某市应急水源工程设计及综合利用

2021-09-15缪晶广温华东

有色冶金设计与研究 2021年4期

缪晶广,温华东

（中国瑞林工程技术股份有限公司，江西南昌 330038）

某市位于抚河中下游，2020年该市供水规模为2.5×105m3/d，2030年供水规模为4.5×105m3/d。为了防止突发事故导致的水源污染对城市居民生活及工业生产造成不利影响，当地市政府委托启动应急水源工程可行性研究及工程设计，寻找能与现有水源实现切换运行的水源，并建设应急水源工程设施，提高该市城市供水安全性及应对供水风险的能力。

1 某市供水系统安全隐患分析

1.1 供水系统布局

根据该市现状及规划净水厂布局可知，全市共有4座净水厂，其中3座主要净水厂取水水源为抚河，城市供水系统从抚河取水量占总用水量的90%，从崇宜河取水量仅占总用水量的10%。一旦抚河流域出现突发事故导致大范围水源污染，城区供水系统将出现无水源可用的状况。

1.2 交通意外事故

该市发展现状为沿抚河一江两岸城市，交通流量较大。在抚河穿越城区河段已建多座桥梁。公路运输化学品通过桥梁时如发生交通意外，将造成抚河水源的重大污染。

1.3 跨区域污染

抚河为江西省内第二大河流，跨越10多个县市区，流域内工业园建设、矿业发展均有可能导致抚河水源的跨区域污染。该市位于抚河中下游，为防止其受中上游跨区域污染事故的影响，有必要对抚河跨区域污染突发事故做好防备措施。

2 应急供水规模的确定

2.1 应急指标[1-3]

1）应急供水用水指标。在发生突发事故时，应急供水应优先满足居民基本生活用水（饮用、厨用、冲厕和淋浴）。居民家庭生活用水指标取值为每人每天100 L。公共设施用水在应急供水期间须进行大幅压缩，仅保障与民生关系密切的公共设施供水，公共设施用水量取值为每人每天25 L。综上，应急供水期间综合生活用水量指标为每人每天125 L。应急供水期间，电力、燃气、食品制造等与民生密切相关的特殊工业供水也必须保证，工业企业供水按正常时工业用水量的25%考虑。

2)应急供水时间。参照国内近几年发生的重大污染事件对城市生活生产的影响程度，污染事件影响正常供水时间一般为7～14 d。本项目应急状态供水时长取15 d。

2.2 应急供水规模

根据城市发展规划，至2030年，该市规划人口为110万人。以该数据为基准，按应急用水指标进行测算，在发生突发事故时，城市应急供水规模应达到2.0×105m3/d。

3 应急水源工程方案

3.1 水源选择

城市供水水源的开发利用次序为：先地表水源，后地下水源；先当地水源，后过境水源。如果城市地表水源比较丰富，应当先使用地表水源，将地下水源作为战略储备水源。

根据实地调查，该市可利用的地表水源主要有抚河上游地表水、宜黄河水和周边中型水库，水源情况如下：

1）河流。该市水系发达，城区两侧分别有抚河、宜黄河穿境而过。其中，抚河平均径流量为250.2 m3/s，流域面积为16 800 km2；宜黄河平均径流量为135.8 m3/s，流域面积为5 120 km2。

2）水库。该市周边符合应急水源要求的水库主要有高坊水库和跃进水库。高坊水库距离市区为53 km，流域面积为102 km2，设计总库容为6.750×107m3，水库调节库容为5.711×107m3；跃进水库距离市区为31 km，流域面积为23 km2，设计总库容为2.191×107m3，水库调节库容为1.854×107m3。

由于该市目前主要使用的水源为抚河，因此应急水源方案在抚河之外的3个水源进行比选。应急水源方案对比见表1。

表1 应急水源方案

根据以上3个方案的比较可知，宜黄河方案取水水质、水量均能满足要求，且在突发事故情况下，采用水泵加压即可实现短时间内取水，投资最省，且应急水源属于非日常使用工程，平时使用频率较低，即使采取加压取水，运用费用也不高，故选择宜黄河取水方案。

3.2 应急水源输送管路由选择

根据现场踏勘，国道G236东西向横贯该市城区，同时结合雨水及污水规划，在与城市规划部门协商后，确定应急水源输送管线沿国道G236敷设，连接至现状城市供水净水厂。

3.3 应急水源工程方案

在突发事故发生时，宜黄河作为应急水源，经原水输送管连接至钟岭水厂及南区水厂2个现状净水厂。每个净水厂配给水源规模分别为1.0×105m3/d，可满足该市基本供水需求。应急水源工程方案如图1所示。

图1 应急水源工程方案

4 应急水源工程设计

4.1 取水泵站设计

泵站选址位于宜黄河左岸火焰山自然山体边缘，距离抚八线临川大桥上游580 m。

取水泵站设计规模为2.5×105m3/d，一次建成。应急供水规模为2.0×105m3/d，设计流量为8 750 m3/h；日常供水规模为5.0×104m3/d，设计流量为2 188 m3/h；水厂生产自用水按5%考虑。

取水头部设置为箱式，5个进水孔，单格尺寸为2 000 mm×900 mm，进水孔底部距离河床底部约0.5 m。进水孔安装可拆卸格栅，过栅流速为0.446 m/s。采用两根DN1 200自流管引水，设计流速为1.10 m/s。

泵房设置进水室、吸水室、泵坑及配电室，4台泵位，两大两小。两台大泵用于应急水源取水，设置参数为：流量Q=4 400 m3/h，扬程H=50 m，功率N=900 kW。两台小泵用于临川第二水厂工程正常取水，设置参数为：流量Q=2 200 m3/h，扬程H=36 m，功率N=315 k W。

4.2 输送管线设计

4.2.1 输送管道设计规模、管径及流速

输水主干管为宜黄河应急取水泵站至钟岭水厂应急输水管线，设计规模为2.0×105m3/d，管径DN 1 400，流速V=1.58 m/s。输水分支管为钟岭水厂至南区水厂应急输水管线，设计规模为1.0×105m3/d，管径DN1 000，流速V=1.55 m/s。

4.2.2 管道材质、基础及接口

管道以球墨铸铁管为主，特殊地貌或穿越障碍处采用钢管。管道敷设采用砂基础，T型橡胶圈用于承插接口。

4.2.3 管道附属构筑物

在原水输送管线适当位置设置检修阀门井，在管线局部高点设置排气阀井。排气阀选择具有高速排气、吸气及微量排气3个功能的复合式排气阀。为排除管道中的积泥，以及在事故检修时放空管内积水，在原水输送管线具有排水条件的节点设置排泥放空阀井及排泥湿井。

4.2.4 特殊障碍点穿越

1）河流及河道穿越。原水输送管沿途穿越宜黄河及凤岗河（河沟），设置两根DN1 000钢管平行穿越。在枯水季节采用围堰开挖施工，穿越河道及河沟部分管道采用混凝土包封处理，河道两侧设置检修阀门井。

2）高速公路穿越。原水输送管沿国道G236铺设，穿越高速公路G70。现状高速公路与国道G236以桥梁方式立体交叉，高速公路在上，国道G236在下。原水输送管沿国道G236南侧边沟底部敷设，敷设完成后及时恢复边沟及其他设置，最大程度减少对高速公路的影响。

3）高速铁路穿越。原水输送管沿国道G236敷设，穿越高速铁路，现状高速铁路与国道G236以箱涵方式立体交叉，高速铁路在上，国道G236在下。高铁底部箱涵共4个，国道G236正在使用中间的两个。这两个箱涵单跨净空为12 m。公路两侧各有1个箱涵，目前处于闲置状态。这两个箱涵单个箱涵跨度为15 m。设计在最南侧箱涵内穿越高速铁路，并在箱涵内部设置原水输送管铺设平台。管道敷设平台在箱涵两侧设桩基支撑，管道铺设平台与箱涵不发生物理接触，且相互无任何作用力，尽可能减少对高速铁路的影响。高速铁路穿越设计及实施由铁路管理部门另外委托具有相关资质的单位完成。

4）国道穿越。为了降低原水输送管穿越国道对交通的影响，采用顶管施工，分别在国道两侧设置顶管井及接收井，顶管施工完成后，道路两侧的操作井更改为检修阀门井。

5）城市道路穿越。原水输送管线穿越城市道路采用开挖施工。施工过程中尽量缩短施工时间，管道敷设完成后原样恢复道路路面。原水输送管线穿越城市道路设计管顶覆土厚度应≥1.0 m；如果不满足要求，则采用混凝土包封处理。

5 工程设施运营维护

应急水源工程为预备型工程设施。现有城市供水主要水源抚河发生突发事故且导致严重污染的概率较低，因此应急水源工程设施建成后绝大部分时间处于闲置状态。为保证应急水源工程设施保持良好状态，在出现突发事故时能在尽可能短的时间内快速投入运行，应在平时充分利用应急水源工程设施，平时确实不方便使用的设施，也应加强保养，定期启动工程设施进行模拟运行。

1）宜黄河取水泵站。部分设施作为临川第二水厂正常取水泵站使用，设置专业运营维护人员。同时作为应急水源取水泵站的重要设施，要求运营维护人员负责应急水源设施的日常维护工作，签订责任状，确保可以在短时间内启动应急水源设施。

2）输水管线。由供水公司管线维护人员制订合理的计划，对应急水源输送管线定期巡检维护，确保工程设施完好无损。

3）周期性模拟运行。应急水源工程设施应周期性模拟运行，设施启动、运行及封停应制定相应的操作规程。针对不同的设施可以制定不同的模拟运行周期，但每年至少要进行1次全系统运行模拟，且持续运行1周以上，目的是确保工程设施保持可靠状态，同时培养可持续的运营维护团队。