一种新型“水系沟通”方式探索
2020-06-19纪宵建
纪宵建
(上海宏波工程咨询管理有限公司,上海 201707)
城市因水而生、因水而兴、因水而美。水已成为城市发展重要的因素,在促进城市发展、优化城市布局、改善城市环境、增强城市活力、提升城市品位过程中具有重要地位。特别是近年来,随着社会经济的不断发展和人民生活水平的日益提高,河道水体水质和水环境越来越引起人们关注,已成为社会关注的一个焦点。
“流水不腐”,唯有打通断头河,形成区域内水体“连、通、畅、活”的局面,才能提高水体自净的能力,加快污染物消解的速度。对于流动性差的水体采用生态修复措施改善水质,实施后效果良好,但后期运行管理过程中,生态设备需要投入大量养护经费,人力、物力投入较大。为此,笔者结合自身工作经验,以上海市闵行区马桥镇俞塘黄泥浜为例,提出了一种“提升泵+输水管道”新型沟通方式,在不占用土地的条件下,实现水系沟通,改善水质。另外,工程中一体化预制井筒泵站的运用,不仅施工方便、质量受控,而且自动化程度较高,可实现手机端远程控制。相比传统现浇钢筋砼提升泵站,该方式具有造价低、工期短等优势。
1 工程概况
俞塘黄泥浜位于上海市闵行区马桥镇,河道长798m,现状河道东侧通过新紫港与俞塘、北竹港连通,河道西侧断头(见图1)。断头位置位于居民小区内,长226m,河口宽8~10m。根据2018年5月水质检测成果,现状俞塘黄泥浜为黑臭水体(见表1)。为此,采用了底泥疏浚、增设曝气机等工程措施,但改善效果有限,水质时有恶化。
图1 河道断头位置示意图
表1 现状俞塘黄泥浜河道水质检测成果
2 方案研究
结合前期整治情况,“活水”是该工程的关键。因整治断头河道位于居民区内,周边仅与星星杨家河具备沟通条件,相距约115m。为此,重点围绕与星星杨家河沟通方案进行研究,提出了如下沟通方案(见表2)。
3 实施方案
结合区域水资源调度方向,设计在南侧星星杨家河北岸新建泵站,通过输水管道汇入俞塘黄泥浜西侧断头河,以达到水体环状沟通的目的(见图2)。
因调水泵站一般规模不大,新建泵站可采用传统现浇钢筋砼结构型式,但施工周期长,工序相对复杂。通过大量调研比选,该工程最终采用一体化预制井筒泵站的方案。一体化预制井筒泵站为厂家定制生产,现场安装即可。该泵站不仅施工方便、质量受控,而且自动化程度较高,可实现手机端远程控制。相比传统现浇钢筋砼提升泵站,不仅造价低,而且施工质量有保障,大大缩短了施工周期。
结合水泵设计流量、设计扬程以及水泵工作特点,经比选,本次设计采用250WQ380-5-15潜水排污泵,水泵额定流量380m3/h,额定扬程为5.0m,电机功率15kW,转速980r/min,共布置2台水泵。
泵站井筒直径为3.0m,筒深4.0m,顶部进入孔高出地面0.2m。泵站包含GRP筒体、潜水污水泵、提篮格栅、自耦装置、链条、管道、阀门、爬梯、通风管以及控制柜等装置。泵站基座尺寸为4.5m×4.5m,厚0.5m,采用C30钢筋砼浇筑。筒体采用高强玻璃钢材质,井筒环向拉升强度>160MPa,巴氏硬度>50Hba,井筒直壁厚≥20mm,泵站使用年限不低于20年(见图3)。
4 泵站规模及管径确定
4.1 泵站计算流量
新建泵站为引调水泵站,拟根据河道规模测算泵站流量。
表2 沟通方案比选表
图2 泵站及管线布置示意图
图3 一体化预制井筒泵站示意图
根据地形图计算,断头河道水体容量约3050m3,考虑一天内换水完成,另外,结合建设单位建议以及尽可能减少扰民考虑,运行时间控制在4~6h。经初步测算,水泵计算流量约为508~763m3/h。本文按计算流量508m3/h来初选泵站型号及管径。
4.2 计算管径
根据水工设计手册第一卷407页公式3.6-3及表3.6-1,低压管道管径按式(1)计算。
式中:d为管道内径,m;Q为设计流量,m3/s;v为管道经济流速,取1.5~2.5m/s。
经计算,过流量为508m3/h时,管道计算管径为346.6mm。结合本地区工程经验,PE管柔性好,能适应地基不均匀沉降,为此,本次初步选定DN400mmPE80管,管壁厚19.1mm,管材压力0.6MPa,环刚度8kN/m2。
4.3 管道水头损失计算
管网管道的水头损失包括管路沿程损失和管路局部水头损失两部分。
(1)沿程水头损失。管路沿程水头损失按式(2)计算。
式中:hƒ为沿程水头损失,m;ƒ为摩阻系数,与摩阻损失有关;L为管长,m;Q为流量,m3/h;m为流量指数,与摩阻损失有关;d为管内径,mm;b为管径指数,与摩阻损失有关。各管材f、m、b值的确定如下(见表3)。
表3 f、m、b数值表
由表 3可知:塑料硬管 f=0.948×105,m=1.77,b=4.77。经计算,过流量为508m3/h时,115m长DN400mm输水管道沿程水头损失为0.42m。
(2)管道局部水头损失计算。管路局部水头损失与管件的材质、种类、尺寸、数量有密切关系,情况比较复杂,可按沿程水头损失的10%~15%估算,本次计算按15%考虑。根据上述计算泵站流量以及初步选定的管材、管径等数据,估算总水头损失见表4。
表4 估算总水头损失 单位:m
4.4 设计扬程
泵站的总扬程包括净扬程、扬程损失以及工作水头三部分,扬程损失又分为泵站系统损失以及管网水头损失。
设计扬程根据式(3)确定:
式中:H设为水泵设计扬程,m;∑h为系统水头损失,m;△Z为设计控制点与水泵最低运行水位高程之差,m;Hg为系统工作水头,m。
系统水头损失包括水泵系统水头损失和计算管路水头损失。根据厂家提供的信息,包括泵站进口以及水泵流道损失在内的水泵系统总水头损失约1.0m,计算管路水头损失为0.48m,得出系统总水头损失为1.48m。
设计净扬程=出水口最高运行水位-进水池设计最低运行水位。设计调水泵站进水侧低水位2.0m,出水侧高水位2.8~3.3m,设计水泵净扬程△Zmax为1.3m。
系统工作水头主要考虑出水口具备一定的压力余量,暂按0.5~1m考虑,本次设计取1.0m。
以上三项合计,水泵设计扬程为3.78m。
4.5 复核计算
经复核,水泵设计流量为760m3/h时,计算管路水头损失为0.98m,水泵计算扬程为4.28m,计算扬程小于水泵的额定扬程5m,满足设计要求。
5 结论
(1)经过比选,该项目最终选用了“提升泵+输水管道”沟通方式,泵站采用250WQ380-5-15型一体化预制井筒泵站,管道采用PE80管,环刚度8kN/m2。工程建设过程顺利,施工期不足2个月,较传统泵站工期缩短约一半,泵站及管道实际工程费用约51万,较传统泵站费用更经济。
(2)项目完工后,泵站实现了无人化运行管理,工程效益发挥良好。虽每年需投入泵站运行费用约0.6万元,但相对其他生态工程措施的运行费大大降低。根据2019年6—8月水质检测成果,河道水质改善明显,消除了黑臭(见表5)。
表5 整治后河道水质检测成果