淺談錦西烏金塘水源凈水廠選址優(yōu)化設(shè)計

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簡介： 凈水廠的選址設(shè)計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，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

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23.5萬人?，F(xiàn)狀總供水量22.1萬m³/d，各大企業(yè)自備水源供水量20萬m³/d，市政供水量2.1萬m³/d。市政供水人口15.98萬人(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，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越突出。根據(jù)測算：錦西市城區(qū)設(shè)計當(dāng)年需水量為4.73萬m³/d，尚缺少2.63萬m³/d；1995年需水6.722萬m³/d，缺水4.622萬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)部門批準(zhǔn)同意從烏金塘水庫引水，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m³/d(其中2萬m³/d原水供給鋅廠)設(shè)計，凈水和配水工程均按5萬m³/d設(shè)計，工程內(nèi)容包括取水頭部泵站從水庫電站輸水洞取水加壓，經(jīng)過DN1 000、長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)過水質(zhì)凈化處理后，加壓送入各配水區(qū)管網(wǎng)。對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)問題、以及能否通過廠址選擇確定最佳的總體供水系統(tǒng)方案等問題在本工程的設(shè)計中顯得至關(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)計原則，對烏金塘水源供水工程新建凈水廠的位置選擇了兩個廠址方案。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，水廠二泵站年動力費(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，連山區(qū)、龍灣區(qū)、葫蘆島區(qū)用水量分別為2.98萬m³/d、2.7萬m³/d、2.54萬m³/d，而該水廠到以上各區(qū)接管點(diǎn)的干線長度分別為3.14km，3.01km、2.899km。這種情況對地勢較平坦的三個區(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)的管道長分別為5.2km、2.70km和3.29km，為解決該市的開發(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，通勤車行車距離長等缺點(diǎn)。
　　在管道工程造價方面：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長的城區(qū)無效供水管道，此方案輸水管道總長9.99km，其中DN900管道長4.99km、DN800管道5.0km，工程造價747.9萬元，玉皇閣水廠方案輸水管道總長7.676km，其中DN800管道長4.676km、DN700管道長3.0km，工程造價466.4萬元?？梢婟R家屯水廠方案輸水管道高出281.5萬元。
　　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，累計長度9.139km，工程造價505.16萬元；齊家屯水廠方案需要鋪設(shè)DN900～DN500管道，累計長度12.49km，工程造價681.82萬元。齊家屯比玉皇閣水廠方案高出176.66萬元。
　　各供水負(fù)荷區(qū)的配水管網(wǎng)改擴(kuò)建工程是在兩個方案的相同配水量情況下，對原有配水管網(wǎng)進(jìn)行必要的管道改造和擴(kuò)建。本設(shè)計按1995年和2000年兩個時期的需水量分別進(jìn)行必要的平差計算，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管道累計長20.928km，工程造價500.32萬元(不含消火栓和破路面費(fèi)，下同)；齊家屯水廠方案為DN600～DN150管道累計長20.928km，工程造價498.45萬元。兩個方案配水管網(wǎng)改擴(kuò)建工程量基本相同。
　　年動力費(fèi)用方面：在凈水廠廠址選擇的方案比較中，年動力費(fèi)用是衡量廠址選擇的重要因素之一，而年動力費(fèi)又取決于水廠泵站的泵型選擇和電費(fèi)因素。我們在設(shè)計中針對每個水廠廠址方案選擇了兩種泵型組合方案。又針對能否將新建水廠泵站與原有水廠泵站聯(lián)合工作問題，設(shè)計除了考慮充分利用原有給水設(shè)施外，還要考慮整個供水系統(tǒng)的泵站都要處于高效、節(jié)能的工作狀態(tài)。為此，在設(shè)計中，我們把利用原水廠泵站(1臺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水廠泵站與原有泵站的兩個泵型方案共組合出8種不同泵站匹配狀態(tài)方案。再根據(jù)不同時期不同用水量和各區(qū)的配水管網(wǎng)狀況，對每種泵型匹配方案利用微機(jī)平差計算，求出各自的設(shè)計工況點(diǎn)，并計算出年動力費(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)周圍的管網(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，而年動力費(fèi)第五方案比第八方案多0.522萬元，但是第八方案需對原水廠泵站進(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12sh-9B(1臺備用)，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12sh-9A(1臺備用)配用電機(jī)功率155kW、工況：Q_P=544.84L/s，H_P=51.29m，以上兩個方案對應(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臺并聯(lián)工作。各方案的工況比較詳見表1。根據(jù)設(shè)計確定的泵型和設(shè)計流量、揚(yáng)程計算年動力費(fèi)用，電費(fèi)按每0.25元/kW ^. h(設(shè)計時當(dāng)?shù)靥峁┑碾妰r)計算，因?yàn)樾陆ㄋ畯S和原凈水廠泵站同時向管網(wǎng)內(nèi)供水，為了使計算結(jié)果更具有可比性，我們將兩個泵站的年動力費(fèi)同時計算。為了便于管理，新水廠泵站設(shè)專線向葫蘆島區(qū)供水、電費(fèi)單獨(dú)計算，統(tǒng)一匯總，參加技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。計算結(jié)果是：玉皇閣水廠方案全部年動力費(fèi)為75.521萬元，齊家屯水廠為66.046萬元。

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3.6萬元。玉皇閣水廠廠區(qū)填土需從廠外運(yùn)土8 100m3，造價4.05萬元，齊家屯水廠內(nèi)部土方平整和擋土墻需4萬元。廠前道路齊家屯方案比玉皇閣多80m，造價4.36萬元(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)過方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較可見：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456.29萬元。玉皇閣水廠比齊家屯水廠動力費(fèi)高9.474萬元，按照國家有關(guān)規(guī)定管網(wǎng)按7%提取折舊基金，即每年456.29萬×7%=31.94萬元。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，則兩個水廠廠址方案的經(jīng)濟(jì)比較的差別就更大。因此，設(shè)計最終選擇了玉皇閣水廠的廠址方案。

2　結(jié)束語
　　烏金塘水源供水工程于1992年立項(xiàng)、1993年設(shè)計并施工、1994年全面建成投產(chǎn)。1995年實(shí)現(xiàn)供水4.04萬m3/d。1998年供水量達(dá)4.8萬m3/d。目前，按照設(shè)計選址的新建凈水廠二泵站和原凈水廠二泵站同時向市區(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。

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