青浦原水支線工程方案規劃

劉 峻，馬小杰

(1.上海青浦水利建筑工程項目有限公司，上海 201799；2.上海淼欽環境科技有限公司，上海 201500)

1 項目背景

黃浦江上游水源是上海市主要供水水源之一，是形成“兩江并舉、多源互補”總體原水格局的重要組成部分，目前各區6處取水口分別向上海西南五區供應原水。由于黃浦江上游水源地位于開放式、流動性、多功能水域，易受上游來水污染、本地污染排放和通航等因素的影響，存在應對突發性水污染事故能力薄弱和原水水質不穩定等問題，在黃浦江上游用現有湖建設了一座約500萬m3有效庫容的生態黃浦江上游水源地調蓄水庫，并按照近期350萬m3/d供水規模，實施了至黃浦江松浦大橋間的單管連通管工程，為確保黃浦江上游水源地連通管工程建成后正常運行，發揮效益，擬同步配套建設原水支線工程。

1.1 青浦第二水廠

青浦第二水廠位于滬青平公路以南、西大盈港以西，于2002年建成通水，最初規模為10萬m3/d，目前已擴建至40萬m3/d制水規模，并建有臭氧活性炭深度處理和污泥處理設施，由太浦河原水廠和一根DN1200、一根DN1600原水管道供應原水。

1.2 青浦第三水廠

青浦第三水廠位于太浦河原水廠西側的太浦河北岸，已建一期工程設計規模為10萬m3/d，規劃總規模為25萬m3/d。以太浦河為水源，采用了預臭氧+高效沉淀+臭氧活性炭+超濾膜的先進凈水工藝[1]，并建有污泥處理設施。其中，太浦河原水至青浦第三水廠的原水管道為2根DN1200鋼管，已按照25萬m3/d規模一次實施完成。

2 邊界條件研究

2.1 工程規模

2020年，青浦規劃供水人口約為110萬人，根據《城市給水工程規劃規范》，上海屬于特大型城市中一區，規劃人均綜合用水量指標取值320 L/人，日變化系數取1.2，未預見系數和管網漏損系數各取值10%，由此，預測地區2020年最高日需水量約為52萬m3/d。結合青浦原水廠現狀規模和青浦規劃發展要求，確定2020年本工程原水設施規模為65萬m3/d，近期，泵房改造設備安裝規模為50萬m3/d，向青浦第二水廠供水40萬m3/d，向青浦第三水廠供水10萬m3/d。

2.2 規劃方案

根據黃浦江上游水源地總體方案和青浦原水需求，按照青浦原水支線工程方案的邊界條件采用主線分水串聯增壓方案。

規劃方案具體如下：從擬建原水連通管工程的青浦分水點接出支線，頂管過太浦河進入青浦太浦河原水廠。利用較高的來水水壓直供青浦第三水廠25萬m3/d；同時改造新取水泵房，增設水泵或對現有水泵機組增設變頻裝置，向青浦第二水廠供應原水40萬m3/d；老取水泵房內水泵機組不改造，作為青浦第二水廠的應急備用泵房，在事故狀態下老泵房可從吸水井吸水并增壓提升后向青浦第二水廠供應28萬m3/d水量(設計規模70%計)。太浦河原水廠現狀取水口作為備用取水口保留。規劃方案如圖1～圖3所示。

青浦分水點設置2根DN1800分配支管，并安裝有調流調壓閥、流量儀以及手動蝶閥；站內還設有分配控制室、配電間以及倉庫、安保室等生產性建筑物。

圖1 太浦河原水廠區位示意圖 Fig.1 Location of Taipu River Raw Water Supply Plant

圖3 青浦分水點平面示意圖Fig.3 Sketch of Qingpu Raw Water Diversion Points

2.3 工程邊界條件

青浦原水支線方案需以黃浦江上游原水連通管及其運行壓力和取水泵站現狀情況為工程的邊界條件。

2.3.1 分水點供水壓力

根據黃浦江上游水源地原水系統的運行方式，金澤輸水泵站至松江中途泵站段的水位控制點是松江中途泵站調節池進水水位(調節池最高水位為6 m、最低水位為2 m、常水位為4 m)。按松江調節池常水位4 m作為控制條件，依據黃浦江上游水源地連通管工程施工圖設計和水力計算，5種運行工況的青浦分支點供水壓力如表1所示。

表1 青浦分支點供水壓力

按照上述5種工況的水力計算分析，除反向供水工況，在(1)～(4)正向供水的情況下，當松江中途泵站進水水位控制為4 m時，位于太浦河南岸的青浦分水點水位為10.20～22.69 m，連通管運行水量增大，分水點水位相應增高。

2.3.2 現狀太浦河原水廠取水水位

太浦河原水廠取水口設計最高水位為3.84 m(吳淞高程，下同)，常水位為2.52 m，設計最低水位為0.84 m。原水廠泵房吸水井最高靜水位為3.84 m，老取水泵房吸水井最高水位為3.0 m，最低水位為0.14 m；新取水泵房吸水井最高水位為3.11 m，最低水位為-0.19 m。當黃浦江上游原水接入現有吸水井時，應滿足相應的水位要求。

2.3.3 水廠進廠水位

第二水廠進廠控制水位為預臭氧接觸池設計水位8.80 m；第三水廠進廠控制水位為預臭氧接觸池設計水位10.00 m。

3 工程方案研究

3.1 支線主管過河方案

青浦原水支線從太浦河南岸青浦分水點分出后，從南向北穿越太浦河，進入太浦河北岸的太浦河原水廠。原規劃DN2400單管頂管過太浦河。考慮到過河頂管承擔了青浦所有的原水輸送，如發生事故，將對全區的自來水供應產生巨大影響，因此，為提高生產安全，建議過河管調整為雙管頂管，按65萬m3/d的總規模一次實施，每根頂管口徑為DN1800，與青浦分水點分出的原水支管口徑一致。

3.2 供第二水廠原水輸水方案

(1)在金澤水庫正向供水工況下，青浦分水點來水水位較高，利用現有泵組，通過增設變頻裝置的方式改造為具備40萬m3/d的串聯增壓，以利用來水余壓向青浦第二水廠供水。其中，老取水泵房為26萬m3/d、新取水泵房為14萬m3/d。

(2)在松浦大橋取水口反向供水等工況下，青浦分水點來水水位較低，將原水引入老取水泵房和新取水泵房吸水井，經水泵機組提升后供給第二水廠。

(3)在就地應急取水工況下，利用泵站已建取水口引水至吸水井，通過老取水泵房和新取水泵房內水泵機組取水提升后供應第二水廠40萬m3/d原水。

3.3 供青浦第三水廠原水輸水方案

(1)金澤水庫正向供水工況：根據連通管水力計算，在金澤水庫正向供水工況下，青浦分水點水位隨系統水量的增加而相應增高，而青浦支線的水頭損失隨青浦的水量增加也相應增加；經計算，青浦分水點至青浦第三水廠臭氧接觸池的水頭損失，在遠期水量條件下(25萬m3/d)約3.9 m，而初期平均日水量條件下(5萬m3/d)約0.86 m，如表2所示。

表2 設計工況分析表

由表2可知，在投產初期連通管運行低于初期最高日水量一定范圍工況下，連通管來水不能直供青浦第三水廠。此時，需要將來水引入新泵房吸水井，由水泵機組提升后，供應第三水廠原水。其余工況，來水水壓均能滿足直供第三水廠的需求。

(2)在松浦大橋取水口反向供水等工況下，青浦分水點來水水位較低，將原水引入泵房吸水井，利用新取水泵房內水泵機組提升后供應第三水廠。

(3)在就地應急取水工況下，利用新取水泵房內水泵機組從吸水井取水提升后供應第三水廠。

3.4 泵房改造方案

各工況進水量下，第二水廠原水串聯增壓前后的水位比較以及串聯增壓所需揚程如圖4所示，特征工況下數值如表3所示。

圖4 原水管線特性曲線、串聯泵前水位關系Fig.4 Relationship of Characteristic Curve and Pre-Water Level of Pumps in Series

由圖4、表3可知，隨著水量變化，向第二水廠串聯增壓供水的揚程變化幅度并不大。

將老取水泵房(規模為26萬m3/d)、新取水泵房(規模為14萬m3/d)已安裝水泵的變頻分析曲線和系統所需向第二水廠串聯增壓揚程在同一坐標系統內繪制，如圖5、圖6所示。

圖5 老取水泵房改造變頻分析Fig.5 Frequency Conversion Analysis of Old Intake Pumping Station

圖6 新取水泵房泵組改造為串聯增壓變頻分析Fig.6 Frequency Conversion Analysis of New Intake Pumping Station

按輸水方案和串聯增壓特性分析，對老取水泵房備用水泵增加變頻調速裝置，將其改造為同規模的串聯增壓泵房，并保留在反向供水工況和就地應急取水工況下，從吸水井吸水，向青浦第二水廠供應原水的能力。

4 結語

黃浦江上游水源地連通管工程將青浦、松江、金山、閔行和奉賢五區現有取水口歸并于太浦河金澤和松浦大橋取水口，為確保建成的黃浦江上游水源地連通管工程建成后正常運行，發揮效益，同步配套建設黃浦江上游水源地青浦原水支線工程是必要和迫切的。工程方案對原有構筑物進行了最大程度的利舊、保留，并為遠期進一步提高供水規模預留了可行的條件。本工程的建設，使太浦河原水廠實現了從河道取水向轉輸有壓來水的功能轉換，提升了青浦原水供應安全保障能力，改善了青浦原水水質。