白沙洲水厂配水系统改造相关问题探讨

胡小琴

（武汉市给排水工程设计院有限公司 武汉 430020）

白沙洲水厂配水系统改造相关问题探讨

胡小琴

（武汉市给排水工程设计院有限公司 武汉 430020）

白沙洲水厂位于武汉市武昌西南郊洪山区，始建于1973年，取水水源为长江，2014年完成新一期改造后，现状总设计规模为 80×104m3/d。白沙洲水厂配水系统改造前，原水管道系统存在主要问题为安全性较差、配水不均匀、气阻严重及厂区内局部原水管段输水能力不足等，以上问题直接影响到水厂的正常生产运行、调度和成本控制，因此对原水系统进行改造。通过增加配水池、局部更换改造现状原水管、调整原混合器结构等项目的实施，已有效地降低了原水系统的安全隐患、减少了原水系统的电能损耗，厂区各净水系统的运行负荷将得到较大的均衡，处理效率将得到有效提高。

白沙洲水厂，原水管系，配水池，混合器

1.项目背景

白沙洲水厂以长江为取水水源，采用浮船取水，共有钢制取水趸船三艘，总设计取水规模为80×104m3/d，其中1#船取水规模30×104m3/d，2#船取水规模30 ×104m3/d，3#船取水规模20×104m3/d。

新一期扩建工程完成后，白沙洲水厂总设计规模为80×104m3/d。厂区内共有五期净化构筑物，其中一、三、五期设计规模为20×104m3/d，四、五期设计规模为10×104m3/d，除二期采用栅条絮凝斜管沉淀池＋双阀滤池净化工艺外，其余均采用网格絮凝斜管沉淀池＋V型滤池工艺形式。

由三艘取水船接出的原水管道在长江堤内滩地上互相连通，堤外原水主干管分为五大进水系统，即五个进水点，管道系统布置如下：

（1）至二期构筑物的原水管道，单独采用DN1200管道穿堤后，沿进厂道路敷设至净化构筑物处。（2）至一期、三期、四期及五期构筑物的原水主干管道，堤外部分管径分别为DN1200、DN1400及DN1600各一根，三条干管采用DN1400连通管连通。其中接至新一期及五期构筑物的原水管，采用两根DN1300管道翻堤后，合并为一根口径为DN1800～DN1600主干管道，向新一期及五期构筑物配水；接至三期、四期构筑物的原水管，采用一根DN1600穿堤管过堤后，在堤脚附近分接两根DN1200主干管，分别向三期、四期构筑物供水。分析白沙洲水厂原水系统改造前布置，存在的主要问题如下：

（1）原水输水管系安全性较差

原水管道与各期净化系统建设同步进行，受建设制约的条件较多，各期管道建设难以统筹考虑，逐步形成现有的原水输水系统。由于各期原水输水管道进行了连接，缺乏必要的安全检修措施，且部分管材为混凝土管，导致系统存在较大的安全隐患。

（2）现状原水管配水不均匀

受建设条件制约，各期管系水头损失差异较大，且无必要的配水设施和合理的调整流量手段，导致各期净化单元相互间配水均匀性较差，给生产运行调度带来一定难度。

（3）现状原水管气阻严重

由于在堤内原水管相互联接过于复杂，且管道埋设深度不一、配件设置差异过大，导致管道阻力和气阻较大。根据水厂实际运行情况及多次现场调查，现状两根DN1300翻堤管道气阻严重，该翻堤管上排气阀所设DN15旁通管需常年开启以辅助排气。

（4）厂区内局部原水管段输水能力不足

经分析计算，净水厂原水输水主干管对应其设计规模，存在如下问题：三期净化单元原水管管径偏小，其流速较其他各期原水管流速明显偏高，水力坡降为一期、五期的两倍左右，为二期、四期的三倍以上。由于各原水管系互相联接，各净化单元进水水面标高一致，水力坡降差异过大，特别是三期净化单元水头损失过大，造成其进水量不足。如要满足三期达到设计负荷，会提高整个原水输水系统水头损失，增加了运行电耗。

通过分析、归纳现状原水管道存在主要问题有：安全性较差、配水不均匀、气阻严重及厂区内局部原水管段输水能力不足。上述问题直接影响到水厂的正常生产运行、调度和成本控制，提出对原水管道系统进行改造。

2.白沙洲水厂配水系统改造方案

2.1 系统方案选择

针对存在的问题，白沙洲水厂原水管道系统的改造应提高原水管道系统输水安全性，改善各期净化单元配水均匀性，方便生产运行调度和管理，拟定以下两个系统改造方案：

方案一：厂外原水管基本维持现状，仅对现有混凝土管进行改造更换，增设必要的分段阀门，以提高系统安全性；通过局部管道改造（增设必要连通及分段阀门），改善各期净化单元配水均匀性；改造厂区内部分使用年限较久的原水管道。方案二：通过管道改造（切断堤内连通管），形成三条管系独立运行，管系更为简洁、明晰，方便了运行调度，同时也提高了系统安全性；在厂内选择适当位置，采取适宜的配水形式，改善各期净化单元配水均匀性；改造厂区内部分使用年限较久的原水管道。上述两方案的主要区别在于，方案一必须增设必要的分段阀门，维持现有运行和配水方式；方案二切断现有管系连通管，使各管系独立运行，并增设新的配水设施。两方案比较如下：

（1）安全性：

方案一通过在现状连通管段上增设必要的分段阀门以提高安全性。但阀门本身亦是故障点，在堤内江滩上现状连通管上设置的阀门数量越多，越不利于管道系统的日常运行维护。尤其在洪水位期间，当江滩淹没的情况下出现故障时，阀门和管道的检修将难以进行。方案二一方面配水前形成三条独立管系，各管系之间互相独立，当其中一条管系出现故障时，不影响其他两个管系的正常输水，输水安全性高；另一方面，仅在三条独立管系进配水设施前设置阀门，阀门位于堤外，日常检修及维护不受水源水位影响；且阀门处于常开状态，降低了系统的故障率。

（2）配水均匀性：方案一各系统进水量调节需调整阀门开启度，难以准确控制，对各系统配水均匀问题的改善作用有限，且易造成阀门损坏。方案二在采取合适的配水方式的条件下，可大大改善各期净化构筑物配水均匀性，方便运行管理调度。

（3）施工难易程度及对生产的影响：方案一在现DN1200甚至更大口径管道上新设置阀门，共计12台。施工难度较大，水厂停产时间较长，将大范围影响城市正常供水，对正常生产运行影响较大。方案二对现状管道的影响主要是断、堵管，其施工难度较方案一的增加阀门要低，对正常生产运行影响程度亦较低。

白沙洲水厂原水管道改造，应首先确保提高输水安全性，方案一中三条独立管系的系统布局，明显具有安全性优势。在确保安全性的前提下，改造方案应改善现状配水不均问题，方便运行管理。方案一采用现有配水方式，对均匀性改善作用非常有限；方案二采取合理的配水方式后，可很大程度改善配水均匀性（具体配水方式比较选择详下文）。与此同时，改造方案应力争施工方便，尽量减小对正常生产运行的影响。

综合以上两方案比较，鉴于方案二在提高管道安全性、改善配水均匀性及降低施工难度等方面的优势，推荐采用方案二。

2.2 配水形式选择

对净水厂原水管的配水形式，一般有管道配水和配水池配水两种形式，分述如下：

配水池配水：设置配水井连通，采用可调堰板调节各期构筑物流量。三条取水船分别通过三条主干管直接接入配水井进水区，经堰板调节后进入配水区，并采用五条独立管系分别接至各期构筑物。

管道配水：设置连通母管连通，并设置必要的分段阀门，以作管道及设备检修之用。三条取水船分别通过三条主干管直接与连通母管碰接，碰接前均设置阀门；由连通母管分接五条独立管系，分别接至各期构筑物，分接起端设置阀门。

若堤防有软弱土层地基，需通过渗流、抗滑稳定来分析安全系数，确定加固堤防断面以及处理措施，确保安全稳定计算指标符合规范要求。对于有软弱土层的建筑物，其地基处理方案、基础形式要在安全、技术可靠、经济合理、施工方便、施工周期等方面进行充分比选后确定。当该持力层层厚较薄、下卧好土层时，可考虑换填黏土、水泥土、砂石垫层等方法进行处理；如持力层层厚较厚，考虑采用预制桩或者木桩进行地基处理，桩与桩间土形成复合地基。

以下主要对两配水形式的安全性、配水均匀性以及经济性分别比较如下：

a.安全性

配水池配水方案中，三根进水主管进入配水井后，于进水区设置隔墙，并采用孔洞连通，当其中一根进水管系出现故障时，可采取关闭闸板后检修，以达到不影响其他两个管系正常进水、正常配水的目的，提高系统安全性。由于配水井采用钢砼结构，只要注意施工质量是可以保证其抗震和防渗的安全。进水阀门长期处于全开，其损坏和检修机率很小。配水井内无转动机械设备，且出水活动堰不需经常调节其损坏和检修机率也很小。各闸门检修部份基本处于水面上，检修、操作方便。

管道配水方案中，连通母管与三根进水管、五根出水管碰接，通过设置分段阀门，可适当提高个别管段故障时的输水保障率。但由于管道节点较多，母管上需设置的分段阀门多达7套，数量较多，事故出现的机率也将增大，且阀门检修较闸门难度大。

b.配水均匀性

配水池配水方案中，通过计算配水井至各期构筑物进水点处的水头损失，以合理确定配水井高度，并通过配水井进水区设置的可调堰板调节堰上水头，保证各期构筑物水量分配的均匀性。

管道配水方案中，由于只能通过调节阀门开启度进行流量调节，难以保证各期构筑物配水的均匀性，且不适当的增加了水头损失和阀门故障。

2.3 配水池设计

新建配水井布置于净水厂内现状空地处。配水井由进水区、配水区和溢流区三部分组成，平面尺寸为：L×B=35.4×13.2m，有效水深 4.0m。通过试算，设计流量条件下，各期配水堰堰上水头为 0.2m，此时 10×104m3/d规模对应的堰长为8.2m，配水井设置可调节出水堰门。

3.原水系统改造中需关注的问题

3.1 配水池设计

配水池采用堰式配水，通过调整堰上水头的高度，可灵活控制各期的净化水量负荷，是大型净水厂中多期配水系统中应用普遍的一种配水形式。

通过白沙洲水厂配水池的实际运行效果，在条件合适的情况下，应适当加深配水池有效水深，以减小原水进入配水池的波动，保证堰上水头相对稳定。

白沙洲水厂配水池中各期进水均采用电动可调堰，可以结合实际供水需求，合理调节堰高度，尤其在低流量需求情况下，通过整体调低堰顶高程，以降低取水净扬程，达到节能的目的。

3.2 配水池后系统水头损失计算

白沙洲水厂混合工艺采用管式混合器。配水池至各期絮凝池水头损失均按阀门、混合器、弯头、三通等配件逐个计算，其中管式混合器水损按厂家样本进行选取。配水池调试过程中，通过实际测定管式混合器实际水损，均远远高于厂家样本中1.0m左右的推荐值，导致配水池整体水位较高的情况下，才能正常进入絮凝池。配水池原设计超高1.0m，实际运行时，仅能保证0.3m左右。

4.结论及建议

（1）一般年限较旧的大型水厂，由于多期建设、管系随各期建设等问题，普遍存在与白沙洲水厂类似的安全性较差、配水不均匀、气阻严重及厂区内局部原水管段输水能力不足等问题。在水厂规划设计时，需合理考虑适当的配水形式，保证各期净化系统水量均衡、高程衔接合理。

（2）配水池采用堰式配水，通过调整堰上水头的高度，可灵活控制各期的净化水量负荷，是大型净水厂中多期配水系统中应用普遍的一种配水形式。

（3）配水池设计中，需关注配水池有效水深，建议条件适宜情况下尽量加深；在水量需求变化较大的情况下，配水池建议设置电动调节堰，以达到低流量时降低取水能耗的目的。

（4）配水池至后续处理单元之间的水头损失，需按各工况流量复核计算。在混合工艺采用管式混合器时，需尤其关注管式混合器的实际过流水头损失。

胡小琴，女，1981年9月出生，湖北武汉人，工作单位武汉市给排水工程设计院有限公司，职称为市政给排水工程师，硕士研究生学历。

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1007-6344（2016）03-0333-02

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