青浦原水支线工程方案规划

刘 峻，马小杰

(1.上海青浦水利建筑工程项目有限公司，上海 201799；2.上海淼钦环境科技有限公司，上海 201500)

1 项目背景

黄浦江上游水源是上海市主要供水水源之一，是形成“两江并举、多源互补”总体原水格局的重要组成部分，目前各区6处取水口分别向上海西南五区供应原水。由于黄浦江上游水源地位于开放式、流动性、多功能水域，易受上游来水污染、本地污染排放和通航等因素的影响，存在应对突发性水污染事故能力薄弱和原水水质不稳定等问题，在黄浦江上游用现有湖建设了一座约500万m3有效库容的生态黄浦江上游水源地调蓄水库，并按照近期350万m3/d供水规模，实施了至黄浦江松浦大桥间的单管连通管工程，为确保黄浦江上游水源地连通管工程建成后正常运行，发挥效益，拟同步配套建设原水支线工程。

1.1 青浦第二水厂

青浦第二水厂位于沪青平公路以南、西大盈港以西，于2002年建成通水，最初规模为10万m3/d，目前已扩建至40万m3/d制水规模，并建有臭氧活性炭深度处理和污泥处理设施，由太浦河原水厂和一根DN1200、一根DN1600原水管道供应原水。

1.2 青浦第三水厂

青浦第三水厂位于太浦河原水厂西侧的太浦河北岸，已建一期工程设计规模为10万m3/d，规划总规模为25万m3/d。以太浦河为水源，采用了预臭氧+高效沉淀+臭氧活性炭+超滤膜的先进净水工艺[1]，并建有污泥处理设施。其中，太浦河原水至青浦第三水厂的原水管道为2根DN1200钢管，已按照25万m3/d规模一次实施完成。

2 边界条件研究

2.1 工程规模

2020年，青浦规划供水人口约为110万人，根据《城市给水工程规划规范》，上海属于特大型城市中一区，规划人均综合用水量指标取值320 L/人，日变化系数取1.2，未预见系数和管网漏损系数各取值10%，由此，预测地区2020年最高日需水量约为52万m3/d。结合青浦原水厂现状规模和青浦规划发展要求，确定2020年本工程原水设施规模为65万m3/d，近期，泵房改造设备安装规模为50万m3/d，向青浦第二水厂供水40万m3/d，向青浦第三水厂供水10万m3/d。

2.2 规划方案

根据黄浦江上游水源地总体方案和青浦原水需求，按照青浦原水支线工程方案的边界条件采用主线分水串联增压方案。

规划方案具体如下：从拟建原水连通管工程的青浦分水点接出支线，顶管过太浦河进入青浦太浦河原水厂。利用较高的来水水压直供青浦第三水厂25万m3/d；同时改造新取水泵房，增设水泵或对现有水泵机组增设变频装置，向青浦第二水厂供应原水40万m3/d；老取水泵房内水泵机组不改造，作为青浦第二水厂的应急备用泵房，在事故状态下老泵房可从吸水井吸水并增压提升后向青浦第二水厂供应28万m3/d水量(设计规模70%计)。太浦河原水厂现状取水口作为备用取水口保留。规划方案如图1～图3所示。

青浦分水点设置2根DN1800分配支管，并安装有调流调压阀、流量仪以及手动蝶阀；站内还设有分配控制室、配电间以及仓库、安保室等生产性建筑物。

图1 太浦河原水厂区位示意图 Fig.1 Location of Taipu River Raw Water Supply Plant

图3 青浦分水点平面示意图Fig.3 Sketch of Qingpu Raw Water Diversion Points

2.3 工程边界条件

青浦原水支线方案需以黄浦江上游原水连通管及其运行压力和取水泵站现状情况为工程的边界条件。

2.3.1 分水点供水压力

根据黄浦江上游水源地原水系统的运行方式，金泽输水泵站至松江中途泵站段的水位控制点是松江中途泵站调节池进水水位(调节池最高水位为6 m、最低水位为2 m、常水位为4 m)。按松江调节池常水位4 m作为控制条件，依据黄浦江上游水源地连通管工程施工图设计和水力计算，5种运行工况的青浦分支点供水压力如表1所示。

表1 青浦分支点供水压力

按照上述5种工况的水力计算分析，除反向供水工况，在(1)～(4)正向供水的情况下，当松江中途泵站进水水位控制为4 m时，位于太浦河南岸的青浦分水点水位为10.20～22.69 m，连通管运行水量增大，分水点水位相应增高。

2.3.2 现状太浦河原水厂取水水位

太浦河原水厂取水口设计最高水位为3.84 m(吴淞高程，下同)，常水位为2.52 m，设计最低水位为0.84 m。原水厂泵房吸水井最高静水位为3.84 m，老取水泵房吸水井最高水位为3.0 m，最低水位为0.14 m；新取水泵房吸水井最高水位为3.11 m，最低水位为-0.19 m。当黄浦江上游原水接入现有吸水井时，应满足相应的水位要求。

2.3.3 水厂进厂水位

第二水厂进厂控制水位为预臭氧接触池设计水位8.80 m；第三水厂进厂控制水位为预臭氧接触池设计水位10.00 m。

3 工程方案研究

3.1 支线主管过河方案

青浦原水支线从太浦河南岸青浦分水点分出后，从南向北穿越太浦河，进入太浦河北岸的太浦河原水厂。原规划DN2400单管顶管过太浦河。考虑到过河顶管承担了青浦所有的原水输送，如发生事故，将对全区的自来水供应产生巨大影响，因此，为提高生产安全，建议过河管调整为双管顶管，按65万m3/d的总规模一次实施，每根顶管口径为DN1800，与青浦分水点分出的原水支管口径一致。

3.2 供第二水厂原水输水方案

(1)在金泽水库正向供水工况下，青浦分水点来水水位较高，利用现有泵组，通过增设变频装置的方式改造为具备40万m3/d的串联增压，以利用来水余压向青浦第二水厂供水。其中，老取水泵房为26万m3/d、新取水泵房为14万m3/d。

(2)在松浦大桥取水口反向供水等工况下，青浦分水点来水水位较低，将原水引入老取水泵房和新取水泵房吸水井，经水泵机组提升后供给第二水厂。

(3)在就地应急取水工况下，利用泵站已建取水口引水至吸水井，通过老取水泵房和新取水泵房内水泵机组取水提升后供应第二水厂40万m3/d原水。

3.3 供青浦第三水厂原水输水方案

(1)金泽水库正向供水工况：根据连通管水力计算，在金泽水库正向供水工况下，青浦分水点水位随系统水量的增加而相应增高，而青浦支线的水头损失随青浦的水量增加也相应增加；经计算，青浦分水点至青浦第三水厂臭氧接触池的水头损失，在远期水量条件下(25万m3/d)约3.9 m，而初期平均日水量条件下(5万m3/d)约0.86 m，如表2所示。

表2 设计工况分析表

由表2可知，在投产初期连通管运行低于初期最高日水量一定范围工况下，连通管来水不能直供青浦第三水厂。此时，需要将来水引入新泵房吸水井，由水泵机组提升后，供应第三水厂原水。其余工况，来水水压均能满足直供第三水厂的需求。

(2)在松浦大桥取水口反向供水等工况下，青浦分水点来水水位较低，将原水引入泵房吸水井，利用新取水泵房内水泵机组提升后供应第三水厂。

(3)在就地应急取水工况下，利用新取水泵房内水泵机组从吸水井取水提升后供应第三水厂。

3.4 泵房改造方案

各工况进水量下，第二水厂原水串联增压前后的水位比较以及串联增压所需扬程如图4所示，特征工况下数值如表3所示。

图4 原水管线特性曲线、串联泵前水位关系Fig.4 Relationship of Characteristic Curve and Pre-Water Level of Pumps in Series

由图4、表3可知，随着水量变化，向第二水厂串联增压供水的扬程变化幅度并不大。

将老取水泵房(规模为26万m3/d)、新取水泵房(规模为14万m3/d)已安装水泵的变频分析曲线和系统所需向第二水厂串联增压扬程在同一坐标系统内绘制，如图5、图6所示。

图5 老取水泵房改造变频分析Fig.5 Frequency Conversion Analysis of Old Intake Pumping Station

图6 新取水泵房泵组改造为串联增压变频分析Fig.6 Frequency Conversion Analysis of New Intake Pumping Station

按输水方案和串联增压特性分析，对老取水泵房备用水泵增加变频调速装置，将其改造为同规模的串联增压泵房，并保留在反向供水工况和就地应急取水工况下，从吸水井吸水，向青浦第二水厂供应原水的能力。

4 结语

黄浦江上游水源地连通管工程将青浦、松江、金山、闵行和奉贤五区现有取水口归并于太浦河金泽和松浦大桥取水口，为确保建成的黄浦江上游水源地连通管工程建成后正常运行，发挥效益，同步配套建设黄浦江上游水源地青浦原水支线工程是必要和迫切的。工程方案对原有构筑物进行了最大程度的利旧、保留，并为远期进一步提高供水规模预留了可行的条件。本工程的建设，使太浦河原水厂实现了从河道取水向转输有压来水的功能转换，提升了青浦原水供应安全保障能力，改善了青浦原水水质。