再生水补给景观河流用水的方案研究——以宣化区柳川河为例

郭　建　张冠军　马彩凤

(1.河北建筑工程学院，河北 张家口 075000；2.河北省张家口市宣化区市政工程公司 075000；3.中国邮政集团公司张家口市分公司，河北 张家口 075000)



再生水补给景观河流用水的方案研究
——以宣化区柳川河为例

郭建1张冠军2马彩凤3

(1.河北建筑工程学院，河北 张家口 075000；2.河北省张家口市宣化区市政工程公司 075000；3.中国邮政集团公司张家口市分公司，河北 张家口 075000)

摘要:柳川河综合治理工程共分为三期进行，由于一、二、三期柳川河景观河道地形高差较大，选定串联分区的模式进行再生水输送.在输水管道上预留取水口，为城市绿地灌溉、道路清洗以及洗车用水等提供再生水源.充分利用现状地形进行加压泵站设计，有效降低泵站后期运行费用.根据对两种管材的经济、技术指标比选，选用两种管材相结合的方式进行管道铺设，并从基础、接口、阀门安装等方面简要介绍了管道施工方案.

关键词:景观河流；再生水利用；串联分区；泵站设计、管道施工

0引言

我国北方地区城市普遍面临着水资源短缺的困境，在不断采用工程手段开发新的水源的同时也应注意提高水资源的利用效率.目前，我国大中城市的生活污水和工业废水多由污水处理厂进行集中处理，随着污水处理工艺和设备的不断更新和改进，处理后的再生水水质也由二级标准提高到了一级标准[1].再生水水质的提高为再生水补给景观河流用水创造了有利的条件，但是如何根据工程实践规划再生水回用路径是一项值得探讨的关键问题.

张家口市宣化区地处河北省西北部，根据城区总体规划拟将区内羊坊污水处理厂处理后的再生水引入柳川河，阶段性实现水环境修复和景观再造[2].柳川河综合治理工程共分为三期进行，但是一、二、三期柳川河景观河道地形高差较大，在综合考虑经济效益和社会效益的基础上进行再生水回用路径规划具有十分重要的现实意义.

1工程背景

柳川河是宣化区内的一条重要河流，隶属洋河分支.柳川河流域面积428.2 km2，全长60.2 km2，平均坡度6.4‰，由北向南流入宣化区后绕城折西转南汇入洋河，自上游至下游分别为三期河道、一期河道、二期河道.柳川河属于季节性河流，具有行洪时间短、洪峰流量大等特点，河道内径流时间为同年6月至9月，一般年份洪水次数为2～3次.

羊坊污水处理厂地处宣化区东南，设计规模为近期日处理污水12万吨，远期日处理污水18万吨.羊坊污水处理厂现状每天产生约10万吨再生水，经工艺改造后出水水质提高到了一级A标准，但是再生水的回用程度十分有限，仅有少量用于热电厂冷却用水，其余直接排入洋河，开发与利用空间巨大.

柳川河综合治理工程拟将羊坊污水处理厂处理后的再生水引入柳川河，阶段性实现水环境修复和景观再造.目前，柳川河综合治理工程一期工程已经竣工，整个河道采用橡胶坝、溢流堰等挡水措施，并配合混凝土与复合土工膜防渗，使柳川河城区段的防洪标准提高到了50年一遇的水平，社会效益显著.在进行二期、三期柳川河综合治理过程中，由于河道高差较大的客观原因，导致再生水回用需借助泵站的提升，但是泵站的运行需要花费大量费用，如何合理规划再生水回用路径、选定泵站数量及位置关系着整个工程的经济效益，现实意义不言而喻.

2方案选定

2.1再生水回用路径总体规划

考虑到河道上下游高差较大的客观条件，拟采用分区供水的方式实现再生水的提升与输送.选用分区供水模式，可以有效避免下游管道内水压过高的问题，在节约能耗的同时也可以节约管材造价.具体供水模式如下图所示：

图1　柳川河景观供水工程引水方案

在上述再生水输送方案中，首先对加压泵站Ⅰ及其附属管道进行施工，由其负责为柳川河一期河道和二期河道供水；然后对加压泵站Ⅱ以及附属管道进行施工，由其负责为柳川河三期河道供水.其中，加压泵站Ⅰ直接从污水厂退水渠中取水，加压泵站Ⅱ从一期河道中取水，两座泵站呈串联形式.

除向柳川河正常供水外，同时考虑利用再生水为城市绿地灌溉、道路清洗以及洗车用水等提供水源，将再生水的社会效益最大化.其中，柳川河一、二期河道两侧绿地可从加压泵站Ⅰ附属管道沿线预留取水口直接取水，柳川河三期河道两侧绿地可通过便携式取水泵从河道内取水，加压泵站Ⅱ附属管道沿线不另设预留取水口.

2.2加压泵站设计

在加压泵站Ⅰ设计中，充分利用现状地形高差，使再生水通过自流方式流入吸水井，降低了水泵的后期运行费用.羊坊污水处理厂总退水管为DN1400钢管，在总退水管上接入DN1000配水支管至吸水井，并通过阀门的启闭控制泵站转输水量.因为柳川河景观用水量远低于污水厂日排放量，且污水处理厂再生水为连续出水，水量充足无需设置调蓄池.吸水井设计为钢筋混凝土结构，加压泵机组设置为直进直出形式，泵机采用卧式离心泵[3].

在加压泵站Ⅱ设计中，直接利用泵站吸水管从一期河道中取水，材质为钢管.加压泵房采用半地下式，地下部分为钢筋混凝土结构，地上部分为框架结构.加压泵机组设置为直进直出形式，泵机采用立式离心泵，出水管上设压力表、流量表和自动启闭阀门.

2.3输水管管材优选

目前，国内普遍采用的输水管材为可延性球墨铸铁管和钢丝网骨架聚乙烯复合管，其经济指标对比如下表所示：

表1　两种管材经济指标比选

其技术指标对比如下表所示：

表2　两种管材技术指标比选

综合以上分析，在充分考虑供水可靠性、经济合理性以及施工便利性等原则的基础上，结合当地的传统施工经验，选定DN200-500口径管道采用钢丝网骨架聚乙烯复合管，电熔接口；DN500-800口径管道采用可延性球墨铸铁管，胶圈接口；穿越铁路、河道处选用钢管.

2.4施工方案概述

在具体管道施工过程中，采用开槽施工的方式进行输水管道的埋设，并按照相关要求回填土方后夯实.由于管道沿洋河和柳川河铺设，部分管段施工过程中可能需要采取降水措施，保证管道铺设时的干槽施工.球墨铸铁管管道基础采用原状土弧基础，钢丝网骨架聚乙烯复合管采用100 mm厚砂基础.在管道的水平和垂直方向弯转处均应设置混凝土支墩，同时在管段最高点处应设排气阀，管段最低处应设泄水阀.

在涉及到管道连接时，球墨铸铁管采用橡胶圈柔性接口；钢丝网骨架聚乙烯复合管采用电热熔接口；钢管采用焊接接口，阀门连接处利用法兰形式.管道的分段和分区检修阀门设置在道路交叉口，阀门间间距不大于500 m，阀门均采用伸缩蝶阀.输水管道路经主要路口时必须设置地下式取水栓，取水栓间距不大于500 m.

管道埋深的确定原则为：在满足冰冻深度、外部荷载并考虑到由于其他市政管线交叉的前提下，尽量减小埋深.因此，本工程选定的覆土厚度不大于2 m，节省工程造价.在管道穿越现状路时，采用d1050钢筋混凝土顶管作为输水管道的套管；穿越现状河流时，采用河底倒虹吸管，其管顶距河底的覆土厚度应在满足冲刷深度的基础上不小于0.5 m.

3结论

(1)针对柳川河一、二、三期河道高差较大的客观条件，选定串联分区的模式进行再生水输送，既降低了下游管道的管内压力，又节约了整体运行能耗.在向柳川河景观河道供水时，考虑利用再生水为城市绿地灌溉、道路清洗以及洗车用水等提供水源，将再生水的社会效益最大化.

(2)充分利用现状地形，采用自流方式进行加压泵站Ⅰ中的吸水井设计，有效降低泵站的后期运行费用.

(3)通过对两种输水管材经济指标、技术指标的比选，在充分考虑供水可靠性、经济合理性以及施工便利性的基础上，选用两种管材相结合的方式进行管道铺设，并从基础、接口、阀门安装等方面简要介绍了管道施工方案.

参考文献

[1]GB18918-2002[S].城镇污水处理厂污染物排放标准

[2]姜乃昌.泵与泵站.第5版[M]，北京：中国建筑工业出版社，2007

Research on the Scheme of Supply-reclaimed Water for Landscape River——Taking Liuchuan River of Xuanhua District as an example

GUO Jian1，ZHANG Guan-jun2，MA Cai-feng3

(1.Hebei Institute of Architecture and Civil Engineering,Zhangjiakou,China 075000；2.Xuanhua Municipal Engineering Company，Zhangjiakou，China 075000；3.Zhangjiakou Branch，China Post Group Co.,Ltd.Zhangjiakou，China 075000)

Abstract：The comprehensive treatment project of Liuchuan River is divided into three stages.Since the terrain elevation of Liuchuan River is relatively large in the three stages,the mode of series partition is chosen to transport reclaimed water.Water intake is reserved on the water delivery pipe to supply reclaimed water for urban green irrigation,road cleaning and car-washing water,etc.By make full use of present terrain,pump station is designed to effectively reduce the running cost of pumping station.According to the comparison between the two kinds of tubes in terms of economic and technical indicators,two pipes are chosen to lay pipeline for combination.The pipeline construction scheme is briefly introduced in this paper form the aspects of foundation,interface,and valve installation,etc.

Key words：landscape river;reclaimed water reuse;series partition;pump station designing;pipeline construction

收稿日期：2015-11-12

作者简介：郭建(1989-)，男，助教，从事给排水工程研究.

中图分类号:X 5

文献标识码：A