城市大型給水工程系統遷建設計

萬扣強

(上海市政工程設計研究總院<集團>有限公司，上海 200092)

1 項目背景

2018年3月，環境保護部聯合水利部印發了《全國集中式飲用水水源地環境保護專項行動方案》(環環監[2018]25號)，對長江水源地環境整治回頭看，按照此次專項整治標準及《安徽省飲用水水源環境保護條例》，銅陵市三水廠橫港取水口水源地保護區范圍內存在石化、水泥、外貿等商業碼頭，不符合飲用水水源保護區設置的要求。

這些碼頭短期內一次性全部關閉難度巨大，且多為當地經濟支柱產業碼頭，關閉后對銅陵市經濟發展影響較大。經各方協商，銅陵市政府決定將橫港取水口擇址遷建，同時對三水廠及配套供水設施進行整合。經過前期多方案比較，最終確定將橫港取水口及三水廠整體遷建至下游新民取水口附近，新建取水口和水廠規模為30萬m3/d。整改方案在快速響應國家環保督察要求的前提下，又從系統角度優化了銅陵市全市供水布局，可供類似城市借鑒。

2 銅陵市供水現狀

2.1 水廠和水源現狀

銅陵市現有供水廠3座(一、二、三水廠)，總設計規模為29.5萬m3/d，另有在建五水廠1座，設計土建規模為24萬m3/d，一期規模為8萬m3/d。4座水廠原水均取自長江，共設3處取水口，分別為新民取水口(一、二水廠)、橫港取水口(三水廠)和西聯取水口(五水廠)，各水廠和取水口情況如表1所示。

表1 銅陵市水廠和水源情況Tab.1 Introduction of Tongling WTPs and Raw Water Sources

2.2 全市用水量分布情況

圖1 各區域用水量Fig.1 Water Consumption in Each Region

銅陵市平均日用水量為27.5萬m3/d，主要用水區域為長江路以北片區，約為20萬m3/d，超過總供水量的70%；長江路以南片區用水量較小，約為7.5萬m3/d，各區域用水量如圖1所示。一、二水廠位于主城區長江路南側附近，兩座水廠就近服務于長江路兩側用水區域，不足缺口由三水廠補給，三水廠離主城區較遠，輸水距離約為8 km。五水廠位于東部城區，規劃供水范圍為東部城區及其以東的農村區域。

2.3 存在問題

目前，銅陵市供水主要存在以下問題。

(1)取水口水源保護區存在問題

如圖2所示，橫港取水口一、二級保護區內存在中石化安徽銅陵分公司碼頭、銅陵海螺公司碼頭(取水口上游約2 000 m處)、港華燃氣公司碼頭(已停用)、73849部隊碼頭(機密)、長江外貿碼頭(三水廠取水口上游約720 m處)等5座碼頭，水源保護區設置不符合要求，三水廠原水水質存在較大安全隱患，亟需整改。

(2)水廠存在問題

一、二水廠始建于20世紀六七十年代，建設年限長，存在以下問題：單條生產線規模小，制水工藝采用的是斜管沉淀、無閥濾池等傳統工藝，自用水比例高，制水成本高，對原水水質波動適應性較差；水廠自動化水平較低，尤其是在線監測設施不足，不能適應現代化水廠管理要求；水廠用地緊張，盡管近兩年進行了排泥水處理改造，但不具備深度處理改造條件。

此外，近幾年用水高峰時段，一、二、三水廠處于滿負荷運行狀態，供水壓力較大。

圖2 橫港取水口現狀圖Fig.2 Current Status of Henggang Water Intake

3 系統遷建方案

3.1 取水口遷建方案

根據水源保護區設置要求[1]，長江取水口上游保護區長度為3 km，下游保護區長度為0.3 km，上下游共占據長江岸線長度為3.3 km，保護區上下游范圍示意圖如圖3所示。

圖3 水源保護區范圍示意圖Fig.3 Schematic Diagram of the Range of Water Source Protection Area

橫港取水口上游3 km范圍內現狀分布著各類碼頭，上游已無符合要求的取水口位置，因此，取水口只能往下游遷建。根據銅陵港岸線利用規劃圖(圖4)[2]，橫港取水口下游數公里為港口岸線，無法設置取水口。

圖4 銅陵港岸線利用規劃Fig.4 Shoreline Utilization Planning of Tongling Harbor

考慮新建取水口水源保護區設置要求，為節約長江岸線資源，方便水源保護區管理，新建取水口水源保護區應盡量與新民取水口水源保護區重合。因此，新取水口位置擬設于新民取水口附近。

新民取水口下游100 m處有工業取水口一座，再下游200 m處有海事碼頭一座，如果新建取水口設于新民取水口下游，則必須遷移海事碼頭，難度較大，因此新建取水口選址宜位于新民取水口上游附近。結合水源保護區設置要求及現場踏勘情況，最終將新取水口設于新民取水口上游約300 m處。兩者水源保護區合建，實現水源保護區集中保護和統一管理。

3.2 水廠遷建方案

3.2.1 三水廠遷建必要性

橫港取水口遷建至新民取水口后，若要保證原供水系統不變，需從新建取水口處敷設兩根DN1400原水管道至三水廠，單根原水管道長度約8 km，該方案面臨以下問題。

(1)銅陵市主要用水區域為長江路以北片區，長江路以南片區用水量較小，只有7.5萬m3/d。從原水輸送和用戶分布角度來看，若三水廠保留在原地，新取水方案將原水從北側輸送至南側的三水廠，輸送距離達8 km，原水經三水廠處理后，再由南往北輸送8 km至用水量較大的主城區，整個取水、供水過程迂回曲折，能耗浪費嚴重，增加水司運行成本，方案合理性較差。

(2)從新建取水口至三水廠均為現狀道路，道路下方管線密集，新建2根大口徑原水管道沒有路由和管位，實施難度巨大。

(3)新增2根DN1400原水管道需額外增加投資約1.4億元。

以上分析可見，在新取水口位置敷設原水管道至現狀三水廠的方案合理性、可實施性及經濟性均較差。因此，擬將三水廠同步遷建到新建取水口附近，達到水廠就近取水、就近供水的目的。

3.2.2 三水廠遷建選址

從距離新取水口位置近、靠近供水區域等角度考慮，結合現場踏勘，新三水廠選址位于新建取水口所在處長江大堤(濱江大道)東側、長江路以南、白云路以北空地內，如圖5所示。

圖5 新三水廠選址位置圖Fig.5 Location Map of the New No.3 WTP

3.3 工程規模確定

新三水廠遷建后，與一、二水廠距離較近，形成多座小水廠分散供水的格局，這種供水系統整體能耗較高，且管理難度大。一、二水廠處于銅陵市中心位置，地理位置優越，但建設年代久遠，工藝相對落后，廠區用地緊張，不具備提標改造的條件。

針對上述問題，提出逐步關停一、二水廠的方案，通過土地置換，提高本次新三水廠建設規模，即新三水廠設計規模除考慮原有17.5萬m3/d規模外，還需計入一、二水廠12萬m3/d規模。因此，新三水廠設計規模取30萬m3/d。相應地，新建取水口設計規模為30萬m3/d。

4 工程設計

4.1 水廠總體情況

新取水口處水源水質較好，達II類～Ⅲ類標準，結合銅陵市現狀水廠及上、下游城市水廠運行經驗，設計采用常規處理工藝及排泥水處理工藝，同時預留深度處理用地。新取水口和新三水廠距離較近，為便于集中管理，縮短相關涉水手續審批時間，將取水泵房建于大堤陸地側，與新三水廠合建。取水泵房位于廠區的西北角，采用沉井施工。新三水廠總征地面積約176畝。

4.2 取水頭部及原水自流管

取水頭部設計規模30萬m3/d，采用2只DN2000×DN1600不銹鋼三通，三通兩側設格柵，格柵寬度為10 mm，凈距為90 mm。取水頭部通過樁架固定。

原水自流管共設2根，單根口徑DN1600，管材為鋼管，敷設線路與大堤垂直，采用頂管與排管相結合的形式施工。以水廠內取水泵房的進水前池作為頂管工作井，將原水自流管頂向河床，單根頂管長度為246 m，中心標高為-1 m，出河床后采用樁架排管方式，單根長度為60 m。取水頭部所在處河床底標高為-8.5 m，取水頭部中心標高為-5.3 m，比長江最枯水位低6.55 m，能夠滿足長江邊各類小型船只通行安全要求。

4.3 出廠管接管設計

三水廠遷建后，原有的供水格局發生較大變化，需建設配套清水管網來維持全市供水水量、水壓要求。在全市市政管網12個關鍵測壓點的基礎上，采用WATER-CAD給排水大型管網平差軟件，選擇中心城區DN300及以上的給水管道進行平差分析，最終確定：(1)新三水廠二級泵房水泵額定揚程取47 m；(2)新三水廠設2根DN1400出廠管，分別在兩處與DN1000市政給水干管連接。其中，一路出廠管沿白云路、長江西路敷設，在銅官大道與長江西路處與銅官大道DN1000給水管相接，長度為2.85 km；另一路出廠管沿白云路、丹鳳路敷設，在銅官大道與丹鳳路處與銅官大道DN1000給水管相接，長度為1.44 km，新建清水管線總長度約4.29 km。

4.4 原三水廠改造為加壓泵站

三水廠遷建后，原三水廠附近供水區域水壓降低，將原三水廠改造成一座加壓泵站，近期規模2萬m3/d，遠期規模5萬m3/d。具體改造方式為：將二級泵房改造成加壓泵房，將二期沉淀池下疊清水池改造成水庫調蓄池，近期配兩臺增壓泵，單泵流量為1 000 m3/h，揚程為52 m，通過進、出水管路改造，向周邊區域及南部城區供水。

整個給水工程遷建后，在一、二水廠未關停之前，銅陵市新的供水系統圖如圖6所示。待新三水廠建成通水后，即可有計劃地逐步關停一、二水廠，屆時，銅陵市全市供水主要由新三水廠和五水廠兩座大型水廠承擔。

圖6 遷建后供水系統圖Fig.6 Diagram of Water Supply System after Relocation and Reconstruction

5 結語

(1)銅陵作為長江沿岸重要港口城市，沿江碼頭較多，現狀橫港取水口設置水源保護區難度較大。將橫港取水口遷建至新民取水口附近，重新整合、劃分新的水源保護區，兩個取水口水源保護區集中保護和統一管理，有利于提高銅陵市飲用水水源地安全保障。另外，橫港取水口的遷建，釋放了3.3 km長江岸線資源，對銅陵市沿江岸線開發利用起到積極的作用。

(2)以橫港取水口遷建為契機，針對銅陵市現狀供水存在的問題，將現狀三水廠同步遷建至下游新民取水口附近，新建規模較大的新三水廠，有計劃地關停一、二水廠，避免了原有各老舊水廠分散取水、分散供水的弊病，減少了取水泵房與凈水廠的管理、生產和值班人員，提高了供水效率，降低了生產成本。

(3)本工程建成后，銅陵市供水將形成近期新三水廠供水為主、五水廠供水為輔，遠期新三水廠與五水廠兩座大型水廠聯合對滯供水的格局。與現狀相比，供水格局將發生顛覆性變化，建議盡快開展給水規劃修編工作。修編工作側重點在兩個方面：一方面根據當地水量增長情況修正全市需水量預測，另一方面調整全市水廠及供水管網規劃。

(4)在完成取水口水源保護區整改任務的同時，系統遷建方案大大優化了銅陵市全市供水系統，提高了供水水質穩定性，方案具有較高的前瞻性，有利于銅陵市供水事業高質量發展。目前該項目土建部分已完工，正在進行安裝調試，計劃2019年底正式通水。