錦屏一級水電站大坪3#營地供水工程設計

【文章摘要】

錦屏一級水電站大坪3#營地是錦屏一、二級水電站施工承包商的主要駐地，3#營地的供水為駐地工作人員提供了清潔安全的供水保障，本文從3#營地供水工程的總體設計、工藝設計、自動控制設計闡述了該工程的整體設計方案。

【關鍵詞】

錦屏一級；大坪3#營地；供水工程；設計

1 工程概況

錦屏一級水電站位于四川省涼山彝族自治州鹽源縣和木里縣境地內的雅礱江干流上，是雅礱江干流下游河段的控制性水庫梯級電站。錦屏一級水電站由攔水、泄洪及消能、引水發電等建筑組成，水庫總庫容為77.6億m3，電站總裝機為6×600MW。3#營地位于大壩下游右岸落水洞溝溝口，含二坪、三坪。3#營地是電站主要承包商生活營地，規劃進駐人數為13000人。本供水工程主要供應3#營地生活、辦公、公用設施用水等。水廠日供水量為8400m3/d，時供水量為350 m3/h，時變化系數取1.4。廠自用水量按供水規模的10%計，取水規模按386 m3/h設計，凈水廠規模按386m3/h設計。

2 總體設計

2.1水源地

本供水工程采用兩個水源地：落水洞溝水和棉紗溝蓄水池提取雅礱江水。

落水洞位于三坪落水洞溝口上游2.0km小電站附近，該水源為溝水，由三股泉水匯合而成，溝水水質清澈透明，經對該水質化驗分析后，該水源水符合生活用水水源標準，為理想的取水點。落水洞取水口上游1000m至凈水廠段水源應為防護地帶，在該防護區嚴禁排放超標污水，有毒物質。嚴禁人畜活動污染水源，并在適當地段設置明顯的標志派牌。汛期應組織專業人員檢查取水口構筑物的完好，防止洪水危害和污染。另外，根據現場勘察以及測算，該溝水平時水量大約在200m3/h左右；但根據當地村民了解到，在2～4月枯水季節，水量會大大減少，絕大部分水量沿整個山溝滲漏掉，有時還在大坪位置會出現斷流現象。因此，僅一處水源不能滿足流量要求，還應選取其他水源作為補充水源。

棉沙溝蓄水池位于壩區供水系統的棉沙溝1790高程蓄水池，采用逐級提取雅礱江江水的方案。對雅礱江水質跟蹤檢測以及送檢結果，雅礱江水水質中鐵、錳嚴重超標，不符合用作生活飲用水水源，因此在棉紗溝蓄水池旁增加了除鐵、除錳一體化處理設施。

2.2水質標準

根據最新的《生活飲用水衛生標準》要求，出水廠濁度不超過1度。因此為了適應日益增長的生活水平需要，引進有資質的單位、有經驗及上崗資格證的專業人員進行運行管理。為穩定沉淀水出水水質、節約藥耗、改善操作條件，本設計采用自動投藥裝置。即根據源水水量和濁度變化以及沉淀出水濁度自動調節加藥量，使水質滿足最新水質標準要求，具體設計見自控設計部分。

2.3水壓標準

出水水壓必須滿足營地生活用水及施工用水30m水頭的要求；3#營地高程在2057.94m，凈水廠清水池高程為2106.5m，落差為48.56m，出廠水水壓能夠滿足水壓要求。

2.4廠址位置

本供水工程凈水廠廠址選在高程為2110m三面環山的空地內。此處地勢平坦、開闊，滿足水廠平面布置的要求。該處地質條件好。具有較大的地基承載能力。

2.5工藝流程

依據流程簡潔、適應性強、操作簡單、安全可靠等原則，本供水工程工藝流程如圖一所示。

落水洞溝和棉紗溝1#蓄水池供水，經過混合池加藥，絮凝池、沉淀池、濾池，在清水池消毒，最終供給用戶。

2.6取水工程

如圖二所示：落水洞取輸水工程，位于三坪落水洞溝口上游2.0km小電站附近，據凈水廠位置較遠，為了減少水流在沿途流失、滲漏以及蒸發等，本設計擬在源頭處建一處溢流壩，壩中設取水口，洪水期堰上泄洪。溢流壩采用M10漿砌塊石砌筑，壩底軸線長5m，壩頂軸線長15m，壩高4m，壩底寬3m，壩頂寬1m；壩底布置穿孔管，穿孔管上鋪碎石反濾層。溢流壩斷面采用梯形斷面。溢流壩高程為2180m，凈水廠高程為2110m，滿足重力輸水條件。經計算，本設計輸水管線擬采用兩根D219×7螺旋鋼管，自流至凈水廠，單根管道長度為1.5km。由于管道沿線地形復雜，不易開挖，因此管道敷設沿溝邊采用明鋪為主，受力大的地方，加混凝土鎮墩固定。管線在隆起段安裝自動排氣閥，排除管中空氣；在管線最低處安裝泄水閥，滿足檢修時放空需要。

棉沙溝取輸水工程蓄水池為壩區供水系統的調節水池，高程為1790m，據凈水廠約4.7km，工程凈水廠高程為2110m，因此需進行加壓泵輸送至凈水廠。蓄水池高程為1790m，凈水廠高程為2110m配水井進水管高程為2114m，凈揚程為324m，DN300鋼制輸水管道4700m， 經計算水頭損失約為60m，并考慮一定的安全富余量，確定水泵的設計揚程應為386m。水泵選型如表一所示。

2.7泵房布置

取水泵房地點選取靠近1790蓄水池附近。泵房與配電間、值班室合建，框架結構。泵房采用地面式結構，地面部分高度滿足水泵機組檢修時的起吊要求。泵站內安裝一臺CDI5- 6D型電動葫蘆，供安裝檢修使用。

2.8輸水管道

經計算，輸水管道采用一根D325×12無縫鋼管，管道長度為4.7km，管道沿3#公路及營地內公路鋪設，以明鋪為主。受力大的地方，加混凝土鎮墩固定。為防止水錘、減少水頭損失，在水泵出水管后安裝一個微阻緩閉止回閥。

3 工藝設計

4 自控設計

4.1自控系統網絡設計

如圖三所示，控制網絡結構凈水廠部分采用環形光纖工業以太網，通訊速率為10MB/100MB。主要特點如下：連接簡單，具有高可用性，能適用嚴酷的工業環境，并已有10多年成熟的使用經驗。環形光纖支持冗余配置，具有抗電磁及RF干擾、低衰減、防雷擊、速度快等優點。此外光纖電纜的運行是完全與電位差無關，無須對等電位接地連接。控制中心與遠程取水泵站采用無線電臺的通訊方式，實現數據采集與交換。

4.2控制系統功能

取水泵房，一為落水洞自流取水；另一為棉沙溝加壓取水。由于落水洞自流取水點受季節影響較大，為保證水廠的進水量恒定，在棉紗溝取水點采用變頻技術控制水泵的取水流量，使落水洞自流取水量和棉紗溝加壓取水量形成反比例關系，保持水廠進水量恒定。

如圖四所示，當排泥水量達到沉淀池設定排泥閥排泥時間（0～10分鐘可調）的流量（按水力條件計算或實測）時，則進行排泥。排泥歷時則根據設定的每次排泥水量、排泥系統的水力條件計算定值。排泥閥故障、超設定排泥時間、未關閉氣動排泥蝶閥，則報警。

濾池工作狀況包括正常恒水位過濾和反沖洗控制兩種：

（1）濾池正常過濾的工作程序依據水池中水位的變化調節出水閥的開啟度來實現等速的恒水位過濾。系統接受到水位計的水位信號，當水位信號高于設定的恒水位時，開大出水閥，調節閥門的開啟度；當水位信號低于設下的恒水位時，關小出水閥，調節閥門的開啟度；當水位信號等于恒水位時，保持出水閥開啟度[4]。

如圖五所示，濾格水位的控制是一個典型的PID閉環控制系統，控制過程是：具有參數可調的PID方程根據設定值和過程變量輸入之間的誤差，經運算后把輸出信號傳送給輸出附加處理程序，再輸出給控制閥，對整個過程進行控制。即實際水位比設定水位的值大得越多， 輸出的開度就越大。開度增大的數值是由一定累積時間內水位上升的速度及實際水位和設定水位的差值共同決定的。反映為進水流速越快，清水出水閥開度越大，反之亦然。PID方程計算的目標是把受控的過程變量保持在設定值，附加值可作為補償添加到輸出控制中。輸出附加處理程序是把PID方程的運算輸出按一定的規律輸出給清水閥。

（2）濾池反沖洗控制的工作程序

當系統接收到手動強制沖洗信號，水頭損失信號，定時沖洗信號中的任一個指令時，按照先進先出的原則排隊進行。首先關閉進水閥，濾池內部的存留水經出水閥繼續過濾排除，當水位降至設定的反沖水位時，關閉出水閥并打開排水閥，排水閥的信號到位后打開反沖氣閥，啟動風機進行氣沖，完成單氣沖需要時間1-3min，打開反沖水閥，開啟反沖水泵進行氣水混合沖洗，時間為3min。然后關閉反沖氣閥停風機進行單水沖洗，需要的時間3-5min，完成后關閉反沖水閥停水泵，關閉排水閥、打開放氣閥進行排氣，開啟進水閥接受待濾水。當水位升到過濾恒水位時，關閉放氣閥完成了反沖洗，系統轉入正常的過濾程序。

凈水廠自控系統針對水廠占地面積較大、控制設備分散、空氣潮濕的客觀環境，采用“分散控制、集中管理”的設計原則，將整個水廠的自控系統分為：混合池、絮凝沉淀池、濾池等6個控制從站進行分別自控，再通過PROFIBUS-DP現場總線與設立在反沖洗泵房處的PLC主站進行數據交換和互訪。整個凈水廠的數據采集網絡使用主從式網絡架構，把整個水廠的控制系統分散開，他們每個控制站都可以獨立的實現控制功能，有可以實現整個水廠的數據實時采集。

如圖六所示，加藥間設置投加絮凝劑設備1套。設置溶液池2個，每個溶液池設攪拌機1臺。設置加藥計量泵3臺，2用1備。根據原水流量、濁度做為前饋信號，比例調節投藥量，由沉淀池出水的濁度做為后反饋信號，對投藥量進行微調，由PLC控制變頻器，改變計量泵轉數，進而控制調節投藥量，從而構成原水濁度與沉淀池出水濁度組成的前饋后饋閉環調節控制。加藥自動控制系統采用前饋控制按流量正比例投加；濁度、水溫按實測資料繪制成曲線，由計算機在運行時對照，取值投加。對照設定的沉淀池出水濁度標準值（5～30NTU可調），來調整實際投加量。當模擬沉淀水濁度超過設定的標準值±5NTU時，則應報警。另外，加藥泵吸不到溶液或加藥管道堵塞，加藥泵上的阻尼器壓力下降或超限，也需報警。

消毒間設置消毒殺菌設備1套。設置二氧化氯發生器3臺，根據進水流量和清水池余氯，自動控制加氯量。消毒間主要由供藥計量系統、反應系統、混合吸收系統、自動化控制系統及安全防護系統組成。采用國際上最先進的亞氯酸鈉與鹽酸生產工藝。先進獨特的自動化控制系統，使設備可根據水量或處理后清水池水的二氧化氯殘余量的變化自動定比調節發生量，也可根據流量和二氧化氯殘余量組成復合環控制，從而保持水中恒定的二氧化氯濃度。

4.3應用圖例

如圖七所示，表達了錦屏一級水電站大坪3#營地供水工程控制系統整體應用結構。

5 結語

錦屏一級水電站大坪3#營地供水工程為錦屏水電站施工高峰期3#營地主要承包商近13000人提供了清潔安全的生活用水，有效保障了錦屏水電站的建設全過程。

【參考文獻】

[1]周傳庭，胡龍張善發.合肥市濱湖新區塘西河再生水廠總體設計[J]，中國市政，2013（8）：32-33.

[2]范翊.深圳市西麗再生水廠設計與運行[J]，給水排水，2011（37）：32-37.

[3]周玉玲.水廠沉淀池優化設計[D]，合肥：合肥工業大學，2012：4.

[4]肖郁湘，周家山，賀富霞.縣城水廠的規劃設計與建設實踐——以湖北省鄖縣長嶺水廠為例[J]，城鄉建設，2010（4）：36-39.