城鄉供水一體化工程供水方案應用研究

梁新平，張麗霞

（新疆兵團勘測設計院（集團）有限責任公司,新疆 烏魯木齊 830002）

1 工程概況

新疆喀什“一市兩縣”城鄉飲水安全工程位于喀什市、疏附縣、疏勒縣境內,工程規模為大（2）型,設計水平年2025 年供水人口101.39 萬人,2025 年最高日供水量為21.89 萬m3/d,年均供水量5926萬m3。該工程徹底解決喀什市、疏勒縣、疏附城鄉供水水質不達標及水源不足的問題,改善項目區飲水條件,提高居民的生活質量。工程主要建設內容包括：新建總水廠1 座,處理規模為22 萬m3/d；輸水干支管長度82.81 km,設計流量為2.53 m3/s～0.06 m3/s；分水廠8 座。工程總投資112928 萬元。

新疆喀什“一市兩縣”城鄉飲水安全工程水源選擇時,考慮到目前流域上各引水樞紐總體布置是較為合理的,為減少工程投資,地表水水源引水首部布置位置主要依托于流域上已建的引、蓄水工程進行分析選擇。通過從受水區的分布、鄰近可利用的地表水源及已建調水工程分析,蓋孜河塔什米力克渠首水量、水質、地形條件、配水方案均可滿足喀什“一市兩縣”城鄉供水要求,本次推薦蓋孜河塔什米力克渠首地表水水源方案。

供水方案選擇時,考慮到供水用水距離水源相對較遠,最近的為疏附縣水廠分水口,距離為33.83 km,最遠的為喀什市城東水廠,距離為61.07 km。當采用在水源地附近新建總水廠集中配水到戶時,沿線各管道均為配水管道,設計流量均需按最高日最高時流量考慮,計入變化系數后管徑將增加較多,造價增加較多；且此時整個供水區為配水系統,受水區范圍大、用戶多,配水流量時刻變化,運行工況非常復雜,對管道的運行極為不利。采用分水廠分散調節、分散供水時,分水廠以上的管道屬輸水管,按最高日平均時流量考慮,輸水管管徑較小、輸水流量相對均勻,管道運行相對安全。且各分水廠將受水區供水系統劃分為8 個小分區,相互之間不會影響。當輸水管發生事故時,每個小分區均可啟用現狀水源應急供水。因此本方案供水方式按“分水廠分散調節、分散供水”方案。供水流程為：蓋孜河輸水干渠10+280 取水→沉砂調節池→總水廠（水質處理）→輸水干支管→各分水廠（水量調節及加壓供水）→用水戶。

圖1 工程總布置示意圖

供水對象位置及分水廠地面高程為疏附縣供水區位于蓋孜河和克孜河之間,喀什市、疏勒縣供水區域位于克孜河北岸,從總水廠至干管末端的喀什市城北水廠（第三水廠）之間的地形為起點和終點較高、中間略高的W 形,根據各水廠地面高程,本次將“一市兩縣”8 座縣城分水廠（輸水干管沿線為農村人口供水預留分水口,共預留5 個分水口,分水口以下的管網不在本次建設內容之內）劃為3 各供水片區,即疏附縣片區（疏附縣站敏水廠、廣州新城水廠,水廠地面高程1337 m～1340 m）、喀什疏勒片區（喀什市西城一水廠、東城二水廠、新城東三水廠、疏勒第一水廠、第二水廠,水廠地面高程1267 m～1296 m）、喀什城北三水廠（水廠地面高程1354 m）,總水廠的水位高程為1470.5 m,從總水廠清水池到喀什疏勒片區的落差有175 m～203 m,如對喀什市城北水廠采用重力供水,存在喀什市城西水廠、城東水廠、新城東水廠及疏勒縣一、二水廠設計運行壓力均超過2.5 MPa,管道壓力較高,安全性相對較差,為此,本次對總干管擬進行減壓池,對供水區最高的喀什市城北水廠擬采取加壓供水,對于供水方式存在四個大方案,如下所示：

方案1：不減壓全線自壓輸水方案,即：采用重力自壓輸水的方式進入“一市兩縣”8 座分水廠供水方案。

方案2：一次減壓全線自壓輸水方案,即總干管樁號5+000 設減壓池、重力自壓輸水的方式進入“一市兩縣”8座分水廠供水方案。

方案3：一次減壓一次加壓方案,即：采用干管一次減壓、喀什市城北水廠進行加壓輸水,剩余7 座分水廠采用自壓輸水的方案,根據減壓池位置不同及不同的輸水管徑會引起揚程的較大差別,據此該方案衍生三個小方案,具體如下：

方案3-1：低減壓高揚水方案,即總干管樁號8+450 設減壓池、喀什市城北水廠加壓70 m 供水方案。

方案3-2：低減壓低揚水方案,即總干管樁號8+450 設減壓池、喀什市城北水廠加壓45 m 供水方案。

方案3-3：高減壓低揚水方案,即總干管樁號5+000 設減壓池、喀什市城北水廠加壓35 m 供水方案。

方案4：兩次減壓一次加壓方案,即：采用干管兩次減壓、喀什市城北水廠進行加壓85 m 輸水,剩余7 座分水廠采用自壓輸水的方案。

圖2 總水廠及各片區分水廠高程示意圖

圖3 總水廠～喀什市城北水廠地形示意圖

2 工程供水方案分析

2.1 方案一技術參數

該方案充分利用總水廠的地形優勢,重力輸水至喀什市、疏附縣、疏勒縣的8 座分水廠,其優點是管徑最小,流速相對最大。缺點是靜壓最大,最大靜壓達到205 m,設計壓力達到3 MPa,管道長期處在高壓下運行,潛在風險大。下游的管道壁厚大,管材和管件需要大量采用2.5 MPa 甚至4.0 MPa 的等級,盡管管徑小,但高壓的管材和設備費用高,因而該方案投資相對最高,安全風險最高,該方案工程投資11.45 億元。

2.2 方案二技術參數

該方案從總水廠清水池出發,輸水干支管82.81 km,其中在干管31+833、36+305 處右側給疏附縣分水,在樁號39+766 處給疏勒縣分水,在樁號44+984 處給喀什市西城水廠分水,末端53+849 處進入喀什市城北水廠。

該方案在總干管樁號5+000 設減壓池,通過設一座減壓池,將管道壓力降低,充分利用減壓池的地形優勢,重力輸水至一市兩縣8 座縣市水廠。

其優點是靜壓相對方案一下降,最大靜壓從203 m 下降到163 m,提高了安全保障,缺點是是管徑較方案一有所加大,流速相對較小。該方案投資11.29 億元,僅次于方案一。

2.3 方案三技術參數

2.3.1 方案3-1 技術參數

該方案充分利用總水廠的地形優勢,重力輸水至除喀什城北水廠以外的疏附縣片區、喀什疏勒片區共7 座縣市水廠,通過設一座減壓池,將管道壓力降低,對供水區距離較遠、供水區地面高程最高的喀什市城北水廠進行加壓供水。減壓池占地面積大,其選址受現場條件約束較大,尤其是不能占用基本農田,為此根據現場情況,干管0+000～10+500 段為戈壁灘,可布置減壓池,另外可結合沿線疏附縣站敏水廠和廣州新城水廠布置減壓池,其余段均在耕地范圍內,不宜布置減壓池,故本方案在總干管樁號8+450 布置減壓池,在喀什疏附疏勒干管樁號46+434 處布置喀什市城北水廠加壓泵站,設計流量2567 m3/h,揚程70 m。

其優點是靜壓相對方案一下降,最大靜壓從203 m 下降到123 m,提高了安全保障,缺點是增加了一座加壓泵站,提高了運行費用。該方案投資11.28 億元。

2.3.2 方案3-2 技術參數

該方案在總干管樁號8+450 布置減壓池,在喀什疏附疏勒干管樁號51+200 處布置喀什市城北水廠加壓泵站,設計流量2567 m3/h,揚程45 m。

其優點是靜壓相對方案一下降,最大靜壓從203 m 下降到123 m,提高了安全保障,缺點是增加了一座加壓泵站,提高了運行費用。該方案投資11.31 億元。

2.3.3 方案3-3 技術參數

該方案在總干管樁號5+000 布置減壓池,在喀什疏附疏勒干管樁號51+800 處布置喀什市城北水廠加壓泵站,設計流量2567 m3/h,揚程35 m。

其優點是靜壓相對方案一下降,最大靜壓從203 m 下降到163 m,提高了安全保障,缺點是增加了一座加壓泵站,提高了運行費用。該方案投資11.22 億元。

2.4 方案四技術參數

針對方案二及方案三存在的減壓池以下管道靜壓相對較大的問題,本方案擬在總干管或喀什疏附疏勒干管上再增加一座減壓池,通過干管沿線地形、占地及水廠情況分析,本次擬在樁號36+305 疏附縣廣州新城水廠內再增加一座減壓池,在喀什疏附疏勒干管樁號44+984 處布置喀什市城北水廠加壓泵站,加壓泵站設計流量2777 m3/h,揚程85 m。

其優點是靜壓相對方案二及方案三進一步下降,最大靜水壓力控制到最小,最大為82 m,設計壓力除跨河段外均可控制在1.6 MPa 以內,提高了安全保障；管徑得到了優化,流速更為合理,該方案投資最小,工程投資11.19 億元。其缺點是增加了一座加壓泵站,提高了運行費用。

2.5 方案比選

從上述方案分析可知,方案一從總水廠到一市兩縣8座分水廠可實現重力自壓供水,但輸水干支管中57.2 km 管道靜壓力超過100 m,最大靜壓力205 m,該方案工程投資11.41 億元,年運行費2658 萬元；方案四從總水廠到除喀什市城北水廠需揚水外,剩余7 座分水廠可實現重力自壓供水,該方案中輸水管道最大靜壓力82 m,該方案工程投資11.19 億元,年運行費2884 萬元。方案2 從總水廠到一市兩縣8 座分水廠可實現重力自壓供水,該方案中輸水管道最大靜壓力163 m,該方案工程投資11.25 億元,年運行費2583 萬元。

表1 各供水方案主要工程及費用表

3 結論

從工程投資、系統安全和運行維護角度分析,確定方案二為最優方案。目前工程運行情況良好,為目前新疆已建及在建的城鄉供水項目中覆蓋范圍最大、供水線路最長,可為今后同類項目探索城鄉一體化供水方案提供有價值的參考借鑒。