题方面的研究已历时5年。通过对189篇论文的梳理，笔者认为当前国内图书馆与MOOC相关问题的研究特点主要体现在4种“过渡”上。

③扬程：水厂絮凝池进水水压标高13.4m，取水泵站内局部水损按2m计，安全水头按2m计。正常工况时，原水管道沿程水损5.83m，局部水损1.16m；发生事故时，原水管道沿程水损11.42m，局部水损2.29m。

表1　不同工况的水泵扬程

(2)水泵选型

取水泵站的水泵较多采用的泵型有：离心泵、混流泵、轴流泵等。

离心泵的型式多样，适用的流量、扬程范围较广，是给水工程中广泛采用的一种水泵。除部分大型立式离心泵外，一般具有一定的允许吸上真空高度。

轴流泵的转速低，提升力小，扬程较低，但通过较大的叶轮，可以提升的水量大。因此，轴流泵适用于低扬程、大流量的场所，其提升扬程一般不超过10m。

混流泵的适用范围介于离心泵与轴流泵之间，流量大于同尺寸的离心泵，小于轴流泵；扬程高于同尺寸的轴流泵，低于离心泵。

根据飞凤山取水水泵流量扬程的要求，本次工程选用离心泵，并针对卧式离心泵与潜水离心泵两种水泵进行技术经济比选。选用代表性厂家的水泵进行比较后发现，卧式离心泵方案的工程投资和运行费用均比潜水泵方案高得多，且施工难度和风险更大。

表2　水泵的经济比较

综合考虑造价、占地面积及对三环路景观的影响等因素，最终采用潜水离心泵沉井施工方案。

3.2格栅井

本工程将格栅井与泵房分成2个单体分别沉井，以降低沉井施工难度，格栅井沉井后兼做顶管工作井，向取水头部与泵房两端顶管。格栅井尺寸14.8×13.6m，总高度为20.50m，井底标高为-7.00m。设机械格栅四道，渠道宽2.4m，有效栅宽2.3m，栅条宽10mm，栅条间隙15mm，配用电动机功率4.0kW。栅渣由螺旋输送机送至压榨机脱水后打包外运。每道格栅前后设有手电两用闸门(共8台)备作检修和切换用。

3.3泵房

取水泵站采用半地下式，钢筋砼结构，泵井尺寸为29.7×15.0m，总高度为18.85m，井底标高-5.35m。本次工程安装3台潜水离心泵(Q=3610～2530m3/h，H=21～24m，P=340kW)；为了便于检修，净水输水泵站设有检修闸门。

图2　泵房平面

图3　泵房剖面

3.4水源应急处理

根据水中的污染物及其应急处理的技术特性，可把水源污染应急处理技术分为以下四类[4]：

(1)应对可吸附污染物的应急吸附技术。主要采用活性炭等吸附剂，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机污染物。有条件的水厂应优先采用粉末活性炭，较好的粉末活性炭投加方案是在取水口处提前投加，利用从取水口到净水厂的管道输送时间，完成吸附过程。

(2)应对可氧化污染物的应急氧化技术。主要采用氧化剂如氯、高锰酸盐、臭氧等，应对某些还原性的无机污染物，包括硫化物、氰离子等和部分有机污染物。

(3)应对金属和非金属离子污染物的化学沉淀技术。主要通过调整水厂混凝处理的pH值，在弱碱性条件下进行混凝沉淀，可以有效去除镉、铅、砷等无机污染物。

(4)应对微生物污染的强化消毒技术。主要通过增加前置预消毒和加强主消毒的处理，通过增加消毒剂的投加剂量和保持较长的消毒接触时间，以在传染病暴发期确保城市供水的水质安全。

以上四类水源污染应急处理技术中，适宜应用在取水头部的有吸附及氧化技术。本次取水泵站中设置了水源应急处理车间，各设一套粉末活性炭投加系统及高锰酸钾投加系统。水源应急处理车间为地上式框架结构，室内地面标高11.30m，平面尺寸为37.8×9.2m，层高9.7m。粉末活性炭投加量为8～30mg/L，最大炭浆浓度7%；高锰酸钾最大投加量为2mg/L，最大投加浓度4%。

3.5水锤防护

本工程由于水泵扬程较低，故采取下列措施防护：水泵开启前，先排除进水管道空气使管道充满水，再开启水泵；在水泵出口处设置缓闭止回阀以防止水锤危害，并在原水管设置排气补气阀作为事故停泵水锤防护的后备措施。

4　工程特点

合理确定设计规模，土建一次建成，避免重复建设，设备预留发展余量，具有较好的前瞻性。

结合闽江河床地形和河岸地质，采用部分水下铺管和部分顶管施工方式，减少土方开挖量与护岸工程量，节省工程投资，确保堤岸与河床稳定。

取水阀门井、格栅井、顶管井三井合一，降低施工难度，节省工程投资，缩短施工工期。

选择潜水离心泵，将泵站体量合理最小化，减小泵站占地面积，符合周边景观规划要求。

5　结语

福州飞凤山水厂取水泵站工程选取闽江(南港)上游作为飞凤山水厂水源，采用分建式河床式自流管取水，选择潜水离心泵，采用了分段沉井的施工方式。本工程目前已完成施工，其在水源选取、设备选用、泵房形式等方面有一定特点，可作为福建省内闽江水源取水泵站建设参考。

[1]田伟峰.某大型原水取水泵房设计总结[J].江西建材,2015,(20) ,12-13.

[2]上海市政工程设计研究院.城镇给水：给水排水设计手册(第二版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2004.

[3]谢德玲.福州市城门水厂潜水泵房取水设计探讨[J].福建建筑,2000,(4) ,33.

[4]张悦.城市供水系统应急净水技术指导手册[M].北京:中国建筑工业出版社,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，中级工程师。

E-mail:15055097@qq.com

2016-04-19

TU992.25

A

1004-6135(2016)05-0086-04