城鄉(xiāng)供水一體化工程供水方案應(yīng)用研究

梁新平，張麗霞

（新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司,新疆 烏魯木齊 830002）

1 工程概況

新疆喀什“一市兩縣”城鄉(xiāng)飲水安全工程位于喀什市、疏附縣、疏勒縣境內(nèi),工程規(guī)模為大（2）型,設(shè)計(jì)水平年2025 年供水人口101.39 萬人,2025 年最高日供水量為21.89 萬m3/d,年均供水量5926萬m3。該工程徹底解決喀什市、疏勒縣、疏附城鄉(xiāng)供水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)及水源不足的問題,改善項(xiàng)目區(qū)飲水條件,提高居民的生活質(zhì)量。工程主要建設(shè)內(nèi)容包括：新建總水廠1 座,處理規(guī)模為22 萬m3/d；輸水干支管長(zhǎng)度82.81 km,設(shè)計(jì)流量為2.53 m3/s～0.06 m3/s；分水廠8 座。工程總投資112928 萬元。

新疆喀什“一市兩縣”城鄉(xiāng)飲水安全工程水源選擇時(shí),考慮到目前流域上各引水樞紐總體布置是較為合理的,為減少工程投資,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、蓄水工程進(jìn)行分析選擇。通過從受水區(qū)的分布、鄰近可利用的地表水源及已建調(diào)水工程分析,蓋孜河塔什米力克渠首水量、水質(zhì)、地形條件、配水方案均可滿足喀什“一市兩縣”城鄉(xiāng)供水要求,本次推薦蓋孜河塔什米力克渠首地表水水源方案。

供水方案選擇時(shí),考慮到供水用水距離水源相對(duì)較遠(yuǎn),最近的為疏附縣水廠分水口,距離為33.83 km,最遠(yuǎn)的為喀什市城東水廠,距離為61.07 km。當(dāng)采用在水源地附近新建總水廠集中配水到戶時(shí),沿線各管道均為配水管道,設(shè)計(jì)流量均需按最高日最高時(shí)流量考慮,計(jì)入變化系數(shù)后管徑將增加較多,造價(jià)增加較多；且此時(shí)整個(gè)供水區(qū)為配水系統(tǒng),受水區(qū)范圍大、用戶多,配水流量時(shí)刻變化,運(yùn)行工況非常復(fù)雜,對(duì)管道的運(yùn)行極為不利。采用分水廠分散調(diào)節(jié)、分散供水時(shí),分水廠以上的管道屬輸水管,按最高日平均時(shí)流量考慮,輸水管管徑較小、輸水流量相對(duì)均勻,管道運(yùn)行相對(duì)安全。且各分水廠將受水區(qū)供水系統(tǒng)劃分為8 個(gè)小分區(qū),相互之間不會(huì)影響。當(dāng)輸水管發(fā)生事故時(shí),每個(gè)小分區(qū)均可啟用現(xiàn)狀水源應(yīng)急供水。因此本方案供水方式按“分水廠分散調(diào)節(jié)、分散供水”方案。供水流程為：蓋孜河輸水干渠10+280 取水→沉砂調(diào)節(jié)池→總水廠（水質(zhì)處理）→輸水干支管→各分水廠（水量調(diào)節(jié)及加壓供水）→用水戶。

圖1 工程總布置示意圖

供水對(duì)象位置及分水廠地面高程為疏附縣供水區(qū)位于蓋孜河和克孜河之間,喀什市、疏勒縣供水區(qū)域位于克孜河北岸,從總水廠至干管末端的喀什市城北水廠（第三水廠）之間的地形為起點(diǎn)和終點(diǎn)較高、中間略高的W 形,根據(jù)各水廠地面高程,本次將“一市兩縣”8 座縣城分水廠（輸水干管沿線為農(nóng)村人口供水預(yù)留分水口,共預(yù)留5 個(gè)分水口,分水口以下的管網(wǎng)不在本次建設(shè)內(nèi)容之內(nèi)）劃為3 各供水片區(qū),即疏附縣片區(qū)（疏附縣站敏水廠、廣州新城水廠,水廠地面高程1337 m～1340 m）、喀什疏勒片區(qū)（喀什市西城一水廠、東城二水廠、新城東三水廠、疏勒第一水廠、第二水廠,水廠地面高程1267 m～1296 m）、喀什城北三水廠（水廠地面高程1354 m）,總水廠的水位高程為1470.5 m,從總水廠清水池到喀什疏勒片區(qū)的落差有175 m～203 m,如對(duì)喀什市城北水廠采用重力供水,存在喀什市城西水廠、城東水廠、新城東水廠及疏勒縣一、二水廠設(shè)計(jì)運(yùn)行壓力均超過2.5 MPa,管道壓力較高,安全性相對(duì)較差,為此,本次對(duì)總干管擬進(jìn)行減壓池,對(duì)供水區(qū)最高的喀什市城北水廠擬采取加壓供水,對(duì)于供水方式存在四個(gè)大方案,如下所示：

方案1：不減壓全線自壓輸水方案,即：采用重力自壓輸水的方式進(jìn)入“一市兩縣”8 座分水廠供水方案。

方案2：一次減壓全線自壓輸水方案,即總干管樁號(hào)5+000 設(shè)減壓池、重力自壓輸水的方式進(jìn)入“一市兩縣”8座分水廠供水方案。

方案3：一次減壓一次加壓方案,即：采用干管一次減壓、喀什市城北水廠進(jìn)行加壓輸水,剩余7 座分水廠采用自壓輸水的方案,根據(jù)減壓池位置不同及不同的輸水管徑會(huì)引起揚(yáng)程的較大差別,據(jù)此該方案衍生三個(gè)小方案,具體如下：

方案3-1：低減壓高揚(yáng)水方案,即總干管樁號(hào)8+450 設(shè)減壓池、喀什市城北水廠加壓70 m 供水方案。

方案3-2：低減壓低揚(yáng)水方案,即總干管樁號(hào)8+450 設(shè)減壓池、喀什市城北水廠加壓45 m 供水方案。

方案3-3：高減壓低揚(yáng)水方案,即總干管樁號(hào)5+000 設(shè)減壓池、喀什市城北水廠加壓35 m 供水方案。

方案4：兩次減壓一次加壓方案,即：采用干管兩次減壓、喀什市城北水廠進(jìn)行加壓85 m 輸水,剩余7 座分水廠采用自壓輸水的方案。

圖2 總水廠及各片區(qū)分水廠高程示意圖

圖3 總水廠～喀什市城北水廠地形示意圖

2 工程供水方案分析

2.1 方案一技術(shù)參數(shù)

該方案充分利用總水廠的地形優(yōu)勢(shì),重力輸水至喀什市、疏附縣、疏勒縣的8 座分水廠,其優(yōu)點(diǎn)是管徑最小,流速相對(duì)最大。缺點(diǎn)是靜壓最大,最大靜壓達(dá)到205 m,設(shè)計(jì)壓力達(dá)到3 MPa,管道長(zhǎng)期處在高壓下運(yùn)行,潛在風(fēng)險(xiǎn)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 的等級(jí),盡管管徑小,但高壓的管材和設(shè)備費(fèi)用高,因而該方案投資相對(duì)最高,安全風(fēng)險(xiǎn)最高,該方案工程投資11.45 億元。

2.2 方案二技術(shù)參數(shù)

該方案從總水廠清水池出發(fā),輸水干支管82.81 km,其中在干管31+833、36+305 處右側(cè)給疏附縣分水,在樁號(hào)39+766 處給疏勒縣分水,在樁號(hào)44+984 處給喀什市西城水廠分水,末端53+849 處進(jìn)入喀什市城北水廠。

該方案在總干管樁號(hào)5+000 設(shè)減壓池,通過設(shè)一座減壓池,將管道壓力降低,充分利用減壓池的地形優(yōu)勢(shì),重力輸水至一市兩縣8 座縣市水廠。

其優(yōu)點(diǎn)是靜壓相對(duì)方案一下降,最大靜壓從203 m 下降到163 m,提高了安全保障,缺點(diǎn)是是管徑較方案一有所加大,流速相對(duì)較小。該方案投資11.29 億元,僅次于方案一。

2.3 方案三技術(shù)參數(shù)

2.3.1 方案3-1 技術(shù)參數(shù)

該方案充分利用總水廠的地形優(yōu)勢(shì),重力輸水至除喀什城北水廠以外的疏附縣片區(qū)、喀什疏勒片區(qū)共7 座縣市水廠,通過設(shè)一座減壓池,將管道壓力降低,對(duì)供水區(qū)距離較遠(yuǎn)、供水區(qū)地面高程最高的喀什市城北水廠進(jìn)行加壓供水。減壓池占地面積大,其選址受現(xiàn)場(chǎng)條件約束較大,尤其是不能占用基本農(nóng)田,為此根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況,干管0+000～10+500 段為戈壁灘,可布置減壓池,另外可結(jié)合沿線疏附縣站敏水廠和廣州新城水廠布置減壓池,其余段均在耕地范圍內(nèi),不宜布置減壓池,故本方案在總干管樁號(hào)8+450 布置減壓池,在喀什疏附疏勒干管樁號(hào)46+434 處布置喀什市城北水廠加壓泵站,設(shè)計(jì)流量2567 m3/h,揚(yáng)程70 m。

其優(yōu)點(diǎn)是靜壓相對(duì)方案一下降,最大靜壓從203 m 下降到123 m,提高了安全保障,缺點(diǎn)是增加了一座加壓泵站,提高了運(yùn)行費(fèi)用。該方案投資11.28 億元。

2.3.2 方案3-2 技術(shù)參數(shù)

該方案在總干管樁號(hào)8+450 布置減壓池,在喀什疏附疏勒干管樁號(hào)51+200 處布置喀什市城北水廠加壓泵站,設(shè)計(jì)流量2567 m3/h,揚(yáng)程45 m。

其優(yōu)點(diǎn)是靜壓相對(duì)方案一下降,最大靜壓從203 m 下降到123 m,提高了安全保障,缺點(diǎn)是增加了一座加壓泵站,提高了運(yùn)行費(fèi)用。該方案投資11.31 億元。

2.3.3 方案3-3 技術(shù)參數(shù)

該方案在總干管樁號(hào)5+000 布置減壓池,在喀什疏附疏勒干管樁號(hào)51+800 處布置喀什市城北水廠加壓泵站,設(shè)計(jì)流量2567 m3/h,揚(yáng)程35 m。

其優(yōu)點(diǎn)是靜壓相對(duì)方案一下降,最大靜壓從203 m 下降到163 m,提高了安全保障,缺點(diǎn)是增加了一座加壓泵站,提高了運(yùn)行費(fèi)用。該方案投資11.22 億元。

2.4 方案四技術(shù)參數(shù)

針對(duì)方案二及方案三存在的減壓池以下管道靜壓相對(duì)較大的問題,本方案擬在總干管或喀什疏附疏勒干管上再增加一座減壓池,通過干管沿線地形、占地及水廠情況分析,本次擬在樁號(hào)36+305 疏附縣廣州新城水廠內(nèi)再增加一座減壓池,在喀什疏附疏勒干管樁號(hào)44+984 處布置喀什市城北水廠加壓泵站,加壓泵站設(shè)計(jì)流量2777 m3/h,揚(yáng)程85 m。

其優(yōu)點(diǎn)是靜壓相對(duì)方案二及方案三進(jìn)一步下降,最大靜水壓力控制到最小,最大為82 m,設(shè)計(jì)壓力除跨河段外均可控制在1.6 MPa 以內(nèi),提高了安全保障；管徑得到了優(yōu)化,流速更為合理,該方案投資最小,工程投資11.19 億元。其缺點(diǎn)是增加了一座加壓泵站,提高了運(yùn)行費(fèi)用。

2.5 方案比選

從上述方案分析可知,方案一從總水廠到一市兩縣8座分水廠可實(shí)現(xiàn)重力自壓供水,但輸水干支管中57.2 km 管道靜壓力超過100 m,最大靜壓力205 m,該方案工程投資11.41 億元,年運(yùn)行費(fèi)2658 萬元；方案四從總水廠到除喀什市城北水廠需揚(yáng)水外,剩余7 座分水廠可實(shí)現(xiàn)重力自壓供水,該方案中輸水管道最大靜壓力82 m,該方案工程投資11.19 億元,年運(yùn)行費(fèi)2884 萬元。方案2 從總水廠到一市兩縣8 座分水廠可實(shí)現(xiàn)重力自壓供水,該方案中輸水管道最大靜壓力163 m,該方案工程投資11.25 億元,年運(yùn)行費(fèi)2583 萬元。

表1 各供水方案主要工程及費(fèi)用表

3 結(jié)論

從工程投資、系統(tǒng)安全和運(yùn)行維護(hù)角度分析,確定方案二為最優(yōu)方案。目前工程運(yùn)行情況良好,為目前新疆已建及在建的城鄉(xiāng)供水項(xiàng)目中覆蓋范圍最大、供水線路最長(zhǎng),可為今后同類項(xiàng)目探索城鄉(xiāng)一體化供水方案提供有價(jià)值的參考借鑒。