竹山县潘口新区水厂设计与优化

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摘要：竹山县潘口新区水厂新建工程，取水规模4万m3/d，制水规模1万m3/d。本文对水厂的取水和净水主要构（建）筑物设计进行优化和描述。

关键词：山区水厂；取水泵房；原水输水管；净水工艺

中图分类号：TB21 文献标识码：A

1、项目概况

竹山县位于十堰市西北部，地处秦巴山区腹地，是南水北调中线工程的水源地，江汉平原的重要生态屏障。目前县城区生活、生产用水通过城西水厂供给，该水厂现状供水能力2万m3/d，远期规模3万m3/d。

本项目拟新建潘口新区水厂1座，制水能力1万m3/d，以满足潘口电站新区的用水需求。新建取水泵房1座，取水规模近期3万m3/d，远期4万m3/d，以满足城西水厂和潘口新区水厂远期的原水需求。

2、取水工程设计

2.1取水泵房设计

包括取水头部、重力自流管、取水泵房和配电间等。

（1）取水头部和重力自流管

采用堵河作为取水水源，取水点河道段常水位264.00m，洪水位265.17m，枯水位262.00m。

采用喇叭管取水头部，垂直向下式布置，喇叭口尺寸DN1050×700，顶部标高259.61m，底部标高258.87m，前端设置格栅拦截粗大漂浮物，栅条净距50mm，采用56φ10圆钢。取水头部引出2根重力自流管，管中标高260.20m。

重力自流管按远期4万m3/d设计，采用2根D720×9的钢管，近期单根管内设计流速0.99m/s，远期单根管内设计流速0.67m/s，远期事故时单根管流速0.93 m/s。

重力自流管采用冲孔灌注桩支撑，桩直径φ600mm，钢管通过δ=8mm的钢抱箍与桩帽固定。

（2）取水泵房

根据现场踏勘情况和堵河的有关资料，对取水泵房提出两个方案进行技术经济比较。

方案一：采用岸边固定式取水泵房。

方案二：采用移动式取水泵船。

表1取水方案比较表

项目 方案一 方案二

优点 （1）取水井和泵房采用合建方式，布置合理，管理较方便；

（2）受水流、航运影响小，供水安全性较高；

（3）运行维护简单。 （1）土建工程量少，施工周期短；

（2）由于取表层水，原水泥沙含量较小，可降低后续净化构筑物的运行负荷，减少泥沙对絮凝沉淀池的冲击负荷；

（3）船岸连接采用摇臂滚轮支座联络管，能适应水位而无需更换接头，减小频繁操作工作量及更换接头而引起的停水；双摇臂接头，水头损失小，可降低能耗；

缺点 （1）泵房较深，壁厚较厚，土建工程量大，一次性投资较大；

（2）施工难度要求高；

（3）取的是深层水，泥沙含量较大。 （1）取水船受水流、风浪、航运等影响较大;怕冲撞，安全性较差；

（2）船体维护工作量较大；

（3）船体锚链随水位变化收放频繁，劳动强度大。

两个方案各有优缺点，但考虑到山区运输费用较高，而且安全性较差，泵船维护管理较麻烦，为保证供水安全性和保证率，推荐采用方案一，即岸边固定式取水泵房。

取水泵房土建按远期4万m3/d规模设计，设备分期安装，近期按3万m3/d规模配置设备。

取水泵房平面尺寸24.90×8.50m，泵房室内地面标高266.80m，底板标高259.60m。泵房内按远期布置6台水泵泵位，近期安装5台水泵，其中3台水泵往城西水厂供水，单泵流量460m3/h，扬程21m，配套电机功率45kw；另外2台水泵往潘口新区水厂供水，单泵流量460m3 /h，扬程12m，配套电机功率30kw。

（3）变配电间

变配电间平面尺寸9.20×8.50m，建筑面积79.90m2。

图2取水泵房平面布置图

图3取水泵房立面图

2.2原水输水管设计

（1）城西水厂输水管

城西水厂现状规模2万m3/d，远期规模3万m3/d。输水干管按远期一次建成，设计管径DN700，管长2.6km。管材采用K9级球墨铸铁管，承插式O型橡胶圈柔性接头，150mm厚的砂砾垫层基础层。

跨越堵河支流处采用DN700钢管，采用冲孔灌注桩支撑，桩直径φ800mm，钢管采用滑移支座与桩帽固定。

图4过河管道布置图

（2）潘口新区水厂输水管

潘口新区水厂规模1万m3/d。输水管设计管径DN400，流速1.01m/s，采用钢管，管长30m。

3、潘口新区水厂设计

潘口新区水厂主要新建构（建）筑物有取水泵房、絮凝沉淀池、滤池、清水池、综合泵房和加药间等。

3.1净水流程

图5净水厂工艺流程图

3.2单体设计

（1）反应、斜管沉淀池

新建絮凝沉淀池一座，设计流量1.05万m3/d，分两组。

单组网格絮凝池共有8格，单格平面尺寸1.85×1.85m，池高4.20m，设置有ABS材质网格，池内平均有效水深2.73m，絮凝时间20min。竖井间过水孔洞流速为前段0.51m/s，中段0.33m/s，末段0.21m/s，则各段孔洞的尺寸为300×400mm（前3格）、370×500mm（中3格）、400×740mm（后2格）。池底采用DN200穿孔排泥管，使用液动排泥角阀控制。絮凝池出水通过渠道配水至斜管沉淀池，配水渠宽0.8m，内设配水整流板。

单组斜管沉淀池有效沉淀区面积51m2，平面尺寸为7.60×6.80m，池高4.20m。清水区上升流速v=1.40mm/s，斜管内流速v=1.73mm/s，沉淀后的水采用不锈钢积水槽收集。斜管沉淀池斜管上清水区水深为1.18m，斜管选用PVC正六边形蜂窝斜管φ36，斜长为1000mm，安装角α=60o。其投影高度为0.87m，配水区高度为1.2m，底部泥斗高为0.7m，超高为0.3m，则斜管沉淀池总高度为4.20m。池底采用DN200mm穿孔管排泥。

絮凝池与沉淀池合建，平面尺寸21.10×14.90m。

（2）双阀滤池

新建一座双阀滤池，共分4格，单格有效过滤面积17.76m2，双排布置。

设计滤速采用6.3m/hr，强制滤速8.4m/hr，水冲洗强度12L/s.m2；冲洗历时6min。正常过滤时滤池过滤周期23.5hr。原水浊度高时，应缩短滤池过滤周期，以保证水质。

滤床由滤料层和支承层组成，选用石英砂作滤料层，砂粒径do=0.6~1.25mm，砂层厚度1m；承托层采用砾石，粒径 do=2-4mm厚100mm。

进水总渠采用0.6m宽，渠内水深为0.6m，渠道流速为0.34m/s。每条配水渠道供3个池子用，配水渠0.55m宽，渠内水深为0.5m，渠道内流速为0.33m/s。

每格滤池进水采用虹吸管，断面尺寸采用0.28×0.30m，长约为1.5m，虹吸管内流速为0.6m/s，总水头损失为0.1m。

反冲洗排水也采用虹吸管，断面尺寸采用0.32×0.5m，长约为8.5m，虹吸管内流速为1.4m/s，总水头损失为0.4m。

滤池配水系统采用小阻力配水系统（短柄滤头），在滤板上均匀布置，短柄滤头下清水集水区高度为0.8m，滤层砂面以上水深采用1.8m，超高取0.3m，滤池总高度为4m。

单格滤池清水出水管管径为DN200，管中流速为0.97m/s，清水出水总管管径采用DN400，管中流速为0.97m/s。

滤池的反冲洗采用PLC自动控制。滤池总平面尺寸21.10×10.50m。

图6反应沉淀滤池平面图

图7反应沉淀滤池立面图

（3）清水池

新建清水池一座，调节库容设计规模为1083m3，地下式全封闭钢筋砼结构方形水池。清水池平面尺寸为19.6×15.6m（有效尺寸为19×15m），池高4.15m，有效水深3.8m。池中内布置了导流墙，墙底的平衡孔使水流产生短流，防水滞流，池顶通气孔保持池内空气交换，保证水质新鲜，池内布置了进、出、溢流及放空等管道，并有检修人孔，便于管理，为了保证水质，浸泡在池中的人梯材质采用无毒塑料复合钢梯，以方便上、下清洗维修的交通。

（4）综合泵房

新建一座综合泵房，送水兼做反冲洗泵房，设计规模1万m3/d。

送水时变化系数取1.4，最高日最大时送水量为580 m3/h。设计选用送水泵3台，2用1备，水泵Q=290m3/h，H=72m，配用电机P=110kw。

反冲洗水泵按单格滤池冲洗强度设计，设计选用反冲洗水泵2台，1用1备，水泵Q=770m3/h，H=12m，配用电机P=37kw。

泵房起吊设备用一台电动单梁悬挂起重机，G=2t，H=6m，P=3.8kw。

（5）加药间

新建一座加药间，内设加矾、加氯两个系统。

加矾系统采用液体碱式氯化铝做混凝剂，设计投加量为10～20mg/L。原水浊度较低时，投加10mg/L；原水浊度较高时，投加20mg/L。设计采用隔膜计量泵投加，2套（1用1备），单台Q=80L/h，H=0.3Mpa。

加氯点主要考虑清水池的消毒。设计采用二氧化氯发生器2套，单台加氯量300g/hr，1用1备。

3.3总图设计

潘口新区水厂位于堵河小漩段西侧岸边坡地，厂址现状地面高程251.26~270.30m，新建水厂总占地4795m2。

水厂总平面布置时，根据城市主导风向、工艺特点及厂址地形、地质条件等因素，即要考虑流程合理、管理方便、经济实用，还要考虑建筑造型，厂区绿化及与周围环境相协调。设计按照不同的功能分区将整个厂区分为厂前区和生产区。将取水、净水构筑物集中布置在厂区北部，办公楼和厂前区布置在厂区南部。

图8潘口新区水厂总平面效果图

4、设计体会

潘口新区水厂位于贫困山区竹山县，整个县域地形高差起伏大、地质条件复杂，无合适面积的平地用于水厂建设，而且建设资金少、困难多，水厂设计时充分结合地形现状、合理利用空间、优化处理流程和总图布置，节约了用地，并大大减少厂区平整和土建基础处理费用。