集中供水工程設(shè)計(jì)方案的探討

張志強(qiáng)

（太原理工大學(xué)水利學(xué)院，山西 太原 030024）

山西省十年九旱，自然秉賦差，水資源缺乏。近年來，嚴(yán)重的水質(zhì)污染以及不斷加劇的采煤漏水造成的水資源破壞，特別是幾大盆地地下水氟砷含量嚴(yán)重超標(biāo)，據(jù)2005年初普查統(tǒng)計(jì)，全省仍有1 092.14萬人農(nóng)村人口存在飲水安全問題，其中飲水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)人口672.23萬人，占飲水不安全人口的61.59%。為了更好地解決水質(zhì)不達(dá)標(biāo)問題，盡可能采取尋找好水源、遠(yuǎn)距離調(diào)水集中聯(lián)片的方法解決。

1 水源工程選擇

水源是飲水安全工程的重要組成部分，如果水源無保證，水質(zhì)無保證，集中供水工程就無保證。而農(nóng)村水源情況差異性較大，條件較好的地區(qū)還同時(shí)存在多種水源，因此在進(jìn)行水源選擇時(shí)，首先，要進(jìn)行水質(zhì)化驗(yàn)，優(yōu)先采用水源水質(zhì)達(dá)標(biāo)、水量充沛的地表水；其次，采用經(jīng)常規(guī)處理即可達(dá)標(biāo)的水量充沛的地表水；第三，采用便于開采、水質(zhì)達(dá)標(biāo)、水量充沛的地下水，且取水點(diǎn)一般選在居住區(qū)上游的已劃定水源地保護(hù)區(qū)內(nèi)。無論是取用地表水還是地下水，解決水源問題主要采取遠(yuǎn)距離調(diào)水、水質(zhì)處理、新打井三種措施。

在高氟砷水、苦咸水的盆地內(nèi)，若采取鑿深井開采水質(zhì)優(yōu)良的深層承壓水，需要嚴(yán)格控制所有深層承壓水的打井工藝，封閉上層水質(zhì)不達(dá)標(biāo)水層。由于深層井貫穿了不同含水層，因井管滲水、封閉上層水不嚴(yán)發(fā)生透水、上層不達(dá)標(biāo)水長期緩慢入滲問題，會重新形成水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，進(jìn)而可能導(dǎo)致整個工程無法運(yùn)行，而重新打井又需要較大的投資和耗費(fèi)較長的時(shí)間，因此在區(qū)內(nèi)水源可靠性不能保證、而周邊有可用優(yōu)質(zhì)水源的情況下，取盆地周邊的山前洪積扇地下水。在水量充沛，水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，附近又無合適達(dá)標(biāo)水源的區(qū)域，選擇安裝最適宜的水質(zhì)凈化設(shè)備。

2 供水方案

水源至供水戶的供水方案分為直供和中間通過調(diào)蓄水池兩種方法。

直供的方法很簡單，水源只有一處，經(jīng)自流輸水和加壓輸水至用水戶。

通過調(diào)蓄水池的方法是由水源至調(diào)節(jié)構(gòu)筑物再到供水戶，水源至調(diào)節(jié)構(gòu)筑物之間輸水，分為兩種情況，一是靠重力輸水，一是加壓提水。在提水過程中采用地表水源的情況比較簡單，根據(jù)所需流量、揚(yáng)程，合理選擇加壓泵提水至調(diào)節(jié)構(gòu)筑物；對于采用多井聯(lián)合運(yùn)行，離調(diào)節(jié)構(gòu)筑物距離較遠(yuǎn)、高差較大的情況有兩種方案：第一種方案是井管出來匯流后直接提水至調(diào)節(jié)構(gòu)筑物，該方案的優(yōu)點(diǎn)是減少泵站前池、加壓站的建設(shè)，降低了工程投資。缺點(diǎn)是由于各井可能存在動水位不同、流量不同、揚(yáng)程不同，提水至匯流處的壓力不一定相同，這樣就有可能在匯流處抵消某一條或幾條并聯(lián)井管的壓力，消耗能量，在提取相同流量的情況下，實(shí)際運(yùn)行成本會增加，匯流后流量就不是簡單的聯(lián)合運(yùn)行泵設(shè)計(jì)流量的總和，所選水泵也不能在高效區(qū)運(yùn)作。第二種方案是在井群中選擇合適的位置興建泵站前池、加壓站，再二次加壓提水至調(diào)節(jié)構(gòu)筑物，該方案的優(yōu)點(diǎn)是建成后提水耗能不變，缺點(diǎn)是增加了建設(shè)投資。從工程長期運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益的角度出發(fā)，選第二種方案比較可行。

3 供水規(guī)模

合理確定供水規(guī)模是集中供水工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，供水規(guī)模（即最高日用水量）中，居民生活用水量占有較大的比重，近年來，隨著全國小城鎮(zhèn)建設(shè)的發(fā)展，撤鄉(xiāng)并鎮(zhèn)的體制變化，農(nóng)村人口向城鎮(zhèn)流動的情況，人口變化較大，設(shè)計(jì)人口的確定將考慮此因素。條件差的村莊，流動人口少，外遷人口多，設(shè)計(jì)年限內(nèi)人口可能是負(fù)增長，設(shè)計(jì)人口按現(xiàn)狀居住人口考慮。

4 水池規(guī)劃

根據(jù)工程需水量、水壓要求和地形條件，通過方案比較和技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)，合理確定調(diào)節(jié)水池或水塔位置、標(biāo)高、容量、尺寸、結(jié)構(gòu)形式。所有蓄水池容積之和按管網(wǎng)控制區(qū)域最高日用水量的20%～40%計(jì)算，必須同時(shí)計(jì)入上下游管網(wǎng)輸水工作時(shí)間差的調(diào)節(jié)容量，考慮檢修和運(yùn)行的需要，減壓池容積可適當(dāng)減小。水池高程的確定既要滿足各用水戶的服務(wù)水頭要求，又要盡可能低，以降低加壓泵站水泵揚(yáng)程和管網(wǎng)系統(tǒng)的靜水壓力。從施工安全和降低工程造價(jià)方面考慮，蓄水池形狀一般選擇圓形。

5 供水管道管徑的確定

合理地確定供水管線管徑直接關(guān)系到工程造價(jià)，而管徑的確定主要與管道設(shè)計(jì)流量有關(guān)。在工程供水規(guī)模確定后，管道設(shè)計(jì)流量的確定與供水方案和供水時(shí)間有關(guān)，水源到調(diào)節(jié)構(gòu)筑物之間的管線設(shè)計(jì)流量按最高日工作時(shí)用水量計(jì)算。調(diào)節(jié)構(gòu)筑物之間的管線設(shè)計(jì)流量按最高日工作時(shí)用水量計(jì)算，不考慮時(shí)變系數(shù)。末端調(diào)節(jié)構(gòu)筑物到用水戶之間的配水管網(wǎng)按最高日最高時(shí)供水量計(jì)算。由泵站直接向用水戶供水的管網(wǎng)（無調(diào)節(jié)構(gòu)筑物），設(shè)計(jì)流量按最高日最高時(shí)供水量計(jì)算。對于自流供水系統(tǒng)輸水管線首末都是蓄水池的情況，盡可能延長自流輸水時(shí)間，減小管道設(shè)計(jì)流量，并充分利用地形高差，適當(dāng)加大管道經(jīng)濟(jì)流速，使得入池富余水頭不會太大。

6 管道壓力等級的選擇方案

同一管徑不同管道壓力等級的管材價(jià)格相差較大，不同壓力等級的管徑管道壁厚不同，導(dǎo)致管道水頭損失不同，揚(yáng)程相差大，因此，工程設(shè)計(jì)中要合理確定管道壓力等級，供水管道范圍較大、線路較長時(shí)，應(yīng)根據(jù)工作壓力分區(qū)分段選取不同壓力等級的管道。

對于自流供水系統(tǒng)，管道壓力等級以考慮管道承受靜水壓力為主，因此要求管道首端壓力等級小，末端壓力等級大。地形高差較大的供水管道，宜在適當(dāng)位置設(shè)置減壓設(shè)施（減壓池或減壓閥），一般以0.6 MPa為衡量界限，靈活掌握。

對于加壓供水系統(tǒng)，管道壓力等級綜合考慮動、靜水壓力，因此要求管道首端壓力等級大，末端壓力等級小。如果系統(tǒng)中含有變頻控制設(shè)備，首端壓力等級的選取以泵站揚(yáng)程和供水范圍內(nèi)地形最高處至首端相對高差中較大值為標(biāo)準(zhǔn)，末端壓力等級的選取以輸水管線中揚(yáng)程損失最小時(shí)（輸水流量最?。┧惺艿膲毫闃?biāo)準(zhǔn)，必要時(shí)增設(shè)減壓設(shè)施。如果系統(tǒng)中沒有變頻控制系統(tǒng)，管道選取壓力等級要在上述標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上擴(kuò)大1.2倍。

7 凈水設(shè)備的選取

工程選取水源為地下水和地表水，一般選取水質(zhì)達(dá)標(biāo)的地下水，但幾乎所有工程是通過調(diào)蓄設(shè)施來完成供水，為了避免二次污染，必須有消毒設(shè)施，確保飲水安全。如果選取地表水，尤其是水庫水，所選取的凈水設(shè)備一般是考慮凈化洪水期的設(shè)備，但非洪水期水質(zhì)不一定全都能滿足水質(zhì)要求，若水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，用該凈水設(shè)備處理，會增加供水成本，為了更好地運(yùn)行，建議選取兩套不同型的水質(zhì)處理設(shè)備。

8 水泵選型及其數(shù)量的確定

水泵型號的確定包括設(shè)計(jì)流量和揚(yáng)程，深井泵揚(yáng)程由機(jī)井動水位、水頭損失、地形揚(yáng)程來確定；加壓泵揚(yáng)程由水頭損失、地形揚(yáng)程來確定，所選泵型必須由水泵工況點(diǎn)確定（水泵性能曲線和管路性能曲線的交點(diǎn)）。井泵的數(shù)量為1井1泵，加壓泵數(shù)量具體根據(jù)設(shè)計(jì)流量來確定，由于用水流量的變化性較大，建議配用并聯(lián)運(yùn)行的同型號多臺水泵；對于輸水線路較長、地形高程相差較大的工程，從運(yùn)行成本的角度考慮，選取同流量、不同揚(yáng)程的多臺水泵。

9 結(jié)語

解決農(nóng)村飲水安全問題是一項(xiàng)長期工作，優(yōu)良規(guī)范的工程設(shè)計(jì)是實(shí)施精品工程建設(shè)的前提，在具體設(shè)計(jì)中，一定要實(shí)地勘測、充分論證、充分考慮各種因素，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際，因地制宜地選擇工程建設(shè)方案，確保達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)的工程設(shè)計(jì)。