淺談錦西烏金塘水源凈水廠選址優(yōu)化設(shè)計(jì)

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簡(jiǎn)介： 凈水廠的選址設(shè)計(jì)不僅要滿足城市總體規(guī)劃要求，還要結(jié)合用水負(fù)荷分布、設(shè)備選型、年動(dòng)力費(fèi)、水廠地形狀況及交通條件、運(yùn)行管理及施工條件等因素進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以確定經(jīng)濟(jì)合理的凈水廠選址方案。
關(guān)鍵字：凈水廠 廠址選擇 優(yōu)化設(shè)計(jì)

Design of Wujintang Raw Water Purification Plant in Jinxi

Sun Junhe et al

　　Abstract: The spot selection of raw water purification plant has to follow the guideline of the general urban plan. Furthermore, in the decision of a reasonable and economical scheme the design will be optimized according to the practi-cal factors such as the distribution of water demand, available equipment, annual power consumption, topographical condition and factors related to communication, operation and construction.0　概述
　　錦西市(現(xiàn)葫蘆島市)管轄連山區(qū)、葫蘆島區(qū)、南票區(qū)、綏中縣、建昌縣和興城市，總面積10 308km²。目前錦西市的連山區(qū)、葫蘆島區(qū)和龍灣新建城區(qū)的建成區(qū)面積為29.2km²，現(xiàn)狀城市人口23.5萬(wàn)人?，F(xiàn)狀總供水量22.1萬(wàn)m³/d，各大企業(yè)自備水源供水量20萬(wàn)m³/d，市政供水量2.1萬(wàn)m³/d。市政供水人口15.98萬(wàn)人(含部分城郊村民)，供水普及率僅為65.2%。
　　錦西市自從成為省轄市以來(lái)，原有的城市基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)滿足不了城市建設(shè)發(fā)展的需要，城市供水的供需矛盾越來(lái)越突出。根據(jù)測(cè)算：錦西市城區(qū)設(shè)計(jì)當(dāng)年需水量為4.73萬(wàn)m³/d，尚缺少2.63萬(wàn)m³/d；1995年需水6.722萬(wàn)m³/d，缺水4.622萬(wàn)m³/d。為了加強(qiáng)該市城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，經(jīng)省政府有關(guān)部門(mén)批準(zhǔn)同意從烏金塘水庫(kù)引水，興建取水、輸水、凈水和配水工程。
　　該項(xiàng)供水工程的規(guī)模為：取水頭部和輸水管道按7萬(wàn)m³/d(其中2萬(wàn)m³/d原水供給鋅廠)設(shè)計(jì)，凈水和配水工程均按5萬(wàn)m³/d設(shè)計(jì)，工程內(nèi)容包括取水頭部泵站從水庫(kù)電站輸水洞取水加壓，經(jīng)過(guò)DN1 000、長(zhǎng)41.135km輸水管道送至城區(qū)東北部的笊笠山上的15 000m³安全調(diào)節(jié)貯水池，然后依靠重力輸水送到凈水廠，經(jīng)過(guò)水質(zhì)凈化處理后，加壓送入各配水區(qū)管網(wǎng)。對(duì)于錦西市這樣新興海濱城市的新建凈水廠而言，水廠廠址如何選擇問(wèn)題、能否充分利用原有供水設(shè)施并以最佳工作狀態(tài)與原有給水系統(tǒng)聯(lián)合供水，從而形成統(tǒng)一的市政供水系統(tǒng)問(wèn)題、以及能否通過(guò)廠址選擇確定最佳的總體供水系統(tǒng)方案等問(wèn)題在本工程的設(shè)計(jì)中顯得至關(guān)重要。本文將詳細(xì)論述新建水廠廠址方案的優(yōu)化選擇。

1　新建凈水廠廠址優(yōu)化選擇
　　新建凈水廠的廠址選擇不僅與原供水設(shè)施現(xiàn)狀、主要用水負(fù)荷分布、城市總體規(guī)劃要求和主要外界條件有關(guān)，還與凈水廠的地形標(biāo)高、設(shè)備選型、年動(dòng)力費(fèi)用、管理及交通條件、施工條件有關(guān)系。根據(jù)錦西市總體規(guī)劃的布局和城市供水的設(shè)計(jì)原則，對(duì)烏金塘水源供水工程新建凈水廠的位置選擇了兩個(gè)廠址方案。第一是玉皇閣水廠方案，它位于連山區(qū)和葫蘆島區(qū)之間的玉皇閣村錦葫公路北側(cè)和錦葫鐵路南側(cè)的平坦地帶(大田作物耕地)，水廠占地2.636ha，自然地面標(biāo)高在海撥7.7m～7.0m之間，該處錦葫公路路面標(biāo)高為8.23m。為配合錦葫公路設(shè)計(jì)路面標(biāo)高和總體規(guī)劃要求廠區(qū)平均填高0.9m，設(shè)計(jì)地面標(biāo)高為8.3m～8.4m之間，二泵站處地面標(biāo)高為8.4m。該廠址距笊笠山水池管道長(zhǎng)度7.676km。二是齊家屯水廠方案，它位于龍灣新區(qū)和葫蘆島之間齊家屯的齊茨公路南側(cè)的山坡上(大田作物耕地)，自然地面標(biāo)高(二泵站處)為16m。兩個(gè)廠址的自然地面高差8.5m左右。該廠址距笊笠山水池管道長(zhǎng)度9.99km。如前所述，笊笠山水池至凈水廠屬于重力輸水，在輸水量相同的條件下，凈水廠位置和地面標(biāo)高的不同可使該管道的管徑不同，造價(jià)也不同。因此這段輸水管線和水廠至各區(qū)管網(wǎng)之間的主干線以及配水管網(wǎng)改造一起參加凈水廠廠址選擇中經(jīng)濟(jì)方面的比較。我們著重從管道工程造價(jià)，水廠二泵站年動(dòng)力費(fèi)用、電力和其它條件以及凈水廠地理位置的優(yōu)缺點(diǎn)等進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)的綜合比較。
　　在地理位置方面：玉皇閣水廠比齊家屯水廠有明顯優(yōu)點(diǎn)。錦西市的城市總體規(guī)劃近期規(guī)劃為連山、龍灣、葫蘆島區(qū)、連灣四個(gè)獨(dú)立組團(tuán)。水廠設(shè)在玉皇閣(座落在連灣區(qū)域內(nèi))，具有用水負(fù)荷分布均勻，水廠與各區(qū)的配水主干線長(zhǎng)度相近，符合城市發(fā)展規(guī)劃要求等優(yōu)點(diǎn)。按照城市規(guī)劃到2000年時(shí)，連山區(qū)、龍灣區(qū)、葫蘆島區(qū)用水量分別為2.98萬(wàn)m³/d、2.7萬(wàn)m³/d、2.54萬(wàn)m³/d，而該水廠到以上各區(qū)接管點(diǎn)的干線長(zhǎng)度分別為3.14km，3.01km、2.899km。這種情況對(duì)地勢(shì)較平坦的三個(gè)區(qū)實(shí)行統(tǒng)一供水，可使泵站揚(yáng)程降低，管網(wǎng)壓力比較均勻，不浪費(fèi)能量。而齊家屯水廠至連山區(qū)、龍灣區(qū)和葫蘆島區(qū)的管道長(zhǎng)分別為5.2km、2.70km和3.29km，為解決該市的開(kāi)發(fā)區(qū)供水還需增加1.3km管道。該廠址存在用水負(fù)荷分布不均，且交通不便，通勤車(chē)行車(chē)距離長(zhǎng)等缺點(diǎn)。
　　在管道工程造價(jià)方面：我們根據(jù)本工程的特點(diǎn)，將管道工程劃分為三部分進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，即笊笠山高地水池到凈水廠之間的重力輸水管道工程、凈水廠至三個(gè)供水負(fù)荷區(qū)的配水主干線工程和配水管網(wǎng)必要的改造工程。齊家屯水廠的原水輸水管道穿越城市規(guī)劃區(qū)，因而增加了2.315km長(zhǎng)的城區(qū)無(wú)效供水管道，此方案輸水管道總長(zhǎng)9.99km，其中DN900管道長(zhǎng)4.99km、DN800管道5.0km，工程造價(jià)747.9萬(wàn)元，玉皇閣水廠方案輸水管道總長(zhǎng)7.676km，其中DN800管道長(zhǎng)4.676km、DN700管道長(zhǎng)3.0km，工程造價(jià)466.4萬(wàn)元。可見(jiàn)齊家屯水廠方案輸水管道高出281.5萬(wàn)元。
　　凈水廠至各供水負(fù)荷區(qū)配水主干線管道工程中，玉皇閣水廠方案需要鋪設(shè)DN900～DN500管道，累計(jì)長(zhǎng)度9.139km，工程造價(jià)505.16萬(wàn)元；齊家屯水廠方案需要鋪設(shè)DN900～DN500管道，累計(jì)長(zhǎng)度12.49km，工程造價(jià)681.82萬(wàn)元。齊家屯比玉皇閣水廠方案高出176.66萬(wàn)元。
　　各供水負(fù)荷區(qū)的配水管網(wǎng)改擴(kuò)建工程是在兩個(gè)方案的相同配水量情況下，對(duì)原有配水管網(wǎng)進(jìn)行必要的管道改造和擴(kuò)建。本設(shè)計(jì)按1995年和2000年兩個(gè)時(shí)期的需水量分別進(jìn)行必要的平差計(jì)算，最后確定1995年期的各廠址方案的配水管道的工程量。其中玉皇閣水廠方案需要改造和新鋪設(shè)DN600～DN150管道累計(jì)長(zhǎng)20.928km，工程造價(jià)500.32萬(wàn)元(不含消火栓和破路面費(fèi)，下同)；齊家屯水廠方案為DN600～DN150管道累計(jì)長(zhǎng)20.928km，工程造價(jià)498.45萬(wàn)元。兩個(gè)方案配水管網(wǎng)改擴(kuò)建工程量基本相同。
　　年動(dòng)力費(fèi)用方面：在凈水廠廠址選擇的方案比較中，年動(dòng)力費(fèi)用是衡量廠址選擇的重要因素之一，而年動(dòng)力費(fèi)又取決于水廠泵站的泵型選擇和電費(fèi)因素。我們?cè)谠O(shè)計(jì)中針對(duì)每個(gè)水廠廠址方案選擇了兩種泵型組合方案。又針對(duì)能否將新建水廠泵站與原有水廠泵站聯(lián)合工作問(wèn)題，設(shè)計(jì)除了考慮充分利用原有給水設(shè)施外，還要考慮整個(gè)供水系統(tǒng)的泵站都要處于高效、節(jié)能的工作狀態(tài)。為此，在設(shè)計(jì)中，我們把利用原水廠泵站(1臺(tái)10sh-9和8sh-13A工作，水廠凈水能力8 000m³/d，泵站處地面標(biāo)高為20.0m)作一個(gè)方案與新水廠泵站選定的兩種泵型組合方案進(jìn)行匹配。這樣玉皇閣和齊家屯兩個(gè)水廠泵站與原有泵站的兩個(gè)泵型方案共組合出8種不同泵站匹配狀態(tài)方案。再根據(jù)不同時(shí)期不同用水量和各區(qū)的配水管網(wǎng)狀況，對(duì)每種泵型匹配方案利用微機(jī)平差計(jì)算，求出各自的設(shè)計(jì)工況點(diǎn)，并計(jì)算出年動(dòng)力費(fèi)。在滿足管網(wǎng)控制點(diǎn)服務(wù)水頭的前提下，我們認(rèn)為：玉皇閣水廠的4種泵型選擇方案中只有第一方案的管網(wǎng)控制點(diǎn)服務(wù)水頭(龍灣新區(qū)的政府小區(qū)周?chē)墓芫W(wǎng)節(jié)點(diǎn))既滿足城區(qū)服務(wù)水頭要求，又可充分利用原有泵站設(shè)施，因此推薦第一方案參加廠址的能量分析比較。在齊家屯水廠的選泵方案中，第五方案和第八方案控制點(diǎn)服務(wù)水頭基本相同，而年動(dòng)力費(fèi)第五方案比第八方案多0.522萬(wàn)元，但是第八方案需對(duì)原水廠泵站進(jìn)行換泵改造等工程，增加相應(yīng)的工程投資。因此設(shè)計(jì)選定不進(jìn)行原泵站改造的第五方案參加廠址選擇的能量分析比較。第五方案中新水廠泵站選用4臺(tái)12sh-9B(1臺(tái)備用)，配用電機(jī)功率135kW、工況：Q_P=538.34L/s，H_P=43.44m；第一方案中新水廠泵站選用4臺(tái)12sh-9A(1臺(tái)備用)配用電機(jī)功率155kW、工況：Q_P=544.84L/s，H_P=51.29m，以上兩個(gè)方案對(duì)應(yīng)原水廠泵站均為10sh-9(配用電機(jī)75kW)，8sh-13A(配用電機(jī)40kW)各1臺(tái)并聯(lián)工作。各方案的工況比較詳見(jiàn)表1。根據(jù)設(shè)計(jì)確定的泵型和設(shè)計(jì)流量、揚(yáng)程計(jì)算年動(dòng)力費(fèi)用，電費(fèi)按每0.25元/kW ^. h(設(shè)計(jì)時(shí)當(dāng)?shù)靥峁┑碾妰r(jià))計(jì)算，因?yàn)樾陆ㄋ畯S和原凈水廠泵站同時(shí)向管網(wǎng)內(nèi)供水，為了使計(jì)算結(jié)果更具有可比性，我們將兩個(gè)泵站的年動(dòng)力費(fèi)同時(shí)計(jì)算。為了便于管理，新水廠泵站設(shè)專(zhuān)線向葫蘆島區(qū)供水、電費(fèi)單獨(dú)計(jì)算，統(tǒng)一匯總，參加技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。計(jì)算結(jié)果是：玉皇閣水廠方案全部年動(dòng)力費(fèi)為75.521萬(wàn)元，齊家屯水廠為66.046萬(wàn)元。

表1　錦西新、老水廠泵站泵型選擇方案

此外，在電力及外線方面，玉皇閣方案比齊家屯方案少3.6萬(wàn)元。玉皇閣水廠廠區(qū)填土需從廠外運(yùn)土8 100m3，造價(jià)4.05萬(wàn)元，齊家屯水廠內(nèi)部土方平整和擋土墻需4萬(wàn)元。廠前道路齊家屯方案比玉皇閣多80m，造價(jià)4.36萬(wàn)元(含征地費(fèi))。齊家屯水廠方案有兩條管道分別穿越五里河、茨山河，故玉皇閣水廠的施工和交通條件都優(yōu)于齊家屯方案。
　　經(jīng)過(guò)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較可見(jiàn)：玉皇閣水廠方案除了地理位置優(yōu)越和交通方便外，僅管道工程就比齊家屯水廠方案節(jié)省一次性投資456.29萬(wàn)元。玉皇閣水廠比齊家屯水廠動(dòng)力費(fèi)高9.474萬(wàn)元，按照國(guó)家有關(guān)規(guī)定管網(wǎng)按7%提取折舊基金，即每年456.29萬(wàn)×7%=31.94萬(wàn)元。建廠投產(chǎn)以后，齊家屯水廠的通勤管理費(fèi)用比玉皇閣水廠高。如果考慮施工期間資金短缺需要銀行貸款的因素，則兩個(gè)水廠廠址方案的經(jīng)濟(jì)比較的差別就更大。因此，設(shè)計(jì)最終選擇了玉皇閣水廠的廠址方案。

2　結(jié)束語(yǔ)
　　烏金塘水源供水工程于1992年立項(xiàng)、1993年設(shè)計(jì)并施工、1994年全面建成投產(chǎn)。1995年實(shí)現(xiàn)供水4.04萬(wàn)m3/d。1998年供水量達(dá)4.8萬(wàn)m3/d。目前，按照設(shè)計(jì)選址的新建凈水廠二泵站和原凈水廠二泵站同時(shí)向市區(qū)管網(wǎng)供水。兩座泵站的機(jī)組工況都能處于高效段工作。玉皇閣凈水廠1 000m3水電耗為293kW . h。

　　△作者通訊處：110005遼寧省城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院
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　　　　　　　　　李彬　葫蘆島市建委