塘坂二期引水主线工程试通水方案技术探析

2021-07-05张巍

地下水 2021年3期

关键词：输水管通水主线

张巍

(福州城建设计研究院有限公司，福建福州 350001)

马尾新城现状净水厂主要是琯头水厂、亭江水厂及马尾第二水厂，原水来自南宫水库、新店水库、浩溪水库及白眉水库，受集雨面积及库容限制，马尾新城现状净水厂供水保证率不高。为了解决以上问题，文章就对塘坂引水二期工程的试通水方案进行了详细阐述。

1 试通水运行方案介绍

1.1 试通水目标

塘坂引水二期工程试通水目标：即实现工程在各种设计工况下全面通水，达到设计的引水规模及流量，工作压力符合设计要求，主要输水管道及建筑物达到安全、规范、经济运行。

1.2 试通水方案

本工程设计的输水建筑物为隧洞及钢管，隧洞型式均为圆形扩底型，管道均为钢管。塘坂引水主线隧洞直径均为4 000 mm，钢管直径为2 600 mm；琅岐引水支线隧洞直径均为2 800 mm，钢管直径从直径1 600～1 400 mm；文山引水支线隧洞直径从直径3 400 mm、3 200 mm到2 800 mm，钢管直径从2 200 mm、2 000 mm、1 400 mm到1 000 mm；管壁厚度从0.12～0.7 m不等；隧洞衬厚0.3～0.4 m。通过试通水试验，对整体工程进行全面检查，对开裂、渗漏等不安全隐患点及时制定维修方案，以确保通水顺利运行。

2 工程总布置

塘坂引水主线工程设计规模为60.0万 m3/d，从塘坂水库取水，线路走向：塘坂水库—上白岩—溪利—南山陀市—溪东—朱步—长后村。长后村之后分为琅岐、文山2条引水支线。塘坂引水主线总长度约15.757 km，其中输水隧洞总长度约为12.923 km，输水管道总长度约为2.834 km。以输水线路干—支节点为界，从输水线路走向、主干-支主节点上分为3大段：第一段为塘坂引水主线段(从塘坂水库的取水口开始到塘坂引水主线分叉点前隧洞进口结束)，第二段为琅岐引水支线段(从塘坂引水主线分叉点前隧洞进口开始到观音阁水厂前的管道出口结束)，第三段为文山引水支线段(从塘坂引水主线分叉点前隧洞进口开始到红厦加压泵站前管道出口结束)。

2.1 通水方案

本工程试通水方案采用“分段充水冲洗通水法”。即对输水线路中的一条管线分三段，先后进行充水、冲洗、通水并检查各段管道、设备及构筑物。第一段先充满进水闸到塘坂引水主线分叉点前隧洞进口以前的隧洞和管道，并冲洗干净，检查各种设施正常后，再试通水；然后进行第二段，充满塘坂引水主线分叉点前隧洞进口到观音阁水厂进口前的管道出口的隧洞和管道，并冲洗干净，检查各种设施正常后，再试通水；第三段充满塘坂引水主线分叉点前隧洞进口到红厦加压泵站前的隧洞和管道，并冲洗干净，检查各种设施正常后，再试通水。对隧洞、管道完全充水冲洗试通水并检查各种设施正常后，符合规定时对全线进行试通水试验3天。

2.2 试通水工艺

2.2.1 控制运用工况

根据输水工程设计施工实际情况，系统启动、运行的控制运用工况见表1。

为了保证输水管道试通水顺利完成，本章就试通水有关系统运行的原则和运行方式作简要阐述，作为工程试通水运行的指导原则。

2.2.2 系统运行流量原则及控制

输水管道系统全线为压力管道，有分支，待供水点水厂及水厂到本工程之间的输水线路铺好后，有用水户分水，从上游到下游系统输水流量变化比较大。根据本工程特点及试通水方案，各段采用设计流量进行试通水。各段试通水流量如下：

第一段Q1：7.63 m3/s

第二段Q2：2.93 m3/s

第三段Q3：4.75 m3/s

全线试通水运行Q：7.63 m3/s

在试运行过程中，对沿线的各种流量控制阀或设施进行控制，使其保持各控制流量，通水过程线流量应保持：Q1=7.63 m3/s，Q2=2.93 m3/s，Q3=4.75 m3/s，Q=7.63 m3/s。

全线通水时，因输水线路有分支，对应的文山支线应保持Q=4.75 m3/s，对应的琅岐支线应保持Q=2.93 m3/s。

2.3 试通水运行要点

本工程起点至终点，全线根据流量计布置分为三个区间，其控制要点为：(1)试通水时输水管道的计算机监测系统可以投入使用，各阀室设备的启动、停止、调节均可采用现地手动或电动操作。由于以上设备均在调试阶段，所以在试运行和调试过程中，采用通讯手段，采取必要协调措施，以避免各区间动作不同步、流量不平衡。(2)为保证试通水时各级流量下均有足够的时间对流量计进行率定和调试，同时测定流量调节阀的开度～流量关系和最大过流能力，确定在流量之间(0～7.63 m3/s)加密测点。

2.4 总用水量估算

输水管道充水、试通水的用水计算，不考虑打压时的剩余水量，总需水量计算包括以下几项：

1)第一段压力隧洞、管道充水及冲洗的用水量

第一段，进水口到塘坂引水主线分叉口，隧洞开挖段洞径4 m，衬砌后段直径3.2 m，压力隧洞长12.923 km；输水钢管长2.834，管径3 m，充水流量分为0.6 m3/s，流速为0.075～0.085 m/s，充满水需水约12.39万 m3；按1 m/s的流速对管道和隧洞进行冲洗，这时管道的冲洗流量为7.07 m3/s左右，隧洞的冲洗流量为8.04 m3/s左右，冲洗1 h的需水量约为2.89万 m3。理论计算隧洞和管道充水、冲洗2 h的需水量为18.17万 m3。

2)第二段压力隧洞、管道充水及冲洗的用水量

第二段，塘坂引水主线分叉点到观音阁水厂前的管道出口，隧洞开挖段洞径2.8 m，衬砌后段直径2.2 m，压力隧洞长4.333 km；输水钢管长0.344 km，管径1.6 m，充水流量为0.6 m3/s，流速为0.15～0.3 m/s，充满水需水约1.72万 m3；按1 m/s的流速对管道和隧洞进行冲洗，这时管道的冲洗流量为2.00 m3/s左右，隧洞的冲洗流量为3.80 m3/s左右，冲洗1 h的需水量约为1.37万 m3。理论计算隧洞和管道充水、冲洗2 h的需水量为4.45万 m3。

3)第三段压力隧洞、管道充水及冲洗的用水量

第三段，塘坂引水主线分叉口到红厦加压泵站前管道出口，隧洞开挖段洞径有3.2 m、3 m、2.8 m，长度分别为5.711 m、11.844 m、3.151 m，衬砌后段直径分别为2.6 m、2.4 m、2.2 m；输水钢管长6.994，管径2.4m、2.2m、1.4m，管径2.4 m的管道长1.512 km，管径2.2 m的管道长5.482 km，管径1.4 m的管道长0.4 km，充水流量为0.6 m3/s，流速为0.11～0.39 m/s，充满水需水约12.27万 m3；按1.022 m/s的流速对管道和隧洞进行冲洗，这时管道的冲洗流量为1.57～4.62 m3/s左右，隧洞的冲洗流量为3.88～5.42 m3/s左右，冲洗1小时的需水量约为1.95万 m3。理论计算隧洞、管道充水、前池充水、冲洗2小时的需水量为16.17万 m3。

三段合计充水用水量为29.57万 m3、冲洗的用水量为17.06万 m3；充水、冲洗合计46.63万 m3。具体计算过程见下表2。

表2 分段充水、冲洗用水量统计表万m3

3 输水管道监控系统

输水线路监测系统总体划分成二个层次：最上层是引水工程输水线路监测系统监控中心，底层是输水线路压力流量信息采集和水库水源在线监测采集等监测点。系统主要由压力流量信息监测点、水库水源水质在线监测点、计算机通信网络系统、应用软件系统等组成。通过在输水线路各个分区分界点、高低区域控制点上安装压力变送器、流量计等仪表，然后通过安装简单灵活的监测站点采集装置，采集压力变送器及流量计的检测值，并通过无线通讯远传至监控中心。采集装置安装方式采用壁挂式或坐地式等形式。供电方式采用太阳能供电。流量计采用超声波插入式流量计，压力变送器必须选择低功耗的压力变送器。设置水源水库水质监测点1个；设置输水线路管道压力流量监测点11个。