城市大型给水工程系统迁建设计

万扣强

(上海市政工程设计研究总院<集团>有限公司，上海 200092)

1 项目背景

2018年3月，环境保护部联合水利部印发了《全国集中式饮用水水源地环境保护专项行动方案》(环环监[2018]25号)，对长江水源地环境整治回头看，按照此次专项整治标准及《安徽省饮用水水源环境保护条例》，铜陵市三水厂横港取水口水源地保护区范围内存在石化、水泥、外贸等商业码头，不符合饮用水水源保护区设置的要求。

这些码头短期内一次性全部关闭难度巨大，且多为当地经济支柱产业码头，关闭后对铜陵市经济发展影响较大。经各方协商，铜陵市政府决定将横港取水口择址迁建，同时对三水厂及配套供水设施进行整合。经过前期多方案比较，最终确定将横港取水口及三水厂整体迁建至下游新民取水口附近，新建取水口和水厂规模为30万m3/d。整改方案在快速响应国家环保督察要求的前提下，又从系统角度优化了铜陵市全市供水布局，可供类似城市借鉴。

2 铜陵市供水现状

2.1 水厂和水源现状

铜陵市现有供水厂3座(一、二、三水厂)，总设计规模为29.5万m3/d，另有在建五水厂1座，设计土建规模为24万m3/d，一期规模为8万m3/d。4座水厂原水均取自长江，共设3处取水口，分别为新民取水口(一、二水厂)、横港取水口(三水厂)和西联取水口(五水厂)，各水厂和取水口情况如表1所示。

表1 铜陵市水厂和水源情况Tab.1 Introduction of Tongling WTPs and Raw Water Sources

2.2 全市用水量分布情况

图1 各区域用水量Fig.1 Water Consumption in Each Region

铜陵市平均日用水量为27.5万m3/d，主要用水区域为长江路以北片区，约为20万m3/d，超过总供水量的70%；长江路以南片区用水量较小，约为7.5万m3/d，各区域用水量如图1所示。一、二水厂位于主城区长江路南侧附近，两座水厂就近服务于长江路两侧用水区域，不足缺口由三水厂补给，三水厂离主城区较远，输水距离约为8 km。五水厂位于东部城区，规划供水范围为东部城区及其以东的农村区域。

2.3 存在问题

目前，铜陵市供水主要存在以下问题。

(1)取水口水源保护区存在问题

如图2所示，横港取水口一、二级保护区内存在中石化安徽铜陵分公司码头、铜陵海螺公司码头(取水口上游约2 000 m处)、港华燃气公司码头(已停用)、73849部队码头(机密)、长江外贸码头(三水厂取水口上游约720 m处)等5座码头，水源保护区设置不符合要求，三水厂原水水质存在较大安全隐患，亟需整改。

(2)水厂存在问题

一、二水厂始建于20世纪六七十年代，建设年限长，存在以下问题：单条生产线规模小，制水工艺采用的是斜管沉淀、无阀滤池等传统工艺，自用水比例高，制水成本高，对原水水质波动适应性较差；水厂自动化水平较低，尤其是在线监测设施不足，不能适应现代化水厂管理要求；水厂用地紧张，尽管近两年进行了排泥水处理改造，但不具备深度处理改造条件。

此外，近几年用水高峰时段，一、二、三水厂处于满负荷运行状态，供水压力较大。

图2 横港取水口现状图Fig.2 Current Status of Henggang Water Intake

3 系统迁建方案

3.1 取水口迁建方案

根据水源保护区设置要求[1]，长江取水口上游保护区长度为3 km，下游保护区长度为0.3 km，上下游共占据长江岸线长度为3.3 km，保护区上下游范围示意图如图3所示。

图3 水源保护区范围示意图Fig.3 Schematic Diagram of the Range of Water Source Protection Area

横港取水口上游3 km范围内现状分布着各类码头，上游已无符合要求的取水口位置，因此，取水口只能往下游迁建。根据铜陵港岸线利用规划图(图4)[2]，横港取水口下游数公里为港口岸线，无法设置取水口。

图4 铜陵港岸线利用规划Fig.4 Shoreline Utilization Planning of Tongling Harbor

考虑新建取水口水源保护区设置要求，为节约长江岸线资源，方便水源保护区管理，新建取水口水源保护区应尽量与新民取水口水源保护区重合。因此，新取水口位置拟设于新民取水口附近。

新民取水口下游100 m处有工业取水口一座，再下游200 m处有海事码头一座，如果新建取水口设于新民取水口下游，则必须迁移海事码头，难度较大，因此新建取水口选址宜位于新民取水口上游附近。结合水源保护区设置要求及现场踏勘情况，最终将新取水口设于新民取水口上游约300 m处。两者水源保护区合建，实现水源保护区集中保护和统一管理。

3.2 水厂迁建方案

3.2.1 三水厂迁建必要性

横港取水口迁建至新民取水口后，若要保证原供水系统不变，需从新建取水口处敷设两根DN1400原水管道至三水厂，单根原水管道长度约8 km，该方案面临以下问题。

(1)铜陵市主要用水区域为长江路以北片区，长江路以南片区用水量较小，只有7.5万m3/d。从原水输送和用户分布角度来看，若三水厂保留在原地，新取水方案将原水从北侧输送至南侧的三水厂，输送距离达8 km，原水经三水厂处理后，再由南往北输送8 km至用水量较大的主城区，整个取水、供水过程迂回曲折，能耗浪费严重，增加水司运行成本，方案合理性较差。

(2)从新建取水口至三水厂均为现状道路，道路下方管线密集，新建2根大口径原水管道没有路由和管位，实施难度巨大。

(3)新增2根DN1400原水管道需额外增加投资约1.4亿元。

以上分析可见，在新取水口位置敷设原水管道至现状三水厂的方案合理性、可实施性及经济性均较差。因此，拟将三水厂同步迁建到新建取水口附近，达到水厂就近取水、就近供水的目的。

3.2.2 三水厂迁建选址

从距离新取水口位置近、靠近供水区域等角度考虑，结合现场踏勘，新三水厂选址位于新建取水口所在处长江大堤(滨江大道)东侧、长江路以南、白云路以北空地内，如图5所示。

图5 新三水厂选址位置图Fig.5 Location Map of the New No.3 WTP

3.3 工程规模确定

新三水厂迁建后，与一、二水厂距离较近，形成多座小水厂分散供水的格局，这种供水系统整体能耗较高，且管理难度大。一、二水厂处于铜陵市中心位置，地理位置优越，但建设年代久远，工艺相对落后，厂区用地紧张，不具备提标改造的条件。

针对上述问题，提出逐步关停一、二水厂的方案，通过土地置换，提高本次新三水厂建设规模，即新三水厂设计规模除考虑原有17.5万m3/d规模外，还需计入一、二水厂12万m3/d规模。因此，新三水厂设计规模取30万m3/d。相应地，新建取水口设计规模为30万m3/d。

4 工程设计

4.1 水厂总体情况

新取水口处水源水质较好，达II类～Ⅲ类标准，结合铜陵市现状水厂及上、下游城市水厂运行经验，设计采用常规处理工艺及排泥水处理工艺，同时预留深度处理用地。新取水口和新三水厂距离较近，为便于集中管理，缩短相关涉水手续审批时间，将取水泵房建于大堤陆地侧，与新三水厂合建。取水泵房位于厂区的西北角，采用沉井施工。新三水厂总征地面积约176亩。

4.2 取水头部及原水自流管

取水头部设计规模30万m3/d，采用2只DN2000×DN1600不锈钢三通，三通两侧设格栅，格栅宽度为10 mm，净距为90 mm。取水头部通过桩架固定。

原水自流管共设2根，单根口径DN1600，管材为钢管，敷设线路与大堤垂直，采用顶管与排管相结合的形式施工。以水厂内取水泵房的进水前池作为顶管工作井，将原水自流管顶向河床，单根顶管长度为246 m，中心标高为-1 m，出河床后采用桩架排管方式，单根长度为60 m。取水头部所在处河床底标高为-8.5 m，取水头部中心标高为-5.3 m，比长江最枯水位低6.55 m，能够满足长江边各类小型船只通行安全要求。

4.3 出厂管接管设计

三水厂迁建后，原有的供水格局发生较大变化，需建设配套清水管网来维持全市供水水量、水压要求。在全市市政管网12个关键测压点的基础上，采用WATER-CAD给排水大型管网平差软件，选择中心城区DN300及以上的给水管道进行平差分析，最终确定：(1)新三水厂二级泵房水泵额定扬程取47 m；(2)新三水厂设2根DN1400出厂管，分别在两处与DN1000市政给水干管连接。其中，一路出厂管沿白云路、长江西路敷设，在铜官大道与长江西路处与铜官大道DN1000给水管相接，长度为2.85 km；另一路出厂管沿白云路、丹凤路敷设，在铜官大道与丹凤路处与铜官大道DN1000给水管相接，长度为1.44 km，新建清水管线总长度约4.29 km。

4.4 原三水厂改造为加压泵站

三水厂迁建后，原三水厂附近供水区域水压降低，将原三水厂改造成一座加压泵站，近期规模2万m3/d，远期规模5万m3/d。具体改造方式为：将二级泵房改造成加压泵房，将二期沉淀池下叠清水池改造成水库调蓄池，近期配两台增压泵，单泵流量为1 000 m3/h，扬程为52 m，通过进、出水管路改造，向周边区域及南部城区供水。

整个给水工程迁建后，在一、二水厂未关停之前，铜陵市新的供水系统图如图6所示。待新三水厂建成通水后，即可有计划地逐步关停一、二水厂，届时，铜陵市全市供水主要由新三水厂和五水厂两座大型水厂承担。

图6 迁建后供水系统图Fig.6 Diagram of Water Supply System after Relocation and Reconstruction

5 结语

(1)铜陵作为长江沿岸重要港口城市，沿江码头较多，现状横港取水口设置水源保护区难度较大。将横港取水口迁建至新民取水口附近，重新整合、划分新的水源保护区，两个取水口水源保护区集中保护和统一管理，有利于提高铜陵市饮用水水源地安全保障。另外，横港取水口的迁建，释放了3.3 km长江岸线资源，对铜陵市沿江岸线开发利用起到积极的作用。

(2)以横港取水口迁建为契机，针对铜陵市现状供水存在的问题，将现状三水厂同步迁建至下游新民取水口附近，新建规模较大的新三水厂，有计划地关停一、二水厂，避免了原有各老旧水厂分散取水、分散供水的弊病，减少了取水泵房与净水厂的管理、生产和值班人员，提高了供水效率，降低了生产成本。

(3)本工程建成后，铜陵市供水将形成近期新三水厂供水为主、五水厂供水为辅，远期新三水厂与五水厂两座大型水厂联合对滞供水的格局。与现状相比，供水格局将发生颠覆性变化，建议尽快开展给水规划修编工作。修编工作侧重点在两个方面：一方面根据当地水量增长情况修正全市需水量预测，另一方面调整全市水厂及供水管网规划。

(4)在完成取水口水源保护区整改任务的同时，系统迁建方案大大优化了铜陵市全市供水系统，提高了供水水质稳定性，方案具有较高的前瞻性，有利于铜陵市供水事业高质量发展。目前该项目土建部分已完工，正在进行安装调试，计划2019年底正式通水。