塘坂二期引水主線工程試通水方案技術(shù)探析

張 巍

(福州城建設(shè)計(jì)研究院有限公司，福建 福州 350001)

馬尾新城現(xiàn)狀凈水廠主要是琯頭水廠、亭江水廠及馬尾第二水廠，原水來自南宮水庫(kù)、新店水庫(kù)、浩溪水庫(kù)及白眉水庫(kù)，受集雨面積及庫(kù)容限制，馬尾新城現(xiàn)狀凈水廠供水保證率不高。為了解決以上問題，文章就對(duì)塘坂引水二期工程的試通水方案進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

1 試通水運(yùn)行方案介紹

1.1 試通水目標(biāo)

塘坂引水二期工程試通水目標(biāo)：即實(shí)現(xiàn)工程在各種設(shè)計(jì)工況下全面通水，達(dá)到設(shè)計(jì)的引水規(guī)模及流量，工作壓力符合設(shè)計(jì)要求，主要輸水管道及建筑物達(dá)到安全、規(guī)范、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1.2 試通水方案

本工程設(shè)計(jì)的輸水建筑物為隧洞及鋼管，隧洞型式均為圓形擴(kuò)底型，管道均為鋼管。塘坂引水主線隧洞直徑均為4 000 mm，鋼管直徑為2 600 mm；瑯岐引水支線隧洞直徑均為2 800 mm，鋼管直徑從直徑1 600～1 400 mm；文山引水支線隧洞直徑從直徑3 400 mm、3 200 mm到2 800 mm，鋼管直徑從2 200 mm、2 000 mm、1 400 mm到1 000 mm；管壁厚度從0.12～0.7 m不等；隧洞襯厚0.3～0.4 m。通過試通水試驗(yàn)，對(duì)整體工程進(jìn)行全面檢查，對(duì)開裂、滲漏等不安全隱患點(diǎn)及時(shí)制定維修方案，以確保通水順利運(yùn)行。

2 工程總布置

塘坂引水主線工程設(shè)計(jì)規(guī)模為60.0萬(wàn) m3/d，從塘坂水庫(kù)取水，線路走向：塘坂水庫(kù)—上白巖—溪利—南山陀市—溪東—朱步—長(zhǎng)后村。長(zhǎng)后村之后分為瑯岐、文山2條引水支線。塘坂引水主線總長(zhǎng)度約15.757 km，其中輸水隧洞總長(zhǎng)度約為12.923 km，輸水管道總長(zhǎng)度約為2.834 km。以輸水線路干—支節(jié)點(diǎn)為界，從輸水線路走向、主干-支主節(jié)點(diǎn)上分為3大段：第一段為塘坂引水主線段(從塘坂水庫(kù)的取水口開始到塘坂引水主線分叉點(diǎn)前隧洞進(jìn)口結(jié)束)，第二段為瑯岐引水支線段(從塘坂引水主線分叉點(diǎn)前隧洞進(jìn)口開始到觀音閣水廠前的管道出口結(jié)束)，第三段為文山引水支線段(從塘坂引水主線分叉點(diǎn)前隧洞進(jìn)口開始到紅廈加壓泵站前管道出口結(jié)束)。

2.1 通水方案

本工程試通水方案采用“分段充水沖洗通水法”。即對(duì)輸水線路中的一條管線分三段，先后進(jìn)行充水、沖洗、通水并檢查各段管道、設(shè)備及構(gòu)筑物。第一段先充滿進(jìn)水閘到塘坂引水主線分叉點(diǎn)前隧洞進(jìn)口以前的隧洞和管道，并沖洗干凈，檢查各種設(shè)施正常后，再試通水；然后進(jìn)行第二段，充滿塘坂引水主線分叉點(diǎn)前隧洞進(jìn)口到觀音閣水廠進(jìn)口前的管道出口的隧洞和管道，并沖洗干凈，檢查各種設(shè)施正常后，再試通水；第三段充滿塘坂引水主線分叉點(diǎn)前隧洞進(jìn)口到紅廈加壓泵站前的隧洞和管道，并沖洗干凈，檢查各種設(shè)施正常后，再試通水。對(duì)隧洞、管道完全充水沖洗試通水并檢查各種設(shè)施正常后，符合規(guī)定時(shí)對(duì)全線進(jìn)行試通水試驗(yàn)3天。

2.2 試通水工藝

2.2.1 控制運(yùn)用工況

根據(jù)輸水工程設(shè)計(jì)施工實(shí)際情況，系統(tǒng)啟動(dòng)、運(yùn)行的控制運(yùn)用工況見表1。

為了保證輸水管道試通水順利完成，本章就試通水有關(guān)系統(tǒng)運(yùn)行的原則和運(yùn)行方式作簡(jiǎn)要闡述，作為工程試通水運(yùn)行的指導(dǎo)原則。

2.2.2 系統(tǒng)運(yùn)行流量原則及控制

輸水管道系統(tǒng)全線為壓力管道，有分支，待供水點(diǎn)水廠及水廠到本工程之間的輸水線路鋪好后，有用水戶分水，從上游到下游系統(tǒng)輸水流量變化比較大。根據(jù)本工程特點(diǎn)及試通水方案，各段采用設(shè)計(jì)流量進(jìn)行試通水。各段試通水流量如下：

第一段Q1：7.63 m3/s

第二段Q2：2.93 m3/s

第三段Q3：4.75 m3/s

全線試通水運(yùn)行Q：7.63 m3/s

在試運(yùn)行過程中，對(duì)沿線的各種流量控制閥或設(shè)施進(jìn)行控制，使其保持各控制流量，通水過程線流量應(yīng)保持：Q1=7.63 m3/s，Q2=2.93 m3/s，Q3=4.75 m3/s，Q=7.63 m3/s。

全線通水時(shí)，因輸水線路有分支，對(duì)應(yīng)的文山支線應(yīng)保持Q=4.75 m3/s，對(duì)應(yīng)的瑯岐支線應(yīng)保持Q=2.93 m3/s。

2.3 試通水運(yùn)行要點(diǎn)

本工程起點(diǎn)至終點(diǎn)，全線根據(jù)流量計(jì)布置分為三個(gè)區(qū)間，其控制要點(diǎn)為：(1)試通水時(shí)輸水管道的計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以投入使用，各閥室設(shè)備的啟動(dòng)、停止、調(diào)節(jié)均可采用現(xiàn)地手動(dòng)或電動(dòng)操作。由于以上設(shè)備均在調(diào)試階段，所以在試運(yùn)行和調(diào)試過程中，采用通訊手段，采取必要協(xié)調(diào)措施，以避免各區(qū)間動(dòng)作不同步、流量不平衡。(2)為保證試通水時(shí)各級(jí)流量下均有足夠的時(shí)間對(duì)流量計(jì)進(jìn)行率定和調(diào)試，同時(shí)測(cè)定流量調(diào)節(jié)閥的開度～流量關(guān)系和最大過流能力，確定在流量之間(0～7.63 m3/s)加密測(cè)點(diǎn)。

2.4 總用水量估算

輸水管道充水、試通水的用水計(jì)算，不考慮打壓時(shí)的剩余水量，總需水量計(jì)算包括以下幾項(xiàng)：

1)第一段壓力隧洞、管道充水及沖洗的用水量

第一段，進(jìn)水口到塘坂引水主線分叉口，隧洞開挖段洞徑4 m，襯砌后段直徑3.2 m，壓力隧洞長(zhǎng)12.923 km；輸水鋼管長(zhǎng)2.834，管徑3 m，充水流量分為0.6 m3/s，流速為0.075～0.085 m/s，充滿水需水約12.39萬(wàn) m3；按1 m/s的流速對(duì)管道和隧洞進(jìn)行沖洗，這時(shí)管道的沖洗流量為7.07 m3/s左右，隧洞的沖洗流量為8.04 m3/s左右，沖洗1 h的需水量約為2.89萬(wàn) m3。理論計(jì)算隧洞和管道充水、沖洗2 h的需水量為18.17萬(wàn) m3。

2)第二段壓力隧洞、管道充水及沖洗的用水量

第二段，塘坂引水主線分叉點(diǎn)到觀音閣水廠前的管道出口，隧洞開挖段洞徑2.8 m，襯砌后段直徑2.2 m，壓力隧洞長(zhǎng)4.333 km；輸水鋼管長(zhǎng)0.344 km，管徑1.6 m，充水流量為0.6 m3/s，流速為0.15～0.3 m/s，充滿水需水約1.72萬(wàn) m3；按1 m/s的流速對(duì)管道和隧洞進(jìn)行沖洗，這時(shí)管道的沖洗流量為2.00 m3/s左右，隧洞的沖洗流量為3.80 m3/s左右，沖洗1 h的需水量約為1.37萬(wàn) m3。理論計(jì)算隧洞和管道充水、沖洗2 h的需水量為4.45萬(wàn) m3。

3)第三段壓力隧洞、管道充水及沖洗的用水量

第三段，塘坂引水主線分叉口到紅廈加壓泵站前管道出口，隧洞開挖段洞徑有3.2 m、3 m、2.8 m，長(zhǎng)度分別為5.711 m、11.844 m、3.151 m，襯砌后段直徑分別為2.6 m、2.4 m、2.2 m；輸水鋼管長(zhǎng)6.994，管徑2.4m、2.2m、1.4m，管徑2.4 m的管道長(zhǎng)1.512 km，管徑2.2 m的管道長(zhǎng)5.482 km，管徑1.4 m的管道長(zhǎng)0.4 km，充水流量為0.6 m3/s，流速為0.11～0.39 m/s，充滿水需水約12.27萬(wàn) m3；按1.022 m/s的流速對(duì)管道和隧洞進(jìn)行沖洗，這時(shí)管道的沖洗流量為1.57～4.62 m3/s左右，隧洞的沖洗流量為3.88～5.42 m3/s左右，沖洗1小時(shí)的需水量約為1.95萬(wàn) m3。理論計(jì)算隧洞、管道充水、前池充水、沖洗2小時(shí)的需水量為16.17萬(wàn) m3。

三段合計(jì)充水用水量為29.57萬(wàn) m3、沖洗的用水量為17.06萬(wàn) m3；充水、沖洗合計(jì)46.63萬(wàn) m3。具體計(jì)算過程見下表2。

表2 分段充水、沖洗用水量統(tǒng)計(jì)表 萬(wàn)m3

3 輸水管道監(jiān)控系統(tǒng)

輸水線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體劃分成二個(gè)層次：最上層是引水工程輸水線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)控中心，底層是輸水線路壓力流量信息采集和水庫(kù)水源在線監(jiān)測(cè)采集等監(jiān)測(cè)點(diǎn)。系統(tǒng)主要由壓力流量信息監(jiān)測(cè)點(diǎn)、水庫(kù)水源水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)、計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、應(yīng)用軟件系統(tǒng)等組成。通過在輸水線路各個(gè)分區(qū)分界點(diǎn)、高低區(qū)域控制點(diǎn)上安裝壓力變送器、流量計(jì)等儀表，然后通過安裝簡(jiǎn)單靈活的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)采集裝置，采集壓力變送器及流量計(jì)的檢測(cè)值，并通過無(wú)線通訊遠(yuǎn)傳至監(jiān)控中心。采集裝置安裝方式采用壁掛式或坐地式等形式。供電方式采用太陽(yáng)能供電。流量計(jì)采用超聲波插入式流量計(jì)，壓力變送器必須選擇低功耗的壓力變送器。設(shè)置水源水庫(kù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)1個(gè)；設(shè)置輸水線路管道壓力流量監(jiān)測(cè)點(diǎn)11個(gè)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，塘坂引水二期工程輸水線路主要以輸水隧洞為主、局部地段采用輸水管道，運(yùn)行事故率低，供水安全性較高。同時(shí)建設(shè)塘坂引水二期工程，從鰲江流域塘坂水庫(kù)引水至連江縣及馬尾新城，與塘坂引水一期工程、白眉水庫(kù)、浩溪水庫(kù)、新店水庫(kù)及南宮水庫(kù)等水源形成互相備用，有利于提高供水安全性。