當長江突發水汙染事故時 蕪湖市應急水源如何設計?

為解決對長江水源過度依賴問題，蕪湖市建設了相應的應急水源工程，應急水源地為漳河，取水規模為17.8萬m³/d。根據工程規劃建設條件，對取水口選址、原水管道選線進行了比選論證，介紹了取水頭部、自流引水管、取水泵站、原水管道設計方案。針對應急水源工程長期閒置不用的特點，制訂了運營維護方案。最後提出一些思考，為其他應急水源工程的設計和運維提供一些參考。

1 工程概況

蕪湖市地處長江中下遊，全市共有淨水廠10餘座，江南集中供水區包括中心城區、蕪湖縣、南陵縣和繁昌縣，中心城區水廠擔負著全城92%的供水。蕪湖市現狀水源中，85%以上的水量取自長江，對長江的依存度過高，一旦長江發生突發性水汙染事故，蕪湖中心城區、蕪湖縣、南陵縣地區會出現無水可供的局面，造成嚴重的社會影響。據此，蕪湖市於2013年底啟動應急水源規劃研究工作，根據《蕪湖市城市備用水源專項規劃（2013-2030）》，近期先行建設江南集中供水區應急水源工程，應急取水水源為漳河，受水水廠為中心城區的利民路水廠，應急取水規模17.8萬m³/d。工程內容主要包括漳河取水口、自流引水管、取水泵站以及原水管線，原水管線長約11 km，工程總投資約2億元。工程難點為漳河河道彎曲段取水口選址及老城區大口徑、長距離原水管道實施。

2 應急指標

2.1 應急供水時間

利民路水廠常用水源地為長江，當長江發生突發汙染事故，漳河應急供水時間為5 d。

2.2 應急供水量

蕪湖市應急需水量包括綜合生活用水和工業用水兩類，指標如下：

（1）綜合生活用水量指標。發生突發事故時，僅保證基本生活用水（保證飲用和廚房用水，壓縮衝廁和淋浴用水），居民生活用水量指標按60 L/(人·d)考慮。對公共設施用水進行大幅度壓縮，最大限度減少娛樂場所等與民生關係不密切的公共設施用水量，公共設施用水量按20 L/(人·d)考慮。因此，應急供水期間綜合生活用水量指標為80 L/(人·d)。

（2）工業用水量指標。應急供水量期間，只保證電力、燃氣、水的生產共用業和食品製造業等與民生密切相關的特殊工業供水，根據蕪湖市分行業、工業企業主要能源品種消耗量統計，供水量按正常時工業用水量10%考慮。

3 應急水源取水點位置選擇

漳河發源於南陵縣綠嶺荷花塘，自南向北流經獅子山、南陵縣城、三汊河等地，至瀂港匯入長江，幹流全長118.8 km。利民路水廠位於漳河以東，應急取水點設於漳河主航道東岸，該段河道較彎曲，局部有灘涂地。通過現場踏勘，取水點位置初步選擇有3種方案，見圖1。

方案一：取水點位於現狀海螺公司取水頭部上遊50 m，瀂港大橋上遊2.2 km處，此處河床寬度234 m，中間灘涂將河道分開，其中取水點側主河道寬度65 m；

方案二：取水點位於李家譚，瀂港大橋上遊2.6 km處，此處河床寬度360 m，中間灘涂將河道分開，取水點側主河道寬度120 m；

方案三：取水點：位於光明村，瀂港大橋上遊4.0 km處，此處河床寬度340 m，中間無灘涂，主河道寬度340 m。三個方案比選情況見表1。

方案一、方案二投資較低、交通便利，但河道寬度較窄，周邊環境和水質相對較差，設置取水頭部和水源保護區較困難。方案三雖然投資較高，但此處河道較寬，取水點河道有一天然弧形轉彎，適合建設港灣式取水點，取水頭部不影響河道通航，且周邊環境和水質相對較好，水源保護區設置較方便。因此，從水量、水質、安全性等方面綜合考慮，推薦使用方案三。

4 應急原水管道路由選擇

根據取水口周邊建設條件，應急取水泵站設於漳河大堤堤內空地處，距離利民路水廠較遠。利民路水廠位於蕪湖市中心城區位置，周邊很大範圍內均為建成區，應急原水管道大部分沿現狀道路敷設，沿線管位緊張，涉及現狀設施多，實施難度巨大。在取水泵站和水廠的位置已定的總體格局下，設計考慮儘量減小管線的長度和迂迴曲折，降低本工程管線與其它工程的相互影響，儘量避免拆遷建築物和佔用農田，以節約能耗和工程投資。從應急取水泵站至利民路水廠，提出兩個管線路由方案，見圖2。

方案一：應急原水管道沿漳河堤壩至下遊敷設至峨山東路，之後沿峨山東路道路南側向東至長江南路後沿長江南路向北敷設與現狀原水管道相接，管道長度10.4 km。方案二：應急原水管道沿緯十三路向東敷設至長江南路，沿長江南路、鍾靈路、漳河路、白馬山路敷設至花津南路，然後向北穿越多條道路敷設至現狀原水管道，管道長度11 km。兩個方案實施難度均較大，詳細比較見表2。

綜合以表分析，方案二可實施性較方案一高，推薦採用方案二。

5 工程設計方案

5.1 取水頭部

取水頭部所在處漳河最低設計水位3.06 m，最高設計水位11.82 m。本段岸邊水下部分河床較為平坦，河道疏挖底高程為-0.58 m，枯水期水深約3.6 m。考慮到漳河水位變化的不確定性，採用圍堰法施工難度較大，且影響漳河航運，因此採用預製鋼質箱式取水頭部。取水頭部設計規模17.8萬m³/d，長7 m，寬3 m，高4 m，分兩格布置，頂面進水，頂標高2.00 m，取水頭部頂面設置不鏽鋼粗格柵，柵條寬度10 mm，柵距90 mm。為保證取水及通航安全，在取水頭部外側設置不鏽鋼圍網、防撞墩及隔離浮球。

5.2 自流引水管

取水泵房位於漳河大堤陸地側，漳河大堤堤頂標高約13.50 m，取水泵房吸水井距取水頭部約410 m，根據泵房及取水頭部位置關係，引水管採用頂管方式實施。考慮長距離頂管施工條件，引水管管徑放大一檔至DN1 400。引水管設兩根，單根管道流速為0.67 m/s，兩管中心間距5 m。為節省造價，以取水泵房吸水井作為工作井將引水管頂向取水頭部，頂管中心標高0.80 m，頂進距離350 m，頂管出大堤後採用水下施工，水下埋管60 m。

5.3 取水泵站

取水泵站距離漳河大堤堤腳約70 m，佔地5 280 m²，場地自然標高約6.70 m，考慮防洪要求，泵站地面設計標高7.30 m。取水泵站包括吸水井、取水泵房以及配電間等。

5.3.1 吸水井

泵房的前部為吸水井，吸水井平面尺寸11.8 m×11.4 m，頂標高13 m，採用沉井施工。吸水井包含進水室和吸水室，進水管管中心標高0.8 m，吸水室最低設計水位2.4 m。進水室和吸水室隔牆處設2隻平板格網，單只尺寸2.0 m×3.6 m。為給自流管道衝洗，進水室和吸水室隔牆處設2隻平板閘門，單只尺寸2 .0 m×3.6 m。

5.3.2 取水泵房及配電間

取水泵房由地下一層和地上一層兩部分組成，平面尺寸40.15 m×12.5 m，包括泵房、變配電間、水質間、值班室、工具間等。泵房設計規模17.8萬m³/d，採用臥式離心泵，單泵流量Q=2 500 m³/h，揚程H=25 m，為節省10 kV供電外線費用和每年的基本電費，離心泵由柴油發動機驅動，每臺水泵對應柴油發動機功率約220 kW，柴油發動機成套設備同步設置配套的冷卻系統、排煙系統、輸油系統、控制箱、蓄電池等輔助設施，該方案每年可節省基本電費約700萬元。從泵房出水總管引1根DN1 000管道分兩路接至兩根引水管，供引水管衝洗、泵站維護使用。

5.4 原水管道

5.4.1 施工方式

原水管道全長約11 km，單管布置，管徑為DN1 400。根據現場踏勘和物探資料，珩琅山路以南的道路綠化帶較寬，現狀管線和周邊設施相對較少，採用開挖施工，長度約5 km。珩琅山路以北現狀管線密集、現狀設施多，開挖施工管線改遷工作量大，且會對交通和臨街商鋪、學校、醫院等正常運行生產產生較大影響，因此採用頂管施工，長度約6 km。

5.4.2 頂管設計

為最大限度降低施工影響、節省工程投資，設計採用長距離頂管工藝，單段頂進距離控制在500～800 m。頂管段共設10座矩形頂管井，最長頂進距離760 m，頂管覆土厚度5～12 m。頂管井周邊現狀設施多，沉井施工易造成周邊建構築物、現狀管線沉降，影響公共安全，因此採用基坑開挖法施工，圍護採用直徑850 mm三軸攪拌樁內插H型鋼方式。

6 運營維護方案

由於長江發生突發性汙染機率較低，本工程建成後絕大部分時段處於閒置狀態，為保證取水泵站各設備保持良好狀態，出現突發事故時可正常投運，需要制定合理的運營維護方案。方案主要包括日常保養和例行投運。日常保養指平時泵站閒置時，加強各設備的保養，檢查柴油機組油料儲備是否充足，蓄電池等能否正常工作。例行投運包括兩種情況：

（1）維護性運行。為保證各設備能正常運作，每周點動1次，每個月運行數小時。維護性運行在泵站內部實現，關閉一根引水管的閘門，通過另一根引水管進水，開啟所有水泵，水泵出水通過衝洗管輸送至關閉了閘門的引水管，排至漳河，實現對該引水管的衝洗，減少引水管道堵塞，運行10 min後反過來操作，衝洗另一根引水管，實現水的活性循環。

（2）生產性運行。在長江無突發性水質汙染情況下，每年仍需定期啟動應急水源工程向利民路水廠供水，增強水廠對水源更換的適應性，每年運行半個月左右。採用漳河作為原水時，應及時調整水廠運行參數。

通過以上兩種例行投運，可有效延長水泵、柴油機、閥門等設備壽命，同時也可定期衝洗引水管，防止管道內滋生藻類、貝類引發堵塞。

7 結論與思考

（1）在應急水源規劃的基礎上，根據漳河水文條件確定了取水點位置及取水方案。在泵房設計中採用柴油機驅動離心泵方案，降低了工程運維投資。採用長距離頂管施工，降低本工程對已建設施的影響。

（2）工程建成後取水泵站將長時間處於閒置備用狀態，制定科學合理的運營維護方案可有效延長設備壽命、減少管道堵塞，提高水廠對應急水源的適應性。

（3）應急水源工程的重要特徵為備用，工程設計時應充分考慮其備用性質，在滿足工程應急啟用功能的基礎上，應綜合考慮當地規劃建設條件，優化設計方案，最大化發揮工程使用功能，提高工程綜合效益。

（4）相比常用水源而言，應急水源往往距離水廠更遠，應急原水管道長度較長，管道部分投資很大。因此，在規劃設計階段應更加重視原水管道的線路選型和施工方案，降低管道的實施難度和工程投資。

編輯：趙凡