劉 峻，馬小杰

(1.上海青浦水利建筑工程項(xiàng)目有限公司，上海 201799；2.上海淼欽環(huán)境科技有限公司，上海 201500)

1 項(xiàng)目背景

黃浦江上游水源是上海市主要供水水源之一，是形成“兩江并舉、多源互補(bǔ)”總體原水格局的重要組成部分，目前各區(qū)6處取水口分別向上海西南五區(qū)供應(yīng)原水。由于黃浦江上游水源地位于開(kāi)放式、流動(dòng)性、多功能水域，易受上游來(lái)水污染、本地污染排放和通航等因素的影響，存在應(yīng)對(duì)突發(fā)性水污染事故能力薄弱和原水水質(zhì)不穩(wěn)定等問(wèn)題，在黃浦江上游用現(xiàn)有湖建設(shè)了一座約500萬(wàn)m3有效庫(kù)容的生態(tài)黃浦江上游水源地調(diào)蓄水庫(kù)，并按照近期350萬(wàn)m3/d供水規(guī)模，實(shí)施了至黃浦江松浦大橋間的單管連通管工程，為確保黃浦江上游水源地連通管工程建成后正常運(yùn)行，發(fā)揮效益，擬同步配套建設(shè)原水支線工程。

1.1 青浦第二水廠

青浦第二水廠位于滬青平公路以南、西大盈港以西，于2002年建成通水，最初規(guī)模為10萬(wàn)m3/d，目前已擴(kuò)建至40萬(wàn)m3/d制水規(guī)模，并建有臭氧活性炭深度處理和污泥處理設(shè)施，由太浦河原水廠和一根DN1200、一根DN1600原水管道供應(yīng)原水。

1.2 青浦第三水廠

青浦第三水廠位于太浦河原水廠西側(cè)的太浦河北岸，已建一期工程設(shè)計(jì)規(guī)模為10萬(wàn)m3/d，規(guī)劃總規(guī)模為25萬(wàn)m3/d。以太浦河為水源，采用了預(yù)臭氧+高效沉淀+臭氧活性炭+超濾膜的先進(jìn)凈水工藝[1]，并建有污泥處理設(shè)施。其中，太浦河原水至青浦第三水廠的原水管道為2根DN1200鋼管，已按照25萬(wàn)m3/d規(guī)模一次實(shí)施完成。

2 邊界條件研究

2.1 工程規(guī)模

2020年，青浦規(guī)劃供水人口約為110萬(wàn)人，根據(jù)《城市給水工程規(guī)劃規(guī)范》，上海屬于特大型城市中一區(qū)，規(guī)劃人均綜合用水量指標(biāo)取值320 L/人，日變化系數(shù)取1.2，未預(yù)見(jiàn)系數(shù)和管網(wǎng)漏損系數(shù)各取值10%，由此，預(yù)測(cè)地區(qū)2020年最高日需水量約為52萬(wàn)m3/d。結(jié)合青浦原水廠現(xiàn)狀規(guī)模和青浦規(guī)劃發(fā)展要求，確定2020年本工程原水設(shè)施規(guī)模為65萬(wàn)m3/d，近期，泵房改造設(shè)備安裝規(guī)模為50萬(wàn)m3/d，向青浦第二水廠供水40萬(wàn)m3/d，向青浦第三水廠供水10萬(wàn)m3/d。

2.2 規(guī)劃方案

根據(jù)黃浦江上游水源地總體方案和青浦原水需求，按照青浦原水支線工程方案的邊界條件采用主線分水串聯(lián)增壓方案。

規(guī)劃方案具體如下：從擬建原水連通管工程的青浦分水點(diǎn)接出支線，頂管過(guò)太浦河進(jìn)入青浦太浦河原水廠。利用較高的來(lái)水水壓直供青浦第三水廠25萬(wàn)m3/d；同時(shí)改造新取水泵房，增設(shè)水泵或?qū)ΜF(xiàn)有水泵機(jī)組增設(shè)變頻裝置，向青浦第二水廠供應(yīng)原水40萬(wàn)m3/d；老取水泵房?jī)?nèi)水泵機(jī)組不改造，作為青浦第二水廠的應(yīng)急備用泵房，在事故狀態(tài)下老泵房可從吸水井吸水并增壓提升后向青浦第二水廠供應(yīng)28萬(wàn)m3/d水量(設(shè)計(jì)規(guī)模70%計(jì))。太浦河原水廠現(xiàn)狀取水口作為備用取水口保留。規(guī)劃方案如圖1～圖3所示。

青浦分水點(diǎn)設(shè)置2根DN1800分配支管，并安裝有調(diào)流調(diào)壓閥、流量?jī)x以及手動(dòng)蝶閥；站內(nèi)還設(shè)有分配控制室、配電間以及倉(cāng)庫(kù)、安保室等生產(chǎn)性建筑物。

圖1 太浦河原水廠區(qū)位示意圖 Fig.1 Location of Taipu River Raw Water Supply Plant

圖3 青浦分水點(diǎn)平面示意圖Fig.3 Sketch of Qingpu Raw Water Diversion Points

2.3 工程邊界條件

青浦原水支線方案需以黃浦江上游原水連通管及其運(yùn)行壓力和取水泵站現(xiàn)狀情況為工程的邊界條件。

2.3.1 分水點(diǎn)供水壓力

根據(jù)黃浦江上游水源地原水系統(tǒng)的運(yùn)行方式，金澤輸水泵站至松江中途泵站段的水位控制點(diǎn)是松江中途泵站調(diào)節(jié)池進(jìn)水水位(調(diào)節(jié)池最高水位為6 m、最低水位為2 m、常水位為4 m)。按松江調(diào)節(jié)池常水位4 m作為控制條件，依據(jù)黃浦江上游水源地連通管工程施工圖設(shè)計(jì)和水力計(jì)算，5種運(yùn)行工況的青浦分支點(diǎn)供水壓力如表1所示。

表1 青浦分支點(diǎn)供水壓力

按照上述5種工況的水力計(jì)算分析，除反向供水工況，在(1)～(4)正向供水的情況下，當(dāng)松江中途泵站進(jìn)水水位控制為4 m時(shí)，位于太浦河南岸的青浦分水點(diǎn)水位為10.20～22.69 m，連通管運(yùn)行水量增大，分水點(diǎn)水位相應(yīng)增高。

2.3.2 現(xiàn)狀太浦河原水廠取水水位

太浦河原水廠取水口設(shè)計(jì)最高水位為3.84 m(吳淞高程，下同)，常水位為2.52 m，設(shè)計(jì)最低水位為0.84 m。原水廠泵房吸水井最高靜水位為3.84 m，老取水泵房吸水井最高水位為3.0 m，最低水位為0.14 m；新取水泵房吸水井最高水位為3.11 m，最低水位為-0.19 m。當(dāng)黃浦江上游原水接入現(xiàn)有吸水井時(shí)，應(yīng)滿足相應(yīng)的水位要求。

2.3.3 水廠進(jìn)廠水位

第二水廠進(jìn)廠控制水位為預(yù)臭氧接觸池設(shè)計(jì)水位8.80 m；第三水廠進(jìn)廠控制水位為預(yù)臭氧接觸池設(shè)計(jì)水位10.00 m。

3 工程方案研究

3.1 支線主管過(guò)河方案

青浦原水支線從太浦河南岸青浦分水點(diǎn)分出后，從南向北穿越太浦河，進(jìn)入太浦河北岸的太浦河原水廠。原規(guī)劃DN2400單管頂管過(guò)太浦河?？紤]到過(guò)河頂管承擔(dān)了青浦所有的原水輸送，如發(fā)生事故，將對(duì)全區(qū)的自來(lái)水供應(yīng)產(chǎn)生巨大影響，因此，為提高生產(chǎn)安全，建議過(guò)河管調(diào)整為雙管頂管，按65萬(wàn)m3/d的總規(guī)模一次實(shí)施，每根頂管口徑為DN1800，與青浦分水點(diǎn)分出的原水支管口徑一致。

3.2 供第二水廠原水輸水方案

(1)在金澤水庫(kù)正向供水工況下，青浦分水點(diǎn)來(lái)水水位較高，利用現(xiàn)有泵組，通過(guò)增設(shè)變頻裝置的方式改造為具備40萬(wàn)m3/d的串聯(lián)增壓，以利用來(lái)水余壓向青浦第二水廠供水。其中，老取水泵房為26萬(wàn)m3/d、新取水泵房為14萬(wàn)m3/d。

(2)在松浦大橋取水口反向供水等工況下，青浦分水點(diǎn)來(lái)水水位較低，將原水引入老取水泵房和新取水泵房吸水井，經(jīng)水泵機(jī)組提升后供給第二水廠。

(3)在就地應(yīng)急取水工況下，利用泵站已建取水口引水至吸水井，通過(guò)老取水泵房和新取水泵房?jī)?nèi)水泵機(jī)組取水提升后供應(yīng)第二水廠40萬(wàn)m3/d原水。

3.3 供青浦第三水廠原水輸水方案

(1)金澤水庫(kù)正向供水工況：根據(jù)連通管水力計(jì)算，在金澤水庫(kù)正向供水工況下，青浦分水點(diǎn)水位隨系統(tǒng)水量的增加而相應(yīng)增高，而青浦支線的水頭損失隨青浦的水量增加也相應(yīng)增加；經(jīng)計(jì)算，青浦分水點(diǎn)至青浦第三水廠臭氧接觸池的水頭損失，在遠(yuǎn)期水量條件下(25萬(wàn)m3/d)約3.9 m，而初期平均日水量條件下(5萬(wàn)m3/d)約0.86 m，如表2所示。

表2 設(shè)計(jì)工況分析表

由表2可知，在投產(chǎn)初期連通管運(yùn)行低于初期最高日水量一定范圍工況下，連通管來(lái)水不能直供青浦第三水廠。此時(shí)，需要將來(lái)水引入新泵房吸水井，由水泵機(jī)組提升后，供應(yīng)第三水廠原水。其余工況，來(lái)水水壓均能滿足直供第三水廠的需求。

(2)在松浦大橋取水口反向供水等工況下，青浦分水點(diǎn)來(lái)水水位較低，將原水引入泵房吸水井，利用新取水泵房?jī)?nèi)水泵機(jī)組提升后供應(yīng)第三水廠。

(3)在就地應(yīng)急取水工況下，利用新取水泵房?jī)?nèi)水泵機(jī)組從吸水井取水提升后供應(yīng)第三水廠。

3.4 泵房改造方案

各工況進(jìn)水量下，第二水廠原水串聯(lián)增壓前后的水位比較以及串聯(lián)增壓所需揚(yáng)程如圖4所示，特征工況下數(shù)值如表3所示。

圖4 原水管線特性曲線、串聯(lián)泵前水位關(guān)系Fig.4 Relationship of Characteristic Curve and Pre-Water Level of Pumps in Series

由圖4、表3可知，隨著水量變化，向第二水廠串聯(lián)增壓供水的揚(yáng)程變化幅度并不大。

將老取水泵房(規(guī)模為26萬(wàn)m3/d)、新取水泵房(規(guī)模為14萬(wàn)m3/d)已安裝水泵的變頻分析曲線和系統(tǒng)所需向第二水廠串聯(lián)增壓揚(yáng)程在同一坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)繪制，如圖5、圖6所示。

圖5 老取水泵房改造變頻分析Fig.5 Frequency Conversion Analysis of Old Intake Pumping Station

圖6 新取水泵房泵組改造為串聯(lián)增壓變頻分析Fig.6 Frequency Conversion Analysis of New Intake Pumping Station

按輸水方案和串聯(lián)增壓特性分析，對(duì)老取水泵房備用水泵增加變頻調(diào)速裝置，將其改造為同規(guī)模的串聯(lián)增壓泵房，并保留在反向供水工況和就地應(yīng)急取水工況下，從吸水井吸水，向青浦第二水廠供應(yīng)原水的能力。

4 結(jié)語(yǔ)

黃浦江上游水源地連通管工程將青浦、松江、金山、閔行和奉賢五區(qū)現(xiàn)有取水口歸并于太浦河金澤和松浦大橋取水口，為確保建成的黃浦江上游水源地連通管工程建成后正常運(yùn)行，發(fā)揮效益，同步配套建設(shè)黃浦江上游水源地青浦原水支線工程是必要和迫切的。工程方案對(duì)原有構(gòu)筑物進(jìn)行了最大程度的利舊、保留，并為遠(yuǎn)期進(jìn)一步提高供水規(guī)模預(yù)留了可行的條件。本工程的建設(shè)，使太浦河原水廠實(shí)現(xiàn)了從河道取水向轉(zhuǎn)輸有壓來(lái)水的功能轉(zhuǎn)換，提升了青浦原水供應(yīng)安全保障能力，改善了青浦原水水質(zhì)。