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摘要：本文以鄂尔多斯市东胜区再生水利用工程为例，探讨了城市再生水利用系统的生态化设计。通过对城市再生水需水量预测，进行了水量平衡分析；城市再生水利用系统同生态景观设施相结合，充分利用生态河道及湿地公园的输送、储存、调配及净化功能，实现水生态的良性循环，缓解了当地水资源紧缺的局面，达到了功能性、景观性与经济性的相统一；此外还介绍了泵站、景观补水点等关键节点的设计。
关键词：城市再生水利用；绿色基础设施；水量平衡；景观补水点
1引言
再生水是城市稳定的资源，它在城市水资源利用中起到很大的作用。城市再生水利用系统的建设是解决城市水资源短缺的有效途径，是实现水资源可持续利用的重要措施，作为城市基础设施建设的重要组成部分，其生态化设计逐渐成为发展趋势。
2项目背景
鄂尔多斯市东胜区位于内蒙古自治区西南部，居内蒙古自治区呼-包-鄂“金三角”之一角，2009年至2012年是东胜区经济高速发展的时期，随着城市建设规模不断扩大及人口持续增长，水资源短缺及生态环境恶化等问题日益严重，严重制约了社会经济发展。
东胜区已建成污水处理厂一座，总处理规模为10万m3/d，其中一期规模为6万m3/d，采用TU型氧化沟+混凝沉淀+V型滤池+臭氧脱色工艺，二期规模为6万m3/d，采用强化脱氮除磷膜生物反应器（MBR）+臭氧脱色工艺，出水水质达到《城市污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准，为城市再生水利用提供了稳定的水源。
3城市再生水利用系统设计理念
绿色基础设施是在尽量不改变自然环境的前提下，利用自然条件和自然规律的基础设施建设【1】。
鄂尔多斯市东胜区再生水利用系统设计以绿色基础设施理念为指导，以城市水系为载体，结合生态河道及湿地公园等生态设施的建设，实现再生水的输送、储存、调配、净化及利用，减少管网、调蓄池等灰色设施建设。
4系统设计
4.1再生水用户分析
再生水用户的确定是系统规划设计首要及关键的环节。城市污水再生利用类别主要分为农林牧渔业用水、城市杂用水、工业用水、环境用水及补充水源水五大方面。再生水利用优先考虑用水量大、水质要求不高，便于管道敷设的用户，重点考虑环境、城市杂用、工业等几个方面【2】。东胜区再生水主要用于环境、工业及城市杂用水三个方面，具体为景观水体补水、电厂冷却用水、绿化灌溉及道路浇洒用水、其他工业用水及城市杂用水等。
一般来说，景观及绿化用水是城市再生水用水大户，约占总量的50%以上，东胜区景观及绿化用水区域主要位于一湖三川六园地区。其中一湖为赛台吉湖，三川为割蛇壕川、昆都仑川、罕台川，六园为森林公园、野生动物园、野生植物园、游乐园、吉劳庆湿地公园。
4.2水量平衡分析
1）再生水需水量预测
①景观水体补水量：根据水量平衡原理，水体水量变化始终处于动态平衡之中，因此，景观环境用水量（水体补水量）=水体蒸发量+水体渗漏量-水面降雨量，本次测算水面降雨量与水体渗漏量按近似相等考虑。此外，为保证城市水系的景观效果及水质净化需求，还应考虑一定量的循环水量，景观水系的循环水量应根据河道断面设置、水体体积进行测算。
②电厂冷却水用水量：对于规划电厂，其冷却用水量可根据《取水定额（第一部分）：火力发电》（GB/T18916.1-2012）规定的取水量定额指标进行测算。
③城市绿化及道路浇洒用水量：根据《室外给水设计规范》（GB50013-2006）的规定，浇洒道路用水可按2~3L/（m2•d）计算，浇洒绿地用水可按1~3L/（m2•d）计算；此外，在《全国民用建筑工程技术措施/给水排水》（2009版）及《民用建筑节水设计标准》（GB50555-2010）对浇洒道路用水量也做了相关的规定，水泥或沥青路面用水量标准为0.2~0.5L/m2•次。结合当地的气候特点、城市性质、路面及绿化条件进行指标的确定，绿化灌溉期按9个月进行测算。
④其他工业用水量：根据城市产业规划、企业生产工艺要求以及现状用水资料综合分析确定。
⑤其他城市杂用水量：包括冲厕、建筑施工、车辆冲洗等用水，本次测算按前4项水量的20%考虑。
经计算，东胜区上述五项年需水量分别为595 万m3（扣除循环水量）、890万m3、1295万m3、310万m3及618万m3，合计3708万m3。
2）水量平衡
东胜区再生水供水量为10万m3/d，年供水量为3650万m3，需水量略大于供水量，供需基本平衡，不足部分可通过雨水收集回用进行补充。
由于城市污水厂出水量是均匀的，而绿化灌溉、道路浇洒及景观环境等用水具有很强的季节性，在冬季用水量较小，此时需将多余水量进行储存，本工程充分利用城市景观湖、河道等自然水体进行储存、调配。再生水储存库容根据冬季需水量与供水量差值进行测算。
经计算，东胜区所需储存库容为580万m3，而赛台吉湖区（总库容为1000万m3）调蓄库容为500m3，略小于再生水储存需求，多余水量可送至城市河道及湿地公园等水体。由于湖区还承担区域雨水调蓄的功能，因此需校核雨水的调蓄库容，考虑到再生水用水高峰季节与雨季重合，故其调蓄库容满足两者所需库容的大值即可。
4.3 系统布置
1）供水分区
再生水供水分区应根据地形条件、地块性质及水系规划等条件进行。东胜区及周边新开发区域总规划面积为69.50km2，分为五大供水区，分别为北部区、老城区、赛台吉湖东岸、西岸及三园两川区。
2）系统布置
由于规划范围广、地形高差大，再生水供水系统采用并联与串联相结合的分区供水形式。本工程污水厂出水除一部分直接供至北部区外，剩余水量通过河道输送至赛台吉景观湖，利用其自然库容进行储存、调配，保证系统供水水量；然后通过设在岸边的取水泵站加压送至各用水分区，环境用水及循环水经湿地公园、生态河道回流至景观湖，通过湿地处理及水体循环来保持和净化系统水质。
各供水区景观补水与其他用水统一供给，便于水量合理分配，在用水量高峰时期，可减少循环水量来满足其他用水需求，其余时段可适当增加循环水量，营造良好的景观效果。
4.4管网设计
各区再生水管线采用枝状网布置，按供水主要流向沿城市主干路敷设，沿途设置预留接管点、景观补水点及道路清扫车取水口；管材采用球墨铸铁管，管径为DN400~DN600。
再生水管线最不利点自由水头控制水压为10m。部分供水区地形高差大，供水距离长，其干管工作压力达到了1.0mpa，为了防止产生水锤现象，在干管设有多功能缓闭止回阀，并在指定位置设置了双向调压塔及缓冲排气阀。管道沿线须标注明显的警示标志，并与给水管道隔离。
4.5生态河道及湿地系统
城市再生水景观回用的主要问题是水体富营养化导致水华的暴发【3】，因此景观水体的水质保持与净化是城市再生水利用的关键。本工程结合河道改造及公园景观规划，建设生态河道及湿地公园，利用湿地处理系统进行水质净化，通过再生水供水系统实现水体的循环流动，可有效保持和提升再生水水质，改善区域生态环境，还可带动周边土地开发，为工程建设提供资金保障，是实现东胜区水生态良性循环的必要手段和措施。
图1 再生水利用系统示意图
4.6关键节点设计
1）取水泵站
赛台吉湖东岸及西岸供水区分别设有1座取水泵站，选址位于赛台吉湖边畔，与周边绿化群落及墅建筑群相毗邻，根据湖区护岸的设置，取水泵站采用分建式岸边取水构筑物。西岸泵设计规模为7.1万m3/d，东岸泵站设计规模为2.8万m3/d，均采用恒压变流量供水方式。
①取水头部：在赛台吉湖堤坝外设两座集水井，利用DN2000的钢管做井筒，并做内外加强级防腐，集水井处坝体做600X600mm的开洞，洞顶标高位于最低水位（湖区水闸闸底标高）以下0.5m，洞口外侧设2cm×2cm的格栅，并设手电两动铸铁镶铜闸门。由于需要在混凝土坝体开孔取水，为不影响坝体强度，在坝体受力侧增加钢筋混凝土扶壁，以提高开孔处结构的安全性。
②取水泵房：由于别墅区用地比较紧张，西岸泵站采用三层设置，地下一层，地上两层，泵房位于地下一层，内设3组卧式单级双吸离心泵，每组3台，2用1备，水泵参数范围为Q=412~630m3/h，H=89~106m，N=160~250kw。考虑到湖面水位变化较大且地质情况较差等因素，为减小泵房埋深，水泵采用非自灌充水，设水环式真空泵引水，3组水泵气蚀余量分别为3.8m、3.6m及3.0m，泵轴与最低水位的高差为2.95m，当地大气压为8.6mH2O，经校核，气蚀余量最大一组泵的安装高度满足要求。此外，由于水泵扬程较大，为了防止产生水锤现象，在水泵出水管设有多功能缓闭止回阀。
2）景观补水点设计
景观补水点设置形式根据设计水量、干管余压、及周边景观规划等条件进行选择，可采用喷泉、跌水或两者组合的形式布置，在满足补水与景观需求的同时，还可提高水体溶解氧含量，有利于水质保持与净化。补水点设计水量根据水体补水量、循环水量及转输水量进行计算。
割蛇壕川上游补水点设计水量为1.3万m3/d，采用喷泉、跌水组合的布置形式，系统设计可充分利用其余压，无需专门设置加压装置。本工程喷头类型为直射喷头及雪松喷头，喷头数量应根据其类型及设计水量进行计算确定，跌水水池同喷泉水池合建，水池布置同河岸地势相结合，平面呈扇形，长度21.6m，分为五级跌水，每级为1m。
图2 取水泵站及景观补水点
5小结
鄂尔多斯市东胜区再生水利用系统以城市水系为载体，充分利用生态河道及湿地公园的输送、储存、调配及净化功能，并合理设置泵站及管网系统，实现水生态的良性循环，缓解了当地水资源短缺的局面。同时推进了城市生态景观建设，改善了当地人居生活环境，兼顾了周边土地的经济价值，达到了功能性、景观性与经济性的相统一，为城市再生水利用系统建设提供了成功的范例。
参考文献：
[1]刘滨谊，张德顺，刘晖，等.城市绿色基础设施的研究与实践.中国园林.2013，（3）：6~10
[2]朱玲，莫罹.城市再生水利用规划中再生水用户的确定.水利科技与经济.2011，17（10）：29~30
[3]赵珊，高晓利，张传光，等.城市再生水景观利用水质维护方法研究.环境工程.2011，29（6）：5~7
论文作者:李强
论文发表刊物:《基层建设》2016年6期
论文发表时间:2016/7/6
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