有压重力流输水在河道补水中的应用

有压重力流输水在河道补水中的应用

董远

深圳市市政设计研究院有限公司合肥设计院安徽合肥230000

摘要：一般利用中水给河道补水多采用泵站加压的方式，能耗大，运行管理成本高。本文主要介绍了利用地势高差从合肥王小郢污水厂引中水，采用有压重力流管道输水的方式给关镇河补水的设计思路和体会。

关键词：中水；长距离；地势高差；重力流；管道

关镇河为雨源型内河，虽经过综合治理，但仍然无法解决旱季无水汇入，河水流动性差的问题，急需引入外来干净水源进行补水。为解决上述问题，合肥市考虑利用王小郢污水处理厂处理后的中水对关镇河进行生态补水，以提高河道水质，改善周边水环境。

1、工程规模、水源、水质

根据《合肥市中水利用专项规划（2014～2020）》，关镇河生态补水工程利用王小郢污水厂的中水，对关镇河进行生态补水，补水规模为5万m3/d。经核算，关镇河旱季时的蓄水容积大约为30万m3，这样大约6天关镇河的蓄水更新一次，满足生态景观用水4～7天循环一次的要求，这对于河道水环境的保持是非常有利的，能充分发挥河道的自净能力，构建河道完整的生态系统。

王小郢污水处理厂出水水质如下：

从上述指标可以看出，其主要指标满足国家《再生水水质标准》（SL368-2006）中对于中水市政杂用和景观补水的水质要求。

2、补水路线

本次设计关镇河生态补水管道的线路是：中水自王小郢污水厂沿铜陵路、南淝河路敷设，最终敷设至关镇河一桥处，全长约3.85km，设计管径DN900。

关镇河生态补水路径图

3、输水方式及水力计算

王小郢污水厂地势较高，污水厂门口预留DN1200出水管中心标高为24.3米，关镇河最高水位为10.8米，取入河处管中心高程为12.8m，则重力水头为11.5m，高差优势明显。本次补水可充分利用地势高差，以有压重力流方式进行管道输水，不设加压泵站。

水力计算采用海曾－威廉公式，管道水损计算如下：

h=10.67q1.852LC-1.852D-4.87

式中：h－水头损失，m

q－流量，m3/s

L－管道长度，总长3.85km

C－系数，C取110（管材采用球墨铸铁管）

D－管径，取DN900m

经计算，沿程损失为5m，局部损失以沿程损失30%计，取1.5m，富余水头取2m，则总水头合计为8.5m。

经复核，王小郢污水厂与关镇河之间的重力高差大于输水所需的水头损失，采用有压重力流方式向关镇河补水方案可行。

4、管材选择

输水管道作为本次补水工程的重要载体，要求它具有封闭性能高、输送水质佳、水力条件好、设备控制灵、建设投资省、方便施工等特点。

中水从污水厂到河道，要经过较长的输水距离，管道实际上是一个大的反应器，出厂水未完成的化学反应将在管网中继续进行，并且含氯水与管壁发生新的接触，产生新的反应，这些反应有生物性的、感官性的以及物理化学性的。因此要求管道内壁既要耐腐蚀，又不会向水中析出有害物质。

经过各种管材间的综合必选，本次设计采用球墨铸铁管作为输水管材。球墨铸铁管优点是：管壁较薄，较一般铸铁管的强度高，防腐能力较钢管强，其强度比钢管大，重量较混凝土管轻，延伸率也高出10%；有标准配件，适合于配件和支管较多的管段，在本地广泛使用，有成熟的施工经验。近年来，随着钢铁价格的不断下降，使得球墨铸铁管与其他管材相比，性价比具有较大优越性。

5、管道设计及施工

根据合肥市的地质条件，球墨铸铁管选用砂基础，如施工时遇到不良地质地段，均按具体地质条件做设计处理。

设计中，除在管道最高点处设有自动进排气阀门外，还在管道的水平管段上每公里设置一个自动进排气阀。同时，考虑到管道定期维修和初期运行时管道清洗的需要，在管道最低点等部位设计有放空阀门井。

中水管道采用普通开挖沟槽的施工方法，管道接口采用承插式柔性胶圈接口，管顶覆土应不小于0.7米。

中水管道施工时尽量顺直，减少弯头，避免出现管道高程高于水力坡降线的情况。

6、结论与建议

关镇河生态补水工程具有良好的示范作用和环境效益，可有效改善河道两岸的生态环境，通过本工程的实施，可以摸索和积累经验，为合肥市下一步的中水利用和发展打下基础。同时，针对关镇河生态补水工程及合肥市以后类似项目提出以下建议：

（1）利用中水对河道进行生态补水工程是改善河道水环境的一个重要环节，还应配套其他长效工程及管理措施，以保证河道水质持续改善和稳定。

（2）输水管道建设应尽量和市政道路修建同步进行，以避免破坏建成道路。

（3）运行过程中，应加强对中水水质的实时监测，一旦发现水质变差，应立即停止补水，以免造成污水入河，污染河道。

参考文献

[1]《室外给水设计规范》（GB50013-2006）；

[2]《室外排水设计规范》（GB50014-2006）2016年版；

[3]《污水再生利用工程设计规范》（GB50335-2002）；

[4]《城市杂用水水质标准》（GB/T18920-2002）；

[5]《再生水水质标准》（SL368-2006）。