太原市再生水回供九河工程方案設計

弓 俊 微

(太原市市政工程設計研究院，山西 太原 030002)

1 設計背景

2015年4月2日，國務院下發了《水污染防治行動計劃》(“水十條”)，隨后山西省下發了《山西省水污染防治工作方案》(晉政發〔2015〕59號)要求全面加強再生水工作，提高再生水利用率，實現循環經濟。接著太原市編制了《太原市再生水利用專項規劃》(2014—2020)，為再生水回供提供規劃指導。2017年太原市提出打造青山綠水之城的計劃，擬形成“一湖點睛、一水中分、九水環繞、水韻龍城”的格局，“一湖”指晉陽湖，“一水”指汾河，“九水”指北沙河、九院沙河、北澗河、玉門河、虎峪河、冶峪河、風峪沙河、北排洪溝和已經改造完畢的南沙河。基于此，以八河快速化改造為契機，提出了太原市再生水回供九河的工程。

太原市是全國缺水最嚴重的城市之一，其水資源人均占有量為250 m3，僅為全國人均占有量的7.4%。同時，太原市有著豐富的污水資源，每日排放的污水量約70萬m3。將太原市每日排放的污水處理后再生利用，不僅可以改變汾河污染狀況，改善生態環境和氣候條件，同時可以實現污水資源化和水資源的優化配置，達到分質供水，優水優用的效果。

2 再生水水源、水質及水量分配

2.1 水源

根據《太原市再生水利用專項規劃》(2014—2020)，以及太原市再生水用戶分析和供需平衡分析，最終確定本工程再生水水源為楊家堡污水處理廠和城南污水處理廠尾水。

2.2 水質

本工程再生水主要用于河道景觀補水、綠化澆灑及市政雜用，根據GB 50335—2002污水再生利用工程設計規范，河道補水屬于觀賞性景觀環境用水(河道類)，公共綠地用水屬于城鎮雜用水(城市綠化)，其控制項目和指標限值見表1，表2。

表1 觀賞性景觀環境用水(河道類)控制項目和指標限值

表2 城鎮雜用水(城市綠化)控制項目和指標限值

楊家堡污水處理廠和城南污水處理廠出水水質均達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》中一級A標準，其水質主要指標見表3。

表3 城鎮污水處理廠污染物排放標準一級A標準

楊家堡、城南污水廠尾水用于回供，其出水水質均滿足觀賞性景觀環境用水和城鎮雜用水的要求，因此水源水質是可行的。

2.3 水量分配

依據《太原市再生水專項規劃》及太原市再生水發展有限公司簽署的用水協議，汾河以西水量共計11.5萬m3/d，汾河以東水量共計3.6萬m3/d。

汾河以西10萬m3/d的水源來自城南污水處理廠，規劃管線沿南環高速敷設2根DN1 200球磨鑄鐵管，重力自流至濱河東路再向南折，管徑為2根DN1 000球墨鑄鐵管，沿濱河東路至汾河東岸(風峪溝入汾河口對面)，與汾河三期治理美化同步敷設2根DN800輸水管線至汾河西側風峪溝入汾河口，剩余1.5萬m3/d水源來自楊家堡污水處理廠。水量做如下分配：其中1.0萬m3/d，沿蒙山大街、新晉祠路向南至明太原縣城；另有2.0萬m3/d，沿風峪溝向西至西環高速以西，即本次風峪溝綜合治理河道起點；另有2.0萬m3/d，沿風峪溝北側搶險路向西至舊晉祠路北折至西環高速以西，即本次冶峪溝綜合治理河道起點；其余5.0萬m3/d水量，沿蒙山大街、新晉祠路由南向北至九院沙河沿岸，再沿九院沙河至汾河入河口中途提升泵站，經九院沙河泵站再次提升輸水至九院沙河、玉門河、虎峪河等河道沿線。由楊家堡污水處理廠提供1.5萬m3/d水量穿汾河沿長興南街、新晉祠路至九院沙河泵站。九院沙河中間提升泵站水量共計6.5萬m3/d，其中九院沙河1.5萬m3/d、虎峪河1.5萬m3/d、玉門河2.0萬m3/d、北排洪1.5萬m3/d。由于河道起終點高差很大，故在九院沙河與玉門河中途各設計提升泵站一座，泵站流量分別為3萬m3/d和2萬m3/d。

汾河以東水量為3.6萬m3/d，水源來自楊家堡污水處理廠。水量做如下分配：3.6萬m3/d水量沿學府街至東山過境高速以西300 m處，經再生水泵站提升后沿東峰路向北給南沙河補水1.2萬m3/d、給北沙河補水1.2萬m3/d，剩余1.2萬m3/d水量經北沙河北側再生水提升泵站提升后沿東峰路至北澗河北側搶險路，給北澗河補水。考慮遠期為東山綠地澆灑用水，北沙河北側再生水泵站流量為2萬m3/d。

3 再生水管線路由設計

3.1 風峪河

風峪河泵站至九院沙河泵站壓力管：沿風峪溝北岸和蒙山大街各敷設DN800的輸水管至新晉祠路，向九院沙河及明太原縣城方向輸水，管線長2.7 km，v=2.31 m/s，1 000i=7.62，沿程損失19.05 m。由于新晉祠路(古城大街—迎澤大街)已經敷設DN800的再生水管線，而該管線無法承擔河西幾條河道全部水量。如6.5萬m3/d的水量全部經新晉祠路現狀管向北輸送，管線長10.3 km，v=2.07 m/s，1 000i=6.13，沿程損失為63.14 m，泵站揚程達104.18 m。因新晉祠路現狀再生水管道設計公稱壓力為0.6 MPa，無法滿足要求，且壓力過大，沿程損失過大，不節能。故本次方案設計沿舊晉祠路敷設一條DN800的壓力輸水管分擔2.0萬m3/d的輸水量提供給冶峪河，新晉祠路管線承擔6.5萬m3/d的輸水量。按5.0萬m3/d的輸水量計算，風峪河新晉祠路口至長興南街，管線長6.5 km，v=1.15 m/s，1 000i=1.92；按6.5萬m3/d的輸水量計算，從長興南街新晉祠路口至九院沙河泵站，管線長2.7 km，v=1.52 m/s，1 000i=3.27，總沿程損失40.36 m。

風峪溝補水壓力管：沿風峪溝敷設DN800的球墨鑄鐵管至舊晉祠路口，其中2萬m3/d的輸水量繼續向西，在起點給風峪河補水，DN800管線長6 km，v=0.93 m/s，1 000i=1.27，DN500管線長0.8 km，v=1.19 m/s，1 000i=3.37，總沿程損失23.5 m。

明太原縣城補水壓力管：沿風峪溝北岸的DN800壓力管及新晉祠路現狀DN800壓力管外，新晉祠路至明太原縣城最不利點敷設DN400的壓力管，該段管線長5 km，v=0.92 m/s，1 000i=3.12，沿程損失15.6 m。

3.2 冶峪河

冶峪河補水壓力管：管線自舊晉祠路，沿冶峪河北側搶險路敷設DN500管線，經西環高速交叉口再生水泵站提升后，向西至冶峪河起點，為冶峪河補水。管線長3.4 km，v=1.19 m/s，1 000i=3.73，沿程損失12.31 m。

4 再生水泵站設計

4.1 風峪河入汾河口泵站

風峪溝泵站地面高771 m，九院沙河泵站地面高782 m，風峪溝上游補水點地面高807 m，明太原縣城不利點地面高785 m。受河道下穿通道、道路立交影響，管線過路口繞行復雜，局部損失取沿程損失的15%，富余水頭取10 m。經計算，至九院沙河泵站提升揚程為69.83 m，至風峪溝上游補水點提升揚程為73.53 m，至明太原縣城補水點提升揚程為65.45 m，至冶峪溝上游補水點提升揚程為75.96 m。綜合考慮，設計泵站提升揚程為82 m，流量10.0萬m3/d。

4.2 冶峪河與西中環南延交叉口泵站

冶峪河西環高速口泵站地面高程789 m，冶峪河上游起點地面高程884 m，受河道下穿通道、道路立交影響，管線過路口繞行復雜，局部損失取沿程損失的15%，富余水頭取10 m。經計算，至冶峪河上游補水點揚程為122.46 m。綜合考慮，泵站提升揚程140 m，流量2.0萬m3/d。

5 結語

2017年“八河治理”工程的實施及利用再生水補水的構想，為再生水工程的網絡布局創造了條件，工程涉及九條河流，具有范圍大、面積廣、分布不均的特點，工程實施后，將大大改善太原市再生水基礎設施滯后的局面，對實現水資源的綜合利用、優化配置，緩減太原市用水緊張的現狀，及減少地下水的開采量，都將起到積極的作用，并能推動實現循環經濟的可持續發展。