当长江突发水污染事故时 芜湖市应急水源如何设计？
为解决对长江水源过度依赖问题，芜湖市建设了相应的应急水源工程，应急水源地为漳河，取水规模为17.8万m³/d。根据工程规划建设条件，对取水口选址、原水管道选线进行了比选论证，介绍了取水头部、自流引水管、取水泵站、原水管道设计方案。针对应急水源工程长期闲置不用的特点，制订了运营维护方案。最后提出一些思考，为其他应急水源工程的设计和运维提供一些参考。
1 工程概况
芜湖市地处长江中下游，全市共有净水厂10余座，江南集中供水区包括中心城区、芜湖县、南陵县和繁昌县，中心城区水厂担负着全城92%的供水。芜湖市现状水源中，85%以上的水量取自长江，对长江的依存度过高，一旦长江发生突发性水污染事故，芜湖中心城区、芜湖县、南陵县地区会出现无水可供的局面，造成严重的社会影响。据此，芜湖市于2013年底启动应急水源规划研究工作，根据《芜湖市城市备用水源专项规划（2013-2030）》，近期先行建设江南集中供水区应急水源工程，应急取水水源为漳河，受水水厂为中心城区的利民路水厂，应急取水规模17.8万m³/d。工程内容主要包括漳河取水口、自流引水管、取水泵站以及原水管线，原水管线长约11 km，工程总投资约2亿元。工程难点为漳河河道弯曲段取水口选址及老城区大口径、长距离原水管道实施。
2 应急指标
2.1 应急供水时间
利民路水厂常用水源地为长江，当长江发生突发污染事故，漳河应急供水时间为5 d。
2.2 应急供水量
芜湖市应急需水量包括综合生活用水和工业用水两类，指标如下：
（1）综合生活用水量指标。发生突发事故时，仅保证基本生活用水（保证饮用和厨房用水，压缩冲厕和淋浴用水），居民生活用水量指标按60 L/(人·d)考虑。对公共设施用水进行大幅度压缩，最大限度减少娱乐场所等与民生关系不密切的公共设施用水量，公共设施用水量按20 L/(人·d)考虑。因此，应急供水期间综合生活用水量指标为80 L/(人·d)。
（2）工业用水量指标。应急供水量期间，只保证电力、燃气、水的生产共用业和食品制造业等与民生密切相关的特殊工业供水，根据芜湖市分行业、工业企业主要能源品种消耗量统计，供水量按正常时工业用水量10%考虑。
3 应急水源取水点位置选择
漳河发源于南陵县绿岭荷花塘，自南向北流经狮子山、南陵县城、三汊河等地，至澛港汇入长江，干流全长118.8 km。利民路水厂位于漳河以东，应急取水点设于漳河主航道东岸，该段河道较弯曲，局部有滩涂地。通过现场踏勘，取水点位置初步选择有3种方案，见图1。
方案一：取水点位于现状海螺公司取水头部上游50 m，澛港大桥上游2.2 km处，此处河床宽度234 m，中间滩涂将河道分开，其中取水点侧主河道宽度65 m；
方案二：取水点位于李家谭，澛港大桥上游2.6 km处，此处河床宽度360 m，中间滩涂将河道分开，取水点侧主河道宽度120 m；
方案三：取水点：位于光明村，澛港大桥上游4.0 km处，此处河床宽度340 m，中间无滩涂，主河道宽度340 m。三个方案比选情况见表1。
方案一、方案二投资较低、交通便利，但河道宽度较窄，周边环境和水质相对较差，设置取水头部和水源保护区较困难。方案三虽然投资较高，但此处河道较宽，取水点河道有一天然弧形转弯，适合建设港湾式取水点，取水头部不影响河道通航，且周边环境和水质相对较好，水源保护区设置较方便。因此，从水量、水质、安全性等方面综合考虑，推荐使用方案三。
4 应急原水管道路由选择
根据取水口周边建设条件，应急取水泵站设于漳河大堤堤内空地处，距离利民路水厂较远。利民路水厂位于芜湖市中心城区位置，周边很大范围内均为建成区，应急原水管道大部分沿现状道路敷设，沿线管位紧张，涉及现状设施多，实施难度巨大。在取水泵站和水厂的位置已定的总体格局下，设计考虑尽量减小管线的长度和迂回曲折，降低本工程管线与其它工程的相互影响，尽量避免拆迁建筑物和占用农田，以节约能耗和工程投资。从应急取水泵站至利民路水厂，提出两个管线路由方案，见图2。
方案一：应急原水管道沿漳河堤坝至下游敷设至峨山东路，之后沿峨山东路道路南侧向东至长江南路后沿长江南路向北敷设与现状原水管道相接，管道长度10.4 km。方案二：应急原水管道沿纬十三路向东敷设至长江南路，沿长江南路、钟灵路、漳河路、白马山路敷设至花津南路，然后向北穿越多条道路敷设至现状原水管道，管道长度11 km。两个方案实施难度均较大，详细比较见表2。
综合以表分析，方案二可实施性较方案一高，推荐采用方案二。
5 工程设计方案
5.1 取水头部
取水头部所在处漳河最低设计水位3.06 m，最高设计水位11.82 m。本段岸边水下部分河床较为平坦，河道疏挖底高程为-0.58 m，枯水期水深约3.6 m。考虑到漳河水位变化的不确定性，采用围堰法施工难度较大，且影响漳河航运，因此采用预制钢质箱式取水头部。取水头部设计规模17.8万m³/d，长7 m，宽3 m，高4 m，分两格布置，顶面进水，顶标高2.00 m，取水头部顶面设置不锈钢粗格栅，栅条宽度10 mm，栅距90 mm。为保证取水及通航安全，在取水头部外侧设置不锈钢围网、防撞墩及隔离浮球。
5.2 自流引水管
取水泵房位于漳河大堤陆地侧，漳河大堤堤顶标高约13.50 m，取水泵房吸水井距取水头部约410 m，根据泵房及取水头部位置关系，引水管采用顶管方式实施。考虑长距离顶管施工条件，引水管管径放大一档至DN1 400。引水管设两根，单根管道流速为0.67 m/s，两管中心间距5 m。为节省造价，以取水泵房吸水井作为工作井将引水管顶向取水头部，顶管中心标高0.80 m，顶进距离350 m，顶管出大堤后采用水下施工，水下埋管60 m。
5.3 取水泵站
取水泵站距离漳河大堤堤脚约70 m，占地5 280 m²，场地自然标高约6.70 m，考虑防洪要求，泵站地面设计标高7.30 m。取水泵站包括吸水井、取水泵房以及配电间等。
5.3.1 吸水井
泵房的前部为吸水井，吸水井平面尺寸11.8 m×11.4 m，顶标高13 m，采用沉井施工。吸水井包含进水室和吸水室，进水管管中心标高0.8 m，吸水室最低设计水位2.4 m。进水室和吸水室隔墙处设2只平板格网，单只尺寸2.0 m×3.6 m。为给自流管道冲洗，进水室和吸水室隔墙处设2只平板闸门，单只尺寸2 .0 m×3.6 m。
5.3.2 取水泵房及配电间
取水泵房由地下一层和地上一层两部分组成，平面尺寸40.15 m×12.5 m，包括泵房、变配电间、水质间、值班室、工具间等。泵房设计规模17.8万m³/d，采用卧式离心泵，单泵流量Q=2 500 m³/h，扬程H=25 m，为节省10 kV供电外线费用和每年的基本电费，离心泵由柴油发动机驱动，每台水泵对应柴油发动机功率约220 kW，柴油发动机成套设备同步设置配套的冷却系统、排烟系统、输油系统、控制箱、蓄电池等辅助设施，该方案每年可节省基本电费约700万元。从泵房出水总管引1根DN1 000管道分两路接至两根引水管，供引水管冲洗、泵站维护使用。
5.4 原水管道
5.4.1 施工方式
原水管道全长约11 km，单管布置，管径为DN1 400。根据现场踏勘和物探资料，珩琅山路以南的道路绿化带较宽，现状管线和周边设施相对较少，采用开挖施工，长度约5 km。珩琅山路以北现状管线密集、现状设施多，开挖施工管线改迁工作量大，且会对交通和临街商铺、学校、医院等正常运行生产产生较大影响，因此采用顶管施工，长度约6 km。
5.4.2 顶管设计
为最大限度降低施工影响、节省工程投资，设计采用长距离顶管工艺，单段顶进距离控制在500～800 m。顶管段共设10座矩形顶管井，最长顶进距离760 m，顶管覆土厚度5～12 m。顶管井周边现状设施多，沉井施工易造成周边建构筑物、现状管线沉降，影响公共安全，因此采用基坑开挖法施工，围护采用直径850 mm三轴搅拌桩内插H型钢方式。
6 运营维护方案
由于长江发生突发性污染几率较低，本工程建成后绝大部分时段处于闲置状态，为保证取水泵站各设备保持良好状态，出现突发事故时可正常投运，需要制定合理的运营维护方案。方案主要包括日常保养和例行投运。日常保养指平时泵站闲置时，加强各设备的保养，检查柴油机组油料储备是否充足，蓄电池等能否正常工作。例行投运包括两种情况：
（1）维护性运行。为保证各设备能正常运作，每周点动1次，每个月运行数小时。维护性运行在泵站内部实现，关闭一根引水管的闸门，通过另一根引水管进水，开启所有水泵，水泵出水通过冲洗管输送至关闭了闸门的引水管，排至漳河，实现对该引水管的冲洗，减少引水管道堵塞，运行10 min后反过来操作，冲洗另一根引水管，实现水的活性循环。
（2）生产性运行。在长江无突发性水质污染情况下，每年仍需定期启动应急水源工程向利民路水厂供水，增强水厂对水源更换的适应性，每年运行半个月左右。采用漳河作为原水时，应及时调整水厂运行参数。
通过以上两种例行投运，可有效延长水泵、柴油机、阀门等设备寿命，同时也可定期冲洗引水管，防止管道内滋生藻类、贝类引发堵塞。
7 结论与思考
（1）在应急水源规划的基础上，根据漳河水文条件确定了取水点位置及取水方案。在泵房设计中采用柴油机驱动离心泵方案，降低了工程运维投资。采用长距离顶管施工，降低本工程对已建设施的影响。
（2）工程建成后取水泵站将长时间处于闲置备用状态，制定科学合理的运营维护方案可有效延长设备寿命、减少管道堵塞，提高水厂对应急水源的适应性。
（3）应急水源工程的重要特征为备用，工程设计时应充分考虑其备用性质，在满足工程应急启用功能的基础上，应综合考虑当地规划建设条件，优化设计方案，最大化发挥工程使用功能，提高工程综合效益。
（4）相比常用水源而言，应急水源往往距离水厂更远，应急原水管道长度较长，管道部分投资很大。因此，在规划设计阶段应更加重视原水管道的线路选型和施工方案，降低管道的实施难度和工程投资。
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