城乡供水一体化工程供水方案应用研究

2022-11-30梁新平张丽霞

陕西水利 2022年12期

梁新平，张丽霞

（新疆兵团勘测设计院（集团）有限责任公司,新疆乌鲁木齐 830002）

1 工程概况

新疆喀什“一市两县”城乡饮水安全工程位于喀什市、疏附县、疏勒县境内,工程规模为大（2）型,设计水平年2025 年供水人口101.39 万人,2025 年最高日供水量为21.89 万m3/d,年均供水量5926万m3。该工程彻底解决喀什市、疏勒县、疏附城乡供水水质不达标及水源不足的问题,改善项目区饮水条件,提高居民的生活质量。工程主要建设内容包括：新建总水厂1 座,处理规模为22 万m3/d；输水干支管长度82.81 km,设计流量为2.53 m3/s～0.06 m3/s；分水厂8 座。工程总投资112928 万元。

新疆喀什“一市两县”城乡饮水安全工程水源选择时,考虑到目前流域上各引水枢纽总体布置是较为合理的,为减少工程投资,地表水水源引水首部布置位置主要依托于流域上已建的引、蓄水工程进行分析选择。通过从受水区的分布、邻近可利用的地表水源及已建调水工程分析,盖孜河塔什米力克渠首水量、水质、地形条件、配水方案均可满足喀什“一市两县”城乡供水要求,本次推荐盖孜河塔什米力克渠首地表水水源方案。

供水方案选择时,考虑到供水用水距离水源相对较远,最近的为疏附县水厂分水口,距离为33.83 km,最远的为喀什市城东水厂,距离为61.07 km。当采用在水源地附近新建总水厂集中配水到户时,沿线各管道均为配水管道,设计流量均需按最高日最高时流量考虑,计入变化系数后管径将增加较多,造价增加较多；且此时整个供水区为配水系统,受水区范围大、用户多,配水流量时刻变化,运行工况非常复杂,对管道的运行极为不利。采用分水厂分散调节、分散供水时,分水厂以上的管道属输水管,按最高日平均时流量考虑,输水管管径较小、输水流量相对均匀,管道运行相对安全。且各分水厂将受水区供水系统划分为8 个小分区,相互之间不会影响。当输水管发生事故时,每个小分区均可启用现状水源应急供水。因此本方案供水方式按“分水厂分散调节、分散供水”方案。供水流程为：盖孜河输水干渠10+280 取水→沉砂调节池→总水厂（水质处理）→输水干支管→各分水厂（水量调节及加压供水）→用水户。

图1 工程总布置示意图

供水对象位置及分水厂地面高程为疏附县供水区位于盖孜河和克孜河之间,喀什市、疏勒县供水区域位于克孜河北岸,从总水厂至干管末端的喀什市城北水厂（第三水厂）之间的地形为起点和终点较高、中间略高的W 形,根据各水厂地面高程,本次将“一市两县”8 座县城分水厂（输水干管沿线为农村人口供水预留分水口,共预留5 个分水口,分水口以下的管网不在本次建设内容之内）划为3 各供水片区,即疏附县片区（疏附县站敏水厂、广州新城水厂,水厂地面高程1337 m～1340 m）、喀什疏勒片区（喀什市西城一水厂、东城二水厂、新城东三水厂、疏勒第一水厂、第二水厂,水厂地面高程1267 m～1296 m）、喀什城北三水厂（水厂地面高程1354 m）,总水厂的水位高程为1470.5 m,从总水厂清水池到喀什疏勒片区的落差有175 m～203 m,如对喀什市城北水厂采用重力供水,存在喀什市城西水厂、城东水厂、新城东水厂及疏勒县一、二水厂设计运行压力均超过2.5 MPa,管道压力较高,安全性相对较差,为此,本次对总干管拟进行减压池,对供水区最高的喀什市城北水厂拟采取加压供水,对于供水方式存在四个大方案,如下所示：

方案1：不减压全线自压输水方案,即：采用重力自压输水的方式进入“一市两县”8 座分水厂供水方案。

方案2：一次减压全线自压输水方案,即总干管桩号5+000 设减压池、重力自压输水的方式进入“一市两县”8座分水厂供水方案。

方案3：一次减压一次加压方案,即：采用干管一次减压、喀什市城北水厂进行加压输水,剩余7 座分水厂采用自压输水的方案,根据减压池位置不同及不同的输水管径会引起扬程的较大差别,据此该方案衍生三个小方案,具体如下：

方案3-1：低减压高扬水方案,即总干管桩号8+450 设减压池、喀什市城北水厂加压70 m 供水方案。

方案3-2：低减压低扬水方案,即总干管桩号8+450 设减压池、喀什市城北水厂加压45 m 供水方案。

方案3-3：高减压低扬水方案,即总干管桩号5+000 设减压池、喀什市城北水厂加压35 m 供水方案。

方案4：两次减压一次加压方案,即：采用干管两次减压、喀什市城北水厂进行加压85 m 输水,剩余7 座分水厂采用自压输水的方案。

图2 总水厂及各片区分水厂高程示意图

图3 总水厂～喀什市城北水厂地形示意图

2 工程供水方案分析

2.1 方案一技术参数

该方案充分利用总水厂的地形优势,重力输水至喀什市、疏附县、疏勒县的8 座分水厂,其优点是管径最小,流速相对最大。缺点是静压最大,最大静压达到205 m,设计压力达到3 MPa,管道长期处在高压下运行,潜在风险大。下游的管道壁厚大,管材和管件需要大量采用2.5 MPa 甚至4.0 MPa 的等级,尽管管径小,但高压的管材和设备费用高,因而该方案投资相对最高,安全风险最高,该方案工程投资11.45 亿元。

2.2 方案二技术参数

该方案从总水厂清水池出发,输水干支管82.81 km,其中在干管31+833、36+305 处右侧给疏附县分水,在桩号39+766 处给疏勒县分水,在桩号44+984 处给喀什市西城水厂分水,末端53+849 处进入喀什市城北水厂。

该方案在总干管桩号5+000 设减压池,通过设一座减压池,将管道压力降低,充分利用减压池的地形优势,重力输水至一市两县8 座县市水厂。

其优点是静压相对方案一下降,最大静压从203 m 下降到163 m,提高了安全保障,缺点是是管径较方案一有所加大,流速相对较小。该方案投资11.29 亿元,仅次于方案一。

2.3 方案三技术参数

2.3.1 方案3-1 技术参数

该方案充分利用总水厂的地形优势,重力输水至除喀什城北水厂以外的疏附县片区、喀什疏勒片区共7 座县市水厂,通过设一座减压池,将管道压力降低,对供水区距离较远、供水区地面高程最高的喀什市城北水厂进行加压供水。减压池占地面积大,其选址受现场条件约束较大,尤其是不能占用基本农田,为此根据现场情况,干管0+000～10+500 段为戈壁滩,可布置减压池,另外可结合沿线疏附县站敏水厂和广州新城水厂布置减压池,其余段均在耕地范围内,不宜布置减压池,故本方案在总干管桩号8+450 布置减压池,在喀什疏附疏勒干管桩号46+434 处布置喀什市城北水厂加压泵站,设计流量2567 m3/h,扬程70 m。

其优点是静压相对方案一下降,最大静压从203 m 下降到123 m,提高了安全保障,缺点是增加了一座加压泵站,提高了运行费用。该方案投资11.28 亿元。

2.3.2 方案3-2 技术参数

该方案在总干管桩号8+450 布置减压池,在喀什疏附疏勒干管桩号51+200 处布置喀什市城北水厂加压泵站,设计流量2567 m3/h,扬程45 m。

其优点是静压相对方案一下降,最大静压从203 m 下降到123 m,提高了安全保障,缺点是增加了一座加压泵站,提高了运行费用。该方案投资11.31 亿元。

2.3.3 方案3-3 技术参数

该方案在总干管桩号5+000 布置减压池,在喀什疏附疏勒干管桩号51+800 处布置喀什市城北水厂加压泵站,设计流量2567 m3/h,扬程35 m。

其优点是静压相对方案一下降,最大静压从203 m 下降到163 m,提高了安全保障,缺点是增加了一座加压泵站,提高了运行费用。该方案投资11.22 亿元。

2.4 方案四技术参数

针对方案二及方案三存在的减压池以下管道静压相对较大的问题,本方案拟在总干管或喀什疏附疏勒干管上再增加一座减压池,通过干管沿线地形、占地及水厂情况分析,本次拟在桩号36+305 疏附县广州新城水厂内再增加一座减压池,在喀什疏附疏勒干管桩号44+984 处布置喀什市城北水厂加压泵站,加压泵站设计流量2777 m3/h,扬程85 m。

其优点是静压相对方案二及方案三进一步下降,最大静水压力控制到最小,最大为82 m,设计压力除跨河段外均可控制在1.6 MPa 以内,提高了安全保障；管径得到了优化,流速更为合理,该方案投资最小,工程投资11.19 亿元。其缺点是增加了一座加压泵站,提高了运行费用。

2.5 方案比选

从上述方案分析可知,方案一从总水厂到一市两县8座分水厂可实现重力自压供水,但输水干支管中57.2 km 管道静压力超过100 m,最大静压力205 m,该方案工程投资11.41 亿元,年运行费2658 万元；方案四从总水厂到除喀什市城北水厂需扬水外,剩余7 座分水厂可实现重力自压供水,该方案中输水管道最大静压力82 m,该方案工程投资11.19 亿元,年运行费2884 万元。方案2 从总水厂到一市两县8 座分水厂可实现重力自压供水,该方案中输水管道最大静压力163 m,该方案工程投资11.25 亿元,年运行费2583 万元。