新余市城市供水應急水源工程設計分析

高 飛

(中鐵水利水電規劃設計集團有限公司，江西 南昌 330001)

1 工程概況

新余市目前正常運行的市第三水廠現設計供水規模10萬m3/d，水源為仙女湖(江口水庫)，取水口在老碼頭位置；市第四水廠設計供水規模15萬m3/d，水源為孔目江白云水庫，取水口在庫內；兩水廠總設計供水規模為25萬m3/d，其中枯水期兩水廠的總供水能力僅約19萬m3/d。新余市第三、第四水廠供水范圍主要為新余市中心城區，目前兩水廠供水主管網尚未聯通，實行城南和城北分片供水體系[1-5]。

新余市供水工程主要存在以下幾個方面問題：

(1)江口水庫水源水質問題。江口水庫為市第三水廠取水水源，水庫水質受上游宜春和萍鄉等城區的生活以及工農業用水影響，而新余市自身無法對江口水庫上游水源進行有效的管理，入庫水質無法得到控制，從而導致市第三水廠水源水質可靠性降低。2016年4月，江口水庫水污染事件爆發，導致市第三水廠無法正常供水，新余市全市用水出現極度緊張狀況，近半個城市居民用水受到影響。同時，通過江口水庫水源水質分析，水庫庫區及庫周底泥中存在一定程度的重金屬污染，水庫水質存在逐漸變差的風險和趨勢。

(2)應急水源問題。新余市城市供水無備用水源，一旦發生突發事件，將對城市供水與社會穩定產生極大的影響。

(3)孔目江存在工程性缺水與資源型缺水?？啄拷瓰樾掠嗍兄饕恿?，流域面積597 km2，多年平均徑流量5.09億m3?？啄拷此|較好，便于保護與管理，是新余市較為理想的水源地，但流域水利工程對徑流的調節能力弱，而流域內的生產、生活、生態用水不斷增加，水資源利用矛盾突出。白云水庫為第四水廠取水水源，由于庫區淹沒等問題難以解決，至今水庫一直按死水位運行而未蓄水，水庫基本無調蓄能力，水庫來水量不能滿足水廠設計供水需求。此外，孔目江白云水庫下游河段為新余市重要景觀濕地河段，生態需水量大，水質要求高，枯水期第四水廠取水后，河段生態水量缺口大，來水不能滿足濕地景觀要求。

獅子口水庫應急備用水源工程作為新余市城市備用水源工程規劃的一期工程，在新余市城市供水體系中的地位尤為明顯，提高了現階段至規劃水平年新余市城市供水體系抗風險能力，保障了城市居民用水安全，為維護社會和諧穩定起到了不可替代的作用。

2 供水線路選擇

本工程應急供水規模為多年平均日供水量16.0×104t，取水口位于獅子口水庫，水質達到三類水質標準，興利庫容為1240萬m3，經論證能夠滿足應急供水的要求。

本工程建成后將成為新余市城市供水應急備用水源地，現狀規劃水廠分別為第三水廠和第四水廠，水源地分別為江口水庫和孔目江。考慮本次設計主要應對新余市應急供水突發事件，供水管線采用單管布置方案。獅子口水庫至第四水廠供水管線工程是新余市應急備用供水線路一期工程，本階段根據供水工程區的地形地貌及道路交通分布情況進一步對供水線路進行比選，見圖1。

圖1 兩方案線路布置圖示

方案一(推薦方案)：線路為取水口—春龍大道—滬昆高速—陽光大道—第四水廠，長7.535 km；

方案二(比較方案)：線路為取水口—S223省道—三石建材—滬昆高速—鐵路線—賽維大道—第四水廠，長7.53 km。

根據現場實測資料，兩個方案的地質情況基本相同，方案一與方案二線路長度基本相等，方案一比方案二建筑投資多178萬元，但是方案二線路主要是沿著省道及鐵路線布置，省道交通繁忙，且沿著鐵路線施工需與鐵路部門協商，管線施工難度較大且對交通影響很大；方案一管線便于施工且對交通影響不大，為了滿足該工程施工目標，因此，本次選擇方案一線路方案。

3 輸水方式及主要建筑物

3.1 輸水方式

新余城區應急供水從獅子口水庫引水，水庫死水位為62.8 m，水廠水池頂高程為75.5 m，不具備自流條件，需新建提升泵站，輸水方式采用加壓式。同時由于大部分供水管線位于城區，為避免沿途水質污染，擬采用管道輸水。為減少管線施工開挖，減少工程投資，采用“先提升、后輸水”的方案。

3.2 管徑確定

新余應急供水采用泵站加壓輸水方案。本工程設計流量為2 m3/s，若采用大管徑則可減少水頭損失，降低泵站裝機，但相應增加管材投資；若采用小管徑則可減少管材投資，但水頭損失加大，相應增加泵站裝機。本次設計考慮管道經濟流速的因素初步選用管徑1.0 m、1.2 m、1.5 m三種管徑方案進行比選，三種管徑主要工程量及投資見表1。

表1 三種管徑主要工程量及投資

通過工程量及投資比較可知，1.0 m管徑方案投資最省，管道流速為2.6 m/s，1.2 m管徑方案投資次之，管道流速為1.8 m/s，1.5 m管徑方案投資最大，管道流速為1.1 m/s。考慮到應急供水流量大、運行時間短等特點，工程投資主要由管材決定，而管徑增大相應管材投資亦大幅增加。雖然1 m管徑方案投資最省，但管道流速最大，對管道產生的水錘影響較大，因考慮縮短管道直徑的前提下盡量在經濟流速范圍內加大管道流速，且1.0 m管徑方案時的裝機容量為3600 kW，比1.2 m管徑方案增加較多，運行期運行費用將大幅增加，綜合比選，本階段選取1.2 m管徑方案。

3.3 管材選擇

供水工程對輸水管道在安全性、管材強度、耐壓性、密封性、水力條件、施工維修、使用壽命等方面有較高的要求。輸水管道按材質分，主要有預應力混凝土管、鋼管、預應力鋼筒混凝土管、球墨鑄鐵管和玻璃鋼夾砂管等，作為供水工程輸水管道各具優缺點。

考慮輸水安全性、管道安裝方便、工程地質條件以及綜合造價，并結合當地供水管線管材使用情況及城市供水的重要性，本工程輸水管線采用球墨鑄鐵管，跨高速路及鐵路段采用鋼管。

3.4 輸水方案布置比選

本次設計對兩種布置方案進行定性比較：

方案一：泵站加壓和重力輸水方案。樁號0+000～1+800段采用泵站加壓提水，樁號1+800～7+535段采用重力加壓輸水至水廠。泵站布置在獅子口水庫取水口，泵房提升后2根出水鋼管合并成一根鋼管與球墨鑄鐵管連接后沿春龍大道布置至高位水池，該段長1.8 km。高位水池布置在樁號1+800處，高位水池采用鋼筋混凝土結構，底高程為95.0 m，斷面尺寸為(長×寬×高)16.0 m×16.0 m×6 m。高位水池出口接球墨鑄鐵管采用重力輸水的方式至水廠，該段長5.735 km。本工程球墨鑄鐵管管徑為1.2 m，供水管線總長7.535 km。

方案二：泵站加壓輸水方案。該方案采用泵站加壓提水至水廠。泵站布置在獅子口水庫取水口，泵房加壓提水后由2根出水鋼管合并成一根鋼管與球墨鑄鐵管連接后沿春龍大道和陽光大道至水廠，球墨鑄鐵管管徑為1.2 m，長7.535 km。

通過比較，兩方案采用的管材及管徑相同，供水線路總長相同，考慮到本工程設計水頭較小，雖然方案二加壓管道比方案一管道加壓管道長，產生水錘影響大，但方案二工程投資小，運行管理方便，水質也能更好地控制，經綜合分析，本階段選擇方案二為推薦方案。

4 工程總體布置

本次設計供水水源為獅子口水庫。獅子口水庫為中型水庫，水庫設計洪水標準為50年一遇，校核洪水標準為1000年一遇；正常蓄水位為72.8 m(黃海高程，下同)，設計洪水位為73.56 m，校核洪水位為74.16 m，死水位為62.8 m；水庫總庫容1750.0萬m3，興利庫容1240萬m3，死庫容220.5萬m3。本工程采用的泵站加壓的輸水方式，線路為取水口—春龍大道—陽光大道—第四水廠。在取水口新建泵站1座，采用2臺SN700-M14/602型離心泵，裝機1260 kW，泵站進水口采用分層取水，取水管中心高程為61 m和66 m，出水管采用兩個直徑700 mm的鋼管合并成一根直徑1.2 m的鋼管與球墨鑄鐵管連接，經泵站提升輸水至第四水廠。本工程供水管線采用球墨鑄鐵管，管徑為1.2 m，長7.535 km，管橋2座。根據管線布置，供水管線沿線共布置排泥(水)閥井10個，排氣閥井17個，檢修閥井11個。

4.1 泵站

(1)泵站站址選擇。由于獅子口水庫的死水位為62.8 m，根據現場地形查勘及水庫庫底高程的復核，為了能夠在滿足泵站布置進水口高程在死水位以下，供水線路最短，投資最省，并且方便施工布置，泵站站址選擇在距春龍大道1.0 km左岸位置。

(2)泵站布置。泵站由吸水管、泵房、出水管組成。

進水口采用分層取水的方式，進水口鋼管分上、下兩層布置，在泵站內合并后采用直徑900 mm 鋼管與泵站機組連接，采用單機單管布置，進水管中心線高程分別為60.0和68.0 m。

泵房采用鋼筋混凝土圓形結構，內徑14.0 m，外徑15.8 m，底板高程59.15 m，泵房內設有2臺SN700-M14/602型水泵、2臺YX2-500-6/630型異步電機、閥門及管路等，機組之間間距為4 m；安裝間布置在泵房一側；泵房工作平臺地面高程為75.20 m，泵房屋頂梁底高程為82.70 m。

出水口采用2根700 mm鋼管合并成一根直徑1200 mm與球墨鑄鐵管連接。

泵房建基面高程為56.95 m，基礎持力層地基承載力滿足要求。

(3)泵房工作平臺高程確定。根據《泵站設計規范》(GB/T 50265—2010)，泵站上部的工作平臺設計高程應按設計洪水位或校核洪水位加波浪高度和安全超高確定。

根據工作平臺高程計算并結合岸邊道路高程情況，綜合考慮運行管理、檢修及設備安裝、運輸等便利，工作平臺高程應與岸邊道路齊平，因此確定工作平臺設計高程75.20 m。

(4)泵房穩定分析。根據地質資料，泵房基礎坐落于砂巖層上，承載力標準值僅300 kPa。

泵房穩定計算成果見表2。

表2 泵房穩定計算成果

計算結果表明，泵房抗浮穩定滿足規范要求，由于基礎持力層為基巖，基礎承載力及抗滑穩定滿足要求。

4.2 輸水管線

4.2.1 管道設計

輸水管采用鋼管、球墨鑄鐵管，管徑為DN1200。根據管線布置，供水管線沿線共布置排水閥井10個，排氣閥井17個，檢修閥井11個。本次設計管道頂部覆土深度為1.0 m。

4.2.2 管道水力計算

管線上各點的水頭損失計算結果見表3。

表3 水頭損失計算 m

綜上所述，輸水管線過流能力滿足應急供水的要求。

4.3 管橋設計

根據輸水線路布置，在樁號1+450和7+080處采用鋼管跨滬昆高速和上新鐵路。樁號1+450處采用二跨布置，每跨長15 m，C30混凝土支墩下設C25混凝土墊梁，墊梁基礎為細砂巖，承載力為260 kPa，能滿足要求，支墩斷面尺寸為長×寬×高(3.51 m×1.52 m×8.50 m)；樁號7+080處采用三跨不等跨布置，中間跨長15 m，邊跨長10 m，C30混凝土支墩下設C25混凝土墊梁，基礎為礫質黏土，承載力為260 kPa，能滿足要求，支墩斷面尺寸為長×寬×高(3.51 m×1.52 m×7.30 m)。鋼管與支墩之間設置1.3 m高C30混凝土支座，鋼管直徑為1.2 m。

5 結 語

文章從新余市城市供水工程存在的問題展開論述，通過方案比選確定供水路線，并根據工程實際情況確定輸水方式，繼而確定輸水管徑、管材等；文章通過論證確定工程方案，通過相關的計算及復核分析證明方案是合理可行的。應急備用水源項目的實施，將對新余市應急供水提供保障，對于確保區域經濟穩步發展具有十分重大的意義。