苏丹港供水工程设计方案.docx
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苏丹港供水工程设计方案
苏丹港供水工程
方案设计说明书
中国市政工程东北设计研究总院
2010年04月
第1章工程总体设计
1.1设计原则
（1）根据苏丹港区域水资源的现状及总体规划，近远期结合，以近期为主，兼顾远期发展，因地制宜，统一布局。
（2）在满足业主要求的前提下，积极采用稳妥、成熟的工艺技术，建成一个工艺成熟、安全可靠、管理方便、运行经济的供水工程。
（3）在统一规划的前提下，力求取水口安全可靠、操作方便；净水厂、配水厂区布置紧凑、环境优美、建筑美观，输水线路走向合理，做到经济、社会、环境的良好统一。
（4）在确保供水安全的前提下，尽量采用节能设备，降低制水成本，提高企业的经济效益。
（5）充分利用当地资源，因地制宜，就地取材，减少工程投资。
（6）优化方案，降低工程投资；合理确定自动化管水平，保障供水安全、方便调度管理。
1.2工程规模
根据中国机械设备进出口公司（CMEC）与苏丹国民经济与财政部签署的《苏丹港供水工程》合同书（合同号：
CMIC05A1/A018-C）,本期工程设计规模为10×104m3/d。
1.3工程目标
1.3.1控制目标
供水系统采用技术成熟，便于运行管理的工艺流程，部分引进国外先进设备，对净水厂的主要构筑物采用自动化管理。
运用数据采集检测系统，进行数据采集，科学调度，场站之间采用光纤通信。
1.3.2水质目标
水质检测项目指标符合世界卫生组织《饮用水水质标准》（WHO）。
1.3.3水压目标
苏丹港配水厂自然地面标高约72.8m，苏丹港地面高程约20m，重力输水，满足水压需求。
1.4设计范围及主要工程内容
1.4.1设计范围
设计范围包括取水系统、净水厂及输水至苏丹港的输水系统和HAIYA、DERUDEB、SINKAT、SUAKIN、GEBEIT等5个配水点和苏丹港配水厂等。
1.4.2主要工程内容
（1）取水系统
建取水能力12.5×104m3/d的取水口一座，从尼罗河取水，取水口至净水厂近期围墙线距离约400m。
（2）净水厂
本次设计规模为10×104m3/d的净水厂一座。
（3）输水系统
从净水厂至苏丹港配水厂输水量10×104m3/d，输水距离约471.7Km的主输水管线和9座加压泵站（含净水厂送水泵房）、1个高位水池、5级消能和沿途5个配水点等。
（4）配水厂
苏丹港配水厂设计规模9×104m3/d，建蓄水能力为3×104m3/d的水池，重力供水。
1.5取水系统
1.5.1取水口位置的选择
2006年12月11日～12月25日，由苏丹国家水力公司NWC、总承包方CMEC、中原油田设计院及河南省水文地工程地勘察院组成的选线小组，经过对尼罗河上的五处取水地点（Atbara河与尼罗河交汇处上游400m、1500m、Atbara西北角、Atbara北20km、Dama西南）的踏勘选择，最终定在Dama西南，尼罗河的东侧，取水口设计取水能力12.5×10m3/d。
该处地形平坦，属尼罗河冲积平原，河岸高程350.11～350.15m，河水很少泛滥，在河的上游及下游段可见到心滩，推断其为中年期河流段，河道相对稳定。
河流在此段取水口对岸为侵蚀岸与堆积岸过渡段，取水口岸为侵蚀岸；岸坡岩性为粉土和粉质粘土，平水期及枯水期岸坡稳定，洪水期有冲刷坍岸现象。
河流特征：
河宽559m，河深12m，水深6~7m（勘察期间），河底高程338.10m，岸边高程350.11～350.15m，主流带距取水口岸边约32m，最高洪水位高出河岸0.5m。
根据Heibida（上游一观测点）观测资料，1978～1992年间，最高洪水位351.3m，最低洪水位344.0m，最大水位差为7.3m，是适宜建取水口的河段。
12月24日，上午测量人员测出基准点的水面标高为344.607，选定取水口处的水面标高为343.81m，其差值为0.767，相应的最高洪水位351.3m调整为350.533m。
1.5.2取水口型式的选择
由于本工程河流水位变化幅度小，最大水位差为7.3m，最低水位时水深5.25m，河道水流平稳，风浪较小，停泊条件良好；河床较稳定，岸边有较适宜倾角；取水河段漂浮物较少；无航运。
方案1：
移动钢平台取水方案：
根据合同采用河床式移动平台取水构筑物取水。
就是在尼罗河河床内建两个可升降的移动式钢平台、配套钢骨架和升降设备，移动式钢平台以钢筋混凝土桩和钢筋混凝土平台为基础，管道桥与垂直运输平台将移动钢平台与河岸相连接。
方案2：
移动浮船取水方案。
根据河流水文地质条件，本工程适宜采用岸边移动式浮船取水方案。
设计采用钢制结构囤船，囤船总出水管与岸坡的固定输水管之间的联络管采用双摇臂联络管，套筒式活动连接，在岸边高于常水位处设置摇臂管支墩及框架，以支撑连接输水干管与摇臂管的活动接头。
方案比较
方案一
移动平台式取水
方案二
浮船式取水
优点
1、取水可靠性较好
1、工程用材少，投资最小，无复杂水下工程，施工简便，上马快。
2、船体构造简单。
3、在河流水文和河床易变化的情况下有较强的适应性。
4、工程总投资较低
缺点
1、工程投资较高
2、施工难度大，水下工程量大,维护管理不便。
1、有短时停水的缺点。
2、船体需维修养护，怕冲撞、对风浪适应性较差。
考虑到取水可靠性，设计推荐方案一：
采用移动平台式取水。
1.5.3原水管线管材的选择
取水口距净水厂近期围墙约400m，输水距离短，为保障供水安全及便于施工，原水管线采用D1020x10螺旋缝焊接钢管，单线输水。
1.6净水厂
1.6.1净水厂站址的选择
净水厂设计规模10×104m3/d，位于Dama西尼罗河河边右岸70m，地形平坦，属尼罗河冲积平原，自然地面高程349.50～350.26m，场地内的粉质粘土具中、弱膨胀性。
四周近处无高大建筑物，场地稳定，宜建设本工程。
1.6.2净水厂工艺流程的选择
根据2006年7月24日水文资料，见下表：
水质监测一览表
指标
数值
最大值
总铁
0.25mg/l
0.3mg/l
硝酸盐
1.8mg/l
50mg/l
亚硝酸盐
0.05mg/l
2mg/l
氨
0.14mg/l
1.5mg/l
铬
0.02mg/l
0.04mg/l
氰化物
0
0.05mg/l
硫酸盐
12mg/l
250mg/l
碘
0.51mg/l
_
锰
0.2mg/l
0.5mg/l
氟化物
0.02mg/l
1.5mg/l
浊度
9340NTU
PH
7.98
6.5~8.5
总悬浮物
数值
24600mg/l
尼罗河河水常年水温19~35℃，PH=6.5~8.5，河水较清澈，经常规净化处理，能达到世界卫生组织[WHO]规定的饮用水水质标准，在洪水期，尼罗河河水浊度最高可达12000度，需进行预沉处理，并在预沉池前预留有混凝剂及液氯投加点。
按照净水工艺成熟、先进、运行管理方便、技术可靠、经济合理、高效低耗的原则，选择净水工艺流程如下：
1.6.3主要净水构筑物型式的选择
（1）预沉池的选型
大型水厂预沉池一般采用辐流式沉淀池、平流式沉淀池、斜管沉淀池；其中平流式沉淀池和斜管沉淀池排泥困难；由于预沉池所沉污泥含砂量大，且颗粒相对较粗，流动性差，因此选用辐流式沉淀池，正常工况下自然沉降，机械排泥，运行成本较低。
其排泥容易，管理方便，工作可靠，国内运行经验和工程实例较多。
（2）混合方式的选择
混合方式分为两大类：
水力和机械。
水力混合简单，但适应流量的变化性较差，常用的有静态混合器、扩散混合器及跌水混合等形式。
机械混合可进行调节，适应各种流量的变化性强，但需一定的机械维修量，常用的有水泵混合、机械混合。
根据本工程的特点及当地的工程实例、使用经验，由于机械混合具有混合效果好、水头损失小、混合效果不受水量变化的影响等优点，确定采用机械混合方式。
（3）絮凝沉淀的选型
絮凝沉淀的型式有很多种，根据尼罗河的水质特点和当地的应用实例，采用机械搅拌澄清池，其特点是利用机械搅拌的提升作用来完成泥渣回流和接触反应，使泥渣与原水中杂质颗粒相互接触、吸附，以达到清水较快分离的净水构筑物。
（4）混凝剂、助凝剂的选择
尼罗河河水常年水温19~35℃，PH=6.5~8.5，在洪水期，尼罗河河水浊度最高可达度12000度。
要达到处理效果，正常工况下需混合、配水池内投加混凝剂，当进水浊度达到并超过5000NTU时，同时在预沉池前投加混凝剂、助凝剂。
助凝剂：
采用聚丙烯酰氨。
常用混凝药剂的种类如下表：
常用絮凝剂性质比较
药剂
名称
聚合硫酸铝
硫酸亚铁
（绿矾）
三氯化铁
聚合氯化铝
（碱式氯化铝）
对水温和PH的适应性
适用于水温为7～40℃。
PH=5.7～7.8时，主要去除水中悬浮物，
PH=6.4～7.8时，处理浊度高，色度低的水
适用于水温和浊度高，PH=8.5～11.0的水
受温度影响小
不大受温度影响，适用于
PH=6.0～8.0
温度适应性强，PH=5.0～9.0范围均适应
配制浓度
一般水厂配制浓度在5%～10%，投加量少的水厂可为1%～2%，较大水厂可高到10%～15%，溶液过浓时不易控制投药量，浓度过低时会增大溶液池容积，还会水解而堵塞加药管线
投加时最低浓度为5%
适用条件
一般情况下都可使用，原水须有一定碱度，特别是投加量大时。
处理低温低浊度水时，絮体松散效果较差，投加量大有剩余AL或SO4离子，影响水质
价格较低
絮体容易沉淀
一般用氯氧化成三价铁
不适宜于色度和含铁量较高的原水，冬夏季均可使用，处理低温低浊度水效果比铝盐好
絮体比重大，易下沉，易溶解，杂质少，处理低浊度和色度较高原水的效果不显著，适宜于浊度较高的原水。
刚配制的水溶液温度较高，有时可使塑料泵变形
液体PAC需有专用的运输和贮液设施操作方便，应用较普遍
处理水碱度降低少，对低温低浊、高浊和污染原水的处理效果较好
无定型产品，质量不稳定
腐蚀性
腐蚀性较小
易腐蚀溶液池，因此需要有防腐涂料，管道须用塑料管
对金属和混凝土的腐蚀性极大
腐蚀性较小
通过上表可以看出，选择聚合硫酸铝或聚合氯化铝作为混凝剂比较合适，目前在苏丹的大中型水厂中一般都采用投加聚合氯化铝，聚合氯化铝的供药市场也比较稳定所以，本次设计选择聚合氯化铝作为混凝剂。
（5）过滤形式的选择
滤池主要型式有普通快滤池、压力滤池、虹吸滤池、重力式无阀滤池、移动罩式滤池、双阀滤池及气水反冲洗均粒滤料滤池。
而国内目前大中型水厂大多采用双阀滤池或气水反冲洗均粒滤料滤池。
双阀滤池在国内使用广泛，有成熟的运行管理经验，双阀滤池吸收了虹吸滤池的特点，采用真空系统控制虹吸进水管和虹吸排水管代替进水阀和排水阀，用阀控制清水出水管和反冲洗管。
双阀滤池具有投资较低，运行管理方便等优点，缺点是冲洗强度高，耗水量大。
V型滤池为主要特点如下：
（1）恒水位等速过滤。
出水阀随滤池水位变化不断调节开启度，使滤池水位在整个过滤周期内保持不变，滤层不出现负压。
当一格滤池冲洗时，其待滤水继续进入该滤池进行表面扫洗，使其他滤池进水量和滤速基本保持不变。
恒水位过滤可以提高处理效果。
（2）采用均粒石英砂滤料，滤层厚度比普通快滤池厚，截污能力也比普通快滤池大，所以可提高过滤速度，延长过滤周期，降低出水浊度。
（3）单格滤池面积大幅度提高，可以降低工程投资。
（4）采用空气冲洗、气水同时冲洗、水冲洗和表面扫洗，提高了冲洗效果；水洗强度较低，节约反冲洗用水，降低了水洗和反冲洗废水回收过程的动力费用。
（5）滤池冲洗时，滤层处于微膨胀状态，滤料流失率较低。
因此本工程中设计采用V型滤池。
（6）消毒剂的选择
消毒剂的种类较多，其各种性能比较见下表：
常用消毒剂性质比较
性能
氯、漂白粉
氯胺
二氧化氯
臭氧
紫外线辐射
消毒细菌
优良（HOCL）
适中、较氯差
优良
优良
良好
灭病毒
优良（HOCL）
差（接触时间较长是较好）
优良
优良
良好
灭活微生物效果
第三位
第四位
第二位
第一位
PH值影响
消毒效果随PH增大而下降，在PH=7左右时加氯最好
受PH影响小，PH≤7时主要为二氯胺，PH≥7时为一氯胺
受PH影响小，PH＞7时较有效
PH影响小，PH值小时，剩余O3残留较久
对PH值变化不敏感
在配水管网中的剩余消毒作用
有
可保持较长时间的余氯量
比氯有更长的剩余消毒时间
无
需补加氯
无
需补加氯
副产物
生成THM
可生成
不大可能
不大可能
不大可能
不大可能
其他中间产物
生成氯化和氧化中间产物，如氯胺、氯酚，氯化有机物等，某些会产生臭味
产生的中间产物不详，不会产生氯臭味
产生的中间产物为氯化芳香族化合物，氯酸盐，亚氯酸盐等
中间产物为醛，芳族羧酸，酞酸盐等
产生何重中间产物不详
国内应用情况
应用广泛
应用较少
尚未在城市水厂中应用
应用较少
应用不多，且只限于小水量处理
一般投加量（mg/L）
2～20
0.5～3.0
0.1～1.5
1～3
接触时间
30min
2h
数秒至10min
使用条件
绝大多数水厂用氯消毒，漂白粉只使用于小水厂
原水中有机物较多和供水管线较长时，用氯胺消毒较宜
使用于有机物如酚污染严重时，需在现场制备，直接应用
制水成本高，使用于有机物污染严重时。
因无持续消毒作用，在进入管网的水中还应加入少量氯消毒
管网中没有持续消毒作用。
使用于工矿企业等集中用水户用水处理
通过上表可以看出在城市大中型水厂供水系统中采用液氯消毒或氯胺消毒比较普遍，而当有长距离输水管线时，因氯胺可保持较长时间的余氯量而采用氯胺消毒，但是氯胺消毒所需接触时间太长，水厂内部无法满足，且氯胺消毒较液氯消毒的杀菌作用要差，一般在水厂消毒系统中采用液氯消毒较合适。
本次设计包括净水厂和配水厂各一座，中间有471公里的输水管线，宜各自采用液氯和氯胺消毒，两种消毒方式同时使用不利于水厂运行管理，且氯胺消毒较液氯消毒工艺复杂，成本较高，而液氯消毒在输水管线中也有一定的余氯量起消毒作用。
目前苏丹的各大中型水厂也多采用液氯消毒，氯源市场比较稳定，经综合考虑选用液氯消毒。
1.6.4厂、站内管线管材的选择
站内主要工艺给水管线采用螺旋缝焊接钢管，构筑物内加氯管真空段及加药管线采用UPVC塑料管，排水管采用HDPE双壁波纹管。
1.7输水系统
1.7.1输水线路选择的原则
依据大规模、长距离输水工程的建设经验及本工程的特点，输水线路的选择遵循以下主要原则。
1、输水线路应尽可能顺直。
2、线路尽量选择在地形比较平坦的地带，选择最佳的地形和地质条件。
3、尽量减少与天然和人工障碍物的交叉，少占耕地、良田。
4、尽量靠近现有道路铺设，为施工和运行维护提供方便。
5、沿线地质条件要好，适宜施工，减少投资。
1.7.2输水线路的选择
2006年12月11日～12月25日，由苏丹国家水公司NWC、总承包方CMEC、河南省水文地工程地勘察院及中原油田设计院组成的选线小组，根据选线小组最终确定了从Dama—Atbara—Haiya—PortSudan的输水路线。
（1）从Dama—Atbara—Haiya—PortSudan的输水主管道长约471.7Km。
（2）从Dama—Atbara—Haiya—PortSudan的输水路线将促进区域经济的增长。
（3）从Dama—Atbara—Haiya—PortSudan的沿线已经有铁路、输油管道、公路通过，便于施工、运行、维护。
（4）线路里程0～24km为弱～中等膨胀土，线路里程26.548～127.000km为弱膨胀土，其它地段无膨胀土。
地下水位埋深大于5m，Atbara河段除外），线路工程地质条件良好，场地稳定，适宜该工程建设。
输水主管线地质地貌一览表
公里路程
土壤描述
（0~3.00km）
粉质粘土,灰褐色,硬塑,局部开裂,为弱~中等膨胀性土.
（3.00~6.50km）
粉质粘土,灰褐色,公路为棕红色卵砾石,充填有砂.为弱~中等膨胀性土.
（6.50~11.50km）
粉质粘土,灰黑色,硬塑,深1m,下部为粗砂,灰黄色,局部粉质粘土.为弱~中等膨胀性土.
（11.50~15.50km）
粉质粘土,褐黄色,硬塑~坚硬,局部充填有粗颗粒砂.为弱~中等膨胀性土.
（15.50~24.00km）
粉质粘土,褐黄色,硬塑,稍湿,局部充填有粗颗粒砂.为弱~中等膨胀性土.
（24.00~26.548km）
主要以灰黄色细砂为主,饱和,稍密.（阿特巴拉河除外）
（26.548~29.50km）
粉质粘土,灰褐色,硬塑,含卵石,局部残积状态.为弱膨胀性土.
（29.50~33.50km）
粉质粘土,灰褐色,硬塑,含5%卵砾石,局部土砂呈胶结状.为弱膨胀性土.
（33.50~36.50km）
粉质粘土,褐黄色,硬塑,含卵砾石,粗砂.为弱膨胀性土.
（36.50~40.00km）
粉质粘土,灰褐色,硬塑,夹块石,棕褐色,岩性为辉长岩.隐晶质结构，块状构造，为弱膨胀性土.
（40.00~42.00km）
粉质粘土,褐黄色,硬塑.为弱膨胀性土.
（42.00~45.00km）
粉质粘土,褐黄色,硬塑,夹块石和卵砾石.为弱膨胀性土.
（45.00~50.50km）
粉质粘土,灰褐色,硬塑,充填有粗颗粒砂,局部夹块石和卵砾石20%,成分石英岩.为弱膨胀性土.
（50.50~55.50km）
粉质粘土,褐黄色,硬塑,含卵石20%,夹花岗岩块石,混有砂.为弱膨胀性土.
（55.50~57.50km）
粉质粘土,灰褐色,硬塑,含卵石,块石.为弱膨胀性土.
（57.50~64.00km）
粉质粘土,灰褐色,硬塑,局部为散体状态,含卵石30%,直径2~12cm,成分以石英岩为主.为弱膨胀性土.
（64.00~68.211km）
粉质粘土,灰褐色,硬塑,局部为散体状态,含卵石30%,直径2~12cm,成分以石英岩为主.为弱膨胀性土.
（68.211~73.00km）
粉质粘土,灰褐色,硬塑,局部为散体状态,含卵石5%,直径2~8cm,成分以石英岩为主.为弱膨胀性土.
（73.00~80.50km）
粉质粘土,灰褐色,硬塑,局部为散体状态,含卵石5%,成分以石英岩为主.为弱膨胀性土.
（80.50~85.00km）
粉质粘土,灰褐色,硬塑,局部为散体状态,含卵石5%.为弱膨胀性土.
（85.00~89.00km）
粉质粘土,灰褐色,硬塑,夹灰绿色辉绿岩,局部粗颗粒充填.为弱膨胀性土.
（89.00~92.50km）
粉质粘土,灰褐色,硬塑,夹灰绿色辉绿岩,表层气孔.为弱膨胀性土.
（92.50~105.00km）
粉质粘土,灰黑色,硬塑,夹全风化灰绿岩,块状构造,已风化成土状,充填成风化的砾石.为弱膨胀性土.
（105.00~110.0km）
粉质粘土,黑灰色,硬塑,夹全风化辉绿岩,已风化成土状,手捏可散.为弱膨胀性土.
（110.0~114.50km）
粉质粘土,灰褐色,硬塑,局部夹少量辉绿岩风化层.为弱膨胀性土.
（114.50~120.5km）
粉质粘土,褐黄色,硬塑,夹弱风化花岗岩块,灰白色,块状构造,含量50%.为弱膨胀性土.
（120.5~122.43km）
粉质粘土,灰褐色,硬塑,含20%砾石,夹全风化花岗岩碎块,已风化成土状.为弱膨胀性土.穿越铁路。
（122.43~127.0km）
粉质粘土,灰褐色,硬塑,上部以砂为主.为弱膨胀性土.
（127.0~132.50km）
粉质粘土,灰褐色,硬塑,夹中等风化花岗岩,灰白色,块状构造,坚硬.为弱膨胀性土.
（132.50~138.0km）
粉质粘土,灰褐色,硬塑,夹全风化花岗岩碎块状,部分手捏可碎.为弱膨胀性土.
（138.0~142.50km）
粉质粘土,灰色,硬塑,为弱膨胀性土.下部全风化花岗岩,呈薄片状,局部偶夹块石.
（142.5~151.575km）
粉质粘土,灰色,硬塑,为弱膨胀性土.下部中等风化花岗岩,部分全风化,呈块状构造,块径20~100cm.
（151.575~156km）
粉质粘土灰褐色,坚硬,为弱膨胀性土.下部为花岗岩块石,块径20~40cm.
（156.0~160.5km）
粉质粘土,褐黄,黑灰色,硬塑,含砾石,局部表层含0.3m砂.
（160.5~167.0km）
粉质粘土,灰褐色,硬塑,稍湿,颗粒感明显.
（167.0~177.5km）
粉质粘土,灰褐,褐黄色,硬塑,下部为全风化花岗岩,局部中风化,呈块状,块径20~40cm.
（177.5~182.5km）
粉质粘土,褐黄色,硬塑,粉感明显.
（182.5~191.0km）
粉质粘土,褐黄色,硬塑,粉感明显.
（191~197.087km）
粉质粘土,褐黄色,硬塑,粉感明显.
（197.087~205.5km）
粉质粘土,褐黄色,硬塑,粉感明显,偶夹块石.
（2058.5~212.0km）
粉质粘土,褐灰色,硬塑,粉感明显,下部为中等风化花岗岩,偶夹块石.
（212.0~215.00km）
粉质粘土,褐黄色,硬塑.
（215.0~224.0km）
粉质粘土,灰褐色,硬塑,混有砂,下部为全风化层花岗岩,呈碎块状,含石英,局部中等风化,块状.
（224.0~236.34km）
粉质粘土,褐黄色,硬塑,粉感明显,地表层为粉土.
（236.34~243.877km）
粉质粘土,褐黄色,硬塑。
（243.877~250.378km）
粉质粘土,灰褐色,硬塑,下部为中等风化花岗岩,块状构造,块径20~30cm.局部较多山体，穿越铁路.
（250.378~256.50km）
粉质粘土,褐黄色,硬塑,下部为中等风化花岗岩,灰白色,呈片状构造.较多垄起山包，可见季节性河流。
（256.5~262.5km）
粉质粘土,黄褐色,硬塑,混有砂,周围有垄起的山包，出露块状岩石，局部穿越季节性河流。
（262.5~269.69km）
粉质粘土,褐黄色,硬塑,粉感明显,地表多为高梁地，有垄起的山包，穿越季节性河流。
（269.69~282.5km）
粉质粘土,褐黄色,硬塑,粉感明显,局部地表出露为基岩.
（282.5~287.5km）
粉质粘土褐黄色,硬塑,粉感明显,厚约1.6m左右.
（287.5~292.0km）
粉质粘土,灰褐色,硬塑,厚约1.5m左右,下部为花岗岩.穿越季节性河流。
（292~295.605km）
粉质粘土,灰褐色,硬塑,厚约1.4m左右,下部为中等风化辉绿岩.
（295.605~301km）
粉质粘土,褐黄色,硬塑,粉感明显,穿越季节性河流.
（301.0~306.08km）
粉质粘土,下部为花岗岩,中等风化,以石英岩为主.
（306.08~313.25km）
粉质粘土,褐黄色,硬塑,厚1.8m左右.
（313.25~317.1km）
粉质粘土,褐黄色,硬塑,
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