朱瑞荣

（西安水务（集团）有限责任公司 陕西 西安 710061）

1 系统简介

黑河金盆水库是西安市城市供水主水源，近年来水库水质呈逐年下降趋势，藻类（主要是蓝藻）繁殖加剧，总氮等水质指标超标，水库富营养化程度加重。为解决水库水质持续恶化的问题，把矛盾消灭在萌芽状态，水库管理单位经多方考察，决定在水库主库区实施扬水曝气水质改善工程。

系统位于水库大坝上游右岸主库区（参考图1），由 8台扬水曝气器（型号HC-YSQ-800）、4台空压机（型号ESCW175-12螺杆空压机）、空气净化器、8台空气计量仪表、8根输气管道（总长6300m）、供电系统及一座194m2框架结构空压机房组成。每台扬水曝气器间距约300m，呈梅花型布置，安装于水库中。系统通过把高压空气输入扬水曝气器，使得水库水体上下层搅动，以达到改善水质的目的。

2 土建施工

施工场地布置为水上和水下两部分。水下部分的施工场地位于水库大坝上游1.4km的水面，施工准备场地位于大坝右岸邻水的河滩上，此处地形开阔平坦，北侧设坡道与坝上施工便道相通。施工准备场地上布置有输气管堆场、混凝土坠块堆场和扬水曝气器堆场，并设有一个简易码头，用于将扬水曝气器装运到水上安装平台上。水上部分的施工场地位于水库大坝右岸，引黄管理站的西侧。场地内布置有砂石、砖、水泥堆场，混凝土拌和场。钢材、管材堆场，钢筋制作场地设于坝上。

土方开挖采用人工的方式。场地平整采用挖掘机挖土，辅以装载机装土，自卸汽车运土。管沟及厂房基础先采用挖掘机挖土，就近堆放。当挖到设计高程以上20cm时改用人工挖土。土方回填采用人工回填方式，底层垫沙土10cm，每层厚度控制在30cm，回填土主要采用原状土。当原状土为砂砾时，回填管沟的土先用30cm的沙土，夯实后再用原状土回填。土夹石基坑机械开挖，人工3∶7灰土分层回填、夯实。钢筋除锈后，现场人工绑扎。模板采用组合钢模、木模拼装。砼浇筑主要采取现场集中搅拌，机械入仓，人工振捣。预留螺栓的螺纹部位应涂刷黄油保护。砌砖采用“三一”砌法，灰缝平直、饱满，墙体配置抗震拉筋。

3 设备安装、试验

3.1 扬水曝气器安装

扬水曝气器主体为圆柱形浮筒型钢结构（参考图2），直径800mm～2400mm，垂直方向可随水位变化自由伸缩30m左右，直立悬浮安装于水中，底部由混凝土锚固墩固定于水库底部。每台扬水曝气器由13种组件组成，组件13为混凝土锚固墩，其余为浮筒式钢结构构件。组件1、2焊接连接；组件5～10套接，在加工厂完成；组件2与组件5、组件10，再与组件11法兰连接；锚固墩与组件1连接，水上安装平台现场完成。组件在加工厂制作，并试组装无误后，再拆卸运输至水库。设备在吊装运输过程中应轻吊轻放，防止碰撞。组件运输到现场后用吊车卸在水库东岸溢洪洞进口。现场堆放时不得叠加，防止相互碰撞擦碰表面防腐层。安装时，用20t汽车吊将组件逐件吊装到水面或安装平台。组件1、2、3、4、11 内有水密仓，能悬浮于水中，可吊放于水中，组件5～10、组件13应吊放于安装平台。安装平台是事先制作的船体钢结构，可在水上行走，并配必要的电葫芦等吊装设施。

3.1.1 扬水曝气器水上运输与定位

组件 1、2、3、4、11 用 20t吊车从岸上吊放到水中，并绑缚于安装平台侧面。组件5～11吊放于安装平台上，揭开安装平台活动板，将组件13吊放到安装平台开口处水下，并转移给电动葫芦。

根据图纸坐标数据，用RTK卫星导航定位仪引导船舶寻找曝气器安装坐标点，找到后向水中抛放浮标，作为设备安装定位标记。安装时先要固定安装平台，由于水库水太深，水下地形复杂，无法抛锚。在水库周边岩石上打入膨胀螺栓，每次安装前，先将3根绳索固定于膨胀螺栓上，再将安装平台固定于指定坐标处，测量核定库底标高，预备安装。

3.1.2 扬水曝气器安装

扬水曝气器从安装平台的安装孔向水下逐节安装（参考图3）。将组件13从水下平移到安装平台中间，将锚固扬水曝气器的3根钢丝绳固定在组件13吊环上。将组件13下放约5m，将重力转移给安装平台横梁，撤出电动葫芦。将电动葫芦平移至安装平台开口一端，将漂浮在水中的组件1、2拖放到安装平台开口处，将电动葫芦吊钩连接到组件2的吊耳上。将组件1、2调离水面，并平移到安装平台的中间，将组件13的3根连接钢丝绳连接固定到组件1下端的3个锚固耳上。将组件1、2下放，当组件1上的进气管口接近水面时，在进气口法兰上连接上4m长的金属波纹管。将聚乙烯输气盘管固定于卷盘上，将聚乙烯管末端焊接上塑料法兰，并将塑料管与金属波纹管的另一端连接在一起，并在聚乙烯管上固定气管坠块。继续下放组件1、2，直到组件2顶距水面3.8m；将组件1、2重力转移给两个5t手动葫芦，撤出电动葫芦，用电动葫芦起吊悬挂在横梁上的组件13。将电动葫芦和手动葫芦同步下放，下放时注意不要使组件13、组件1的钢丝绳拉紧，同时转动输气管卷盘，保证管道下放的长度与组件1、2下放的高度相等。组件1、2到达水面时，将其重力转移给横梁，撤出手动葫芦。继续下放电动葫芦，直至组件13完全悬挂于组件1的下方，撤出电动葫芦。将组件3从水中拖移到安装平台开口处，用电动葫芦将其吊离水面。将组件3平移到平台安装口上方，并下放到水面，将组件3下端法兰与组件2上端法兰连接。将组件3向上起吊少许，将组件2撤离横梁，下放组件3。重复以上步骤，完成部分吊装。

将组件5～10起吊平移到平台安装口上方，并下放到水面，将组件5下端法兰与组件4上端法兰连接，组件4、5间垫法兰垫片。将组件5～10下放到水面，将组件10的顶端法兰边沿悬挂在横梁上。继续下放组件5～10，直至组件13接触到水库底部，撤出电动葫芦。将组件11从水中拖移到平台开口处，并将其吊离水面，安装到组件10上方。将组件11下放到水面，组件11将漂浮在水面。设备经最终找正后，按图纸或说明书中要求将其余设备附件正确地安装到曝气器上。至此，一台扬水曝气器安装完毕。

图1 黑河金盆水库扬水曝气系统平面图

图2 钢筒式扬水曝气器结构图

图3 扬水曝气器安装图

3.2 管道安装

管道安装分为陆地管道和水下管道安装。

3.2.1 陆上管道安装

分以下几步：①沟槽开挖。按设计和规范要求，采用机械和人工相结合的方法开挖，最后20cm厚土层人工开挖；②铺管接管。铺管前沟底敷设30cm厚砂垫层，人工下管，在沟槽内接管，接管后进行局部回填，对供水供气管进行压力实验，合格后方进行回填；③回填。先在管顶敷设20cm厚砂垫层，再用原状土回填，分层夯实，每层填筑厚度20cm。

3.2.2 水下管道安装

水下管道为输气聚乙烯塑料管道，直径75mm，单根长度120m左右。按设计要求，采用加装沉块的方法安装于库底，其施工存在一定难度。分以下几步：①调管。聚乙烯塑料管单根长度120m，盘式包装，运到现场后应将盘式包装的塑料管展开拉直，采用人工调管。②接管。采用对焊的方式进行管道接口，在陆地将管道接口打成45°的坡口，用塑料焊条和塑料焊枪焊接接口。接口焊接完成后，至少保持20min时间不扰动接口，使接口凝固并到达一定强度，按照每台扬水曝气器输气管的长度，在陆地上焊接足够长的管道。为了固定安装沉块，在管道上每格4m安装一个管卡。③管道试压。采用压缩空气试压，实验压力为设计工作压力的1.15倍。接好管道后，将两端用盲板封堵，并在一端盲板上开孔安装进气管，用空压机向管道供气，供气方式按规范要求进行。④敷管。用柴油动力船牵引管道，向扬水曝气器安装点开进，开进方向根据扬水曝气器坐标点，用GPS定位仪导航。到位后将管道的一端固定在事先设置的浮标上，另一端固定在岸边。初步敷设的管道漂浮于水面，两段用盲板封堵，使整条管道浮于水面。⑤沉管。在初步敷设的浮于水面的管道上悬挂重锤，使管道沉于库底。先在混凝土预制厂预制沉块，单块重28kg，共3000块，沉块上设挂钩。将沉块装运到柴油运输船上。将沉块的挂钩挂到输气管的管卡上，最终使整条管道全部沉到库底。

3.3 空压机组安装

分以下几步：①浇注基础。按设计浇注混凝土基础；②设备吊装。用厂房内桥式吊车将2台空压机和储气罐吊装到安装位置，再辅以手拉葫芦，将空压机、电动机等部件就位；③找平。用水准仪和水准尺找平空压机和电动机，机身下垫50mm铁件；④固定。设备就位并找平后，固定地脚螺栓，用细石混凝土填实螺栓孔。用水泥砂浆灌平机身下50mm间隙；⑤外部管道连接。空压机与外部连接的管道有冷却水进水管、冷却水排水管、出气管。

3.4 其他安装、试验

按图纸和规范要求，进行工艺管道安装、电气设备安装及设备压力试验。设备的单体试运，单机试车，最终经监理验收质量合格后，安装完成。

4 结语

黑河金盆水库扬水曝气系统运行一年多来，水库原水水质得到了明显改善：首先是水库季节性缺氧/厌氧状况得到有效遏制，水库底部溶解氧含量提升至2mg/L以上；原水总磷浓度较往年同比削减46.7%，降低至0.03mg/L以下；氨氮消减70%，达到一类水水质标准；藻类数量消减86%以上；挥发性二氯甲烷未再检测出。极大地降低了水厂原水净化成本，提高了西安市民饮用水质量，达到了城市引水水源地水质优良的目的。