番禺取水口优化整合中某大型取水泵站的设计

刘 洁

(安徽省城建设计研究总院股份有限公司华南分公司，广东 广州 510000)

1 概述

随着我国城市化发展，原分散布置取水口四周城市开发活动增加，水污染风险开始增多；另外由于区域大型供水企业的出现，开始对区域内分散取水口进行优化组合，以进一步优化区内的供水布局，提高供水安全程度，取水口优化整合现象逐步增多。本文以广州市番禺区取水口优化整合工程的紫坭取水泵站工程为例，介绍了该项目的工艺流程及主要构筑物设计的参数和特点，以期为类似大型取水泵站工程设计提供参考。

紫坭取水泵站位于广州市番禺区紫坭岛，分两期建设，一期工程为紫坭取水泵站工程，二期工程(远期预留)为原水预处理工程。紫坭取水泵站为集取水、原水预处理、原水调度和供水科普宣教等功能为一体的大型取水泵站，其功能设置既应满足从顺德水道(紫坭河段)常规取水的需要，也要满足具备应急投加水处理剂和进行原水预处理的功能需要，还要满足将原水合理分配至番禺区第一、第二、石碁和钟村水厂的调度需求。取水泵站设计流量110万m3/d，是一座节能、环保、运行安全稳定、简约实用的大型原水取水泵站。

2 紫坭取水泵站设计

2.1 总平面方案及工艺流程

2.1.1总平面方案

按照现状取水头部及引水管位置，一期取水泵房设计坐落于取水头部对应厂区内位置，尽量缩短引水距离，保持引水管尽量顺直，减少引水管段水头损失。为考虑日常加药及应急加药的便利，并考虑主要加药区在取水泵房处，因此加药间设计紧邻取水泵房。在一期建设范围内，综合楼设计坐落于东南部，靠近河道及现状路。即一期工程站区布局为北侧取水泵房及变配电间，中部为加药间，南侧布置综合楼，见图1。

2.1.2工艺流程

工艺流程设计原则为力求满足工程设计目标，流程顺畅，因地制宜。工艺流程为：利用现状取水头部及虹吸管道引水至紫坭取水泵房，一期工程建设完成后，直接加压输水至各大供水厂。待二期工程建设完成后，经过紫坭泵站增压的水转送至预处理构筑物，经过预处理反应池的出水二次提升，经输水管路送至水厂，见图2。

2.2 主要构筑物的设计特点

2.2.1取水头部

在地表水源取水工程中，江河固定式取水是最常见的取水方式[1]，根据进水管形式不同，取水构筑物分为自流管取水、虹吸管取水、水泵直接取水、桥墩式取水等四种类型[2]。

紫坭泵站取水头部为两个喇叭口，由搭建22根预应力管桩固定，四周用格栅围护，两侧进水，上下游分别设导流板除去杂草等漂、悬浮物；在常水位以上设检修平台以利巡视、清渣，在洪水位以上设有航标灯安全措施；格栅按顺水流方向或45°角布置。格栅栅条采用50×10 mm扁钢，格栅间隙60 mm。敷设有两根D2 420×18虹吸引水管道与取水泵房进水井连接。

2.2.2取水泵房

1)进水井、格栅井及吸水井。设置一座进水井，按进水管位置分为两格，每格均匀设置三个格栅，进水尺寸7.0 m×35.90 m，井深度12.40 m，有效水深5.0 m，进水井设置反冲洗管道。设置一座格栅井，按进水管位置分为两格，每格均匀设置三个格栅保证配水。格栅渠宽2.2 m，格栅间隙8 mm，采用LXG链条旋转耙式格栅。吸水井尺寸为2×6.0 m×35.9 m，深度12.4 m；吸水井分2格，采用闸门连通，同时吸水井尺寸设计考虑预留设置集泥坑及吸泥泵，以便于清除沉积的污泥。

2)泵房厂房。泵站厂房布置为南、北向形式，厂房长80.0 m，宽19.6 m，高11.2 m，为现浇混凝土框架结构。泵站采用6台变频泵组，5台工频泵组，水泵为高效单级双吸离心泵，水泵机组采用交替布置。在水泵选型拟合各工况点难度较大时，可考虑采用变频调速的方式[3]。本项目水泵参数选择的原则是以远期输水工况为控制点，采用变频和变化台数相结合的方法来满足其他工况流量和扬程的要求。泵组采用卧式布置，与电动机直联，水泵安装在进水池停机水位以下，水泵处在充水状态，即经常处于准备启动状态。水泵采用弯管进水流道，11根出水管汇至出水管廊中的3根出水总管，每台水泵进水流道设一检修蝶阀，出口装设静音止回蝶阀和检修蝶阀，泵组、静音止回蝶阀及检修蝶阀均布置在水泵间。

2.2.3加药间

通过分析紫坭取水口原水水质历史数据，曾出现藻类等季节性繁殖、贝壳类附加于引水管道内壁、重金属污染、氨氮超标及挥发性酚超标等情况，因此本工程设计有次氯酸钠投加设施、粉末活性炭和高锰酸钾药量储备及应急设施，置于加药间内，加药间尺寸为42.0 m×15.0 m。

次氯酸钠消毒效果和氯气相当，投加定量较准确，操作安全，使用方便，易于存储，对环境无毒害。本工程采用次氯酸钠作为消毒除藻药剂。次氯酸钠投加量按2 mg/L进行投加，设计投加浓度：10%溶液。

为应对原水中色度、有机物、致突变前体物等含量较高、臭味明显等突发情况，本工程中增加高锰酸钾预氧化法和粉末活性炭作为应急处理工艺。高锰酸钾投加量按2 mg/L进行投加，设计投加浓度2%溶液；粉末活性炭投加量按20 mg/L进行投加，设计投加浓度5%～10%溶液。

3 结语

1)取水头部引水管设计时，可通过虹吸引水减少埋深，以减小对堤岸的影响。在运行过程中应保证虹吸管有高度的密闭性，同时对站区配套的真空系统设备设施定期检查，保障真空值有所变化时，真空系统随时启动运行良好，以保障虹吸管运行安全。

2)由于江河水中含有泥沙杂质，吸水井应考虑方便沉泥和格栅栅渣清理的措施。可考虑设置反冲洗管道、吸泥泵和机械格栅等设施。

3)水泵的选择和配置应满足不同工况和流量的要求，必要时设置变频泵组。

4)通过设置加药间，采取应急加药措施，可预防大部分原水水质风险，保证取水水质安全。