海興縣飲水安全規(guī)劃與設(shè)計

戴 梅，鄭樹森，楊鳳棟，于坤榮

（1.河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津 300250；2.河北省海興縣水務(wù)局，河北 滄州 061200）

海興縣飲水安全規(guī)劃與設(shè)計

戴 梅1，鄭樹森2，楊鳳棟1，于坤榮1

（1.河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津 300250；2.河北省海興縣水務(wù)局，河北 滄州 061200）

海興縣處于深層地下水的高氟區(qū)和苦咸區(qū)，飲水安全問題十分嚴(yán)重。該規(guī)劃設(shè)計范圍涵蓋全縣及國營農(nóng)場，通過規(guī)劃分區(qū)，將全縣供水區(qū)域分為“三區(qū)、五片”的供水格局，并已按設(shè)計實施建成以地表水為主、地下水為補(bǔ)充的農(nóng)村集中供水工程，實現(xiàn)了城鄉(xiāng)一體化供水系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。

飲水安全；高氟；苦咸；地表水；規(guī)劃分區(qū)

1 海興縣飲水安全現(xiàn)狀

1.1 水資源概況

海興縣地處華北平原，屬黑龍港流域，渤海之濱，其地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜，基底構(gòu)造為埕寧隆起，新生代以來，長期處于沉陷，堆積的新生界地層。由于特殊的水文地質(zhì)條件原因，淺層水苦咸，深層水普遍含氟超標(biāo)。深層水源水質(zhì)含氟量大都大于2mg/L，有45%以上的村含氟量達(dá)到4～5mg/L，并且礦化度和氯化物（1.5～2.0g/L）都超標(biāo)。 淺層水淡水面積僅占全縣總面積的12.8%，且分布稀散，其他淺層無淡水，含鹽量在5～10g/L，人畜根本無法飲用。隨著氣候的持續(xù)干旱和地下水資源的日益緊張，地下水位逐年下降，水資源匱乏嚴(yán)重。為滿足群眾生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要，必須開發(fā)深層地下水以解燃眉之急，而海興縣又處于深層地下水的高氟區(qū)和苦咸區(qū)，因此，飲水安全問題十分嚴(yán)重。

1.2 飲水安全現(xiàn)狀

海興縣轄4鎮(zhèn)、3鄉(xiāng)的197個行政村和3個國營農(nóng)場，總?cè)丝?5.2萬人，其中農(nóng)業(yè)人口20.11萬人，占總?cè)丝诘?9.8%，根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計和國家三部委的核定，海興縣農(nóng)村飲水不安全人數(shù)為12.13萬人（不包括3個農(nóng)場），占農(nóng)村人口的70.9%，主要為高氟和苦咸水。全縣飲水水源含氟量多為2.0～4.5mg/L，礦化度為3g/L。由于長期飲用高氟水，80%兒童普遍存在氟斑牙問題，中老年人腳后跟疼，骨脆、骨硬、易骨折現(xiàn)象占60%以上，高氟水及苦咸水嚴(yán)重影響著全縣人民的身心健康，群眾期盼著早日解決高氟水問題。

雖然目前海興縣自來水入戶普及率達(dá)到100%，受益人口為20.1萬人，但由于水源井多為20世紀(jì)60～70年代修建，均已超期服役，而且自來水管網(wǎng)多為20世紀(jì)80年代鋪設(shè)，至今已近30a，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人口增多，村莊面積增大，原有管網(wǎng)老化，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足村莊發(fā)展的用水需求。因此，飲水井不斷報廢，飲水困難呈動態(tài)上升趨勢，現(xiàn)在有的村還存在“自來水管伸到戶，騎車馱筒拉水吃”的現(xiàn)象。

2 工程規(guī)劃

2.1 技術(shù)路線

海興縣飲水安全工程按照“統(tǒng)籌規(guī)劃、城鄉(xiāng)一體、全縣推進(jìn)、戶戶通水”的總體思路，大力推行聯(lián)村集中供水工程，積極推行規(guī)?；l(fā)展、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)、市場化運(yùn)作、專業(yè)化管理、受益戶參與的集中供水模式。

針對2009年楊埕水庫達(dá)到蓄水條件的總體要求，為避免重復(fù)投資，確定技術(shù)路線為：以楊埕水庫調(diào)蓄工程外調(diào)地表水源為依托，徹底實現(xiàn)海興縣飲水水源切換，發(fā)展地表水凈水廠，實現(xiàn)城鄉(xiāng)供水一體化。

2.2 需水量預(yù)測

規(guī)劃地表水源為楊埕水庫，水庫至凈水廠輸水管線設(shè)計流量由水廠設(shè)計規(guī)模和水廠自用水量組成；凈水廠設(shè)計規(guī)模按照最高日用水量確定，主要包括農(nóng)民生活用水、兼顧公共建筑用水、工業(yè)及其他用水、管網(wǎng)漏失和未預(yù)見水量；配水管網(wǎng)設(shè)計規(guī)模按照最高日、最高時進(jìn)行設(shè)計。根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》和《海興縣集中供水工程初步設(shè)計》，綜合各種因素考慮，規(guī)劃區(qū)人均綜合用水量指標(biāo)：城區(qū)采用130L/p·d標(biāo)準(zhǔn)，農(nóng)村取80L/p·d，管網(wǎng)漏失及未予見水量按25%考慮，最高日變化系數(shù)按照1.4考慮，預(yù)測海興縣近期年需水總量為696.1萬m3，遠(yuǎn)期年需水總量為1217.5萬m3。

2.3 水源供需平衡分析

為提高渤海新區(qū)的供水保證率，確定引水工程實施雙水源，雙線引水。第1條從大浪淀排水渠引水，在大浪淀水庫以上利用大浪淀水庫的位山引黃線路，以下利用淀北排干入大浪淀排水渠，經(jīng)東侯干渠跨武港路，利用新開渠道至宣惠河左岸建引水泵站經(jīng)壓力管道穿越宣惠河至調(diào)楊埕水庫。第2條在小開河灌區(qū)引水渠末端下泊頭建引水泵站經(jīng)壓力管道引水至楊埕水庫。因此楊埕水庫的外調(diào)水源是有保障的。

楊埕水庫總庫容為6568萬m3，調(diào)節(jié)庫容為5652萬m3。綜合考慮后年調(diào)蓄兩次，年引水量為9115.1萬m3，滿足海興縣需水總量1217.5萬m3的要求。

2.4 輸水工程規(guī)劃

2.4.1 供水工程規(guī)劃分區(qū)

根據(jù)海興縣地理條件和村莊分布，將全縣供水區(qū)域分為西區(qū)、東北區(qū)和東南區(qū)，形成“三區(qū)、五片”的供水格局。以楊埕水庫渤海新區(qū)供水泵站為起點，通過泵站和輸水管線，將地表水送至凈水廠。

（1）西區(qū)：該區(qū)位于宣惠引河以西區(qū)域，包括城區(qū)、趙毛陶鄉(xiāng)、蘇基鎮(zhèn)、高灣鎮(zhèn)、張會亭鄉(xiāng)、海興縣農(nóng)場和辛集鎮(zhèn)西部部分村莊。該區(qū)域以城區(qū)凈水廠為中心向四周輻射，因南北向供水距離較長，分別在王文、良章規(guī)劃2個配水廠，連同城區(qū)凈水廠管網(wǎng)供水區(qū)域形成 “一區(qū)三片”2個配水廠以城區(qū)凈水廠出水為水源，供應(yīng)南、北兩片供水區(qū)域，該區(qū)規(guī)劃人口185183人，其中城區(qū)人口3.0萬人（遠(yuǎn)期8.8萬人）、農(nóng)村人口15.52萬人（包括縣農(nóng)場）。

（2）東北區(qū)：該區(qū)位于宣惠引河以東、宣惠河以北區(qū)域，包括小山鄉(xiāng)、青鋒農(nóng)場和青先農(nóng)場，服務(wù)人口3.421萬人。

（3）東南區(qū)：該區(qū)域位于宣惠引河以東、宣惠河以南區(qū)域，包括香坊鄉(xiāng)、辛集鎮(zhèn)大部分村莊，總?cè)丝?.0843萬人。

2.4.2 供水水廠規(guī)劃

目前海興縣供水水源皆為深層地下水，包括縣城供水系統(tǒng)也是完全靠水源井直接供給，沒有集中凈水廠，為適應(yīng)新的地表水水源切換，結(jié)合縣城供水工程規(guī)劃及工程規(guī)劃分區(qū)，對全縣進(jìn)行規(guī)劃，共規(guī)劃城區(qū)、小山、香坊3座凈水廠，王文、良章2座配水廠，覆蓋全縣，實現(xiàn)集中供水。最終海興縣飲水安全供水系統(tǒng)形成 “一庫—兩線—三區(qū)—五片”的供水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)如圖1，為實現(xiàn)城鄉(xiāng)供水一體化，打下了良好的基礎(chǔ)。

3 輸水工程設(shè)計

3.1 凈水廠設(shè)計

凈水廠設(shè)計規(guī)模按照最高日用水量確定，主要包括城市用水、農(nóng)民生活用水兼顧公共建筑用水、工業(yè)及其他用水、管網(wǎng)漏失和未預(yù)見水量；設(shè)計凈水工藝與當(dāng)?shù)厮此|(zhì)直接相關(guān)，海興縣飲水安全工程以楊埕水庫水為供水水源，根據(jù)水庫水質(zhì)化驗報告，結(jié)合GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行評定，確定原水水質(zhì)為地面水Ⅱ類水體，符合供水水源要求，確定水處理工藝：

3.1.1 城區(qū)凈水廠設(shè)計

城區(qū)凈水廠設(shè)計規(guī)模為近期2萬m3/d，遠(yuǎn)期4萬m3/d。其中：王文配水廠設(shè)計規(guī)模2800m3/d；良章配水廠設(shè)計規(guī)模5000m3/d。

城區(qū)凈水廠凈水工藝流程為：

水源—混合器—網(wǎng)格反應(yīng)池—斜板沉淀池—V型濾池—清水池—泵房—管網(wǎng)

王文、良章配水廠工藝流程為：

城區(qū)水廠凈化水—清水池（消毒）—泵房—管網(wǎng)

3.1.2 香坊、小山凈水廠設(shè)計

小山凈水廠設(shè)計規(guī)模3500m3/d；香坊凈水廠設(shè)計規(guī)模3200m3/d。工藝流程為：

水源—一體化凈水裝置—清水池—泵房—管網(wǎng)

3.2 輸水、配水管線設(shè)計

3.2.1 輸水管線設(shè)計

水庫至凈水廠輸水管線設(shè)計流量由水廠設(shè)計規(guī)模和水廠自用水量組成，考慮水廠自用水量（反沖洗等）按水廠規(guī)模的10%計算。取水泵站至凈水廠管道流量采用最高日平均時，則輸水管線設(shè)計規(guī)模根據(jù) 《室外硬聚氯乙烯給水管道工程設(shè)計規(guī)程》的規(guī)定，當(dāng)水溫為20℃時，硬聚氯乙烯管的水力坡降計算公式：

式中 i為水力坡降；Q為流量（m3/s）；DJ為管道計算內(nèi)徑（m）。

3.2.2 配水管網(wǎng)設(shè)計

3.2.2.1 設(shè)計原則

配水管網(wǎng)按照滿足遠(yuǎn)期最高日、最高時確定規(guī)模，一次規(guī)劃建成，對遠(yuǎn)期實施的村莊預(yù)留接口，對于城區(qū)管網(wǎng)，其布置形式采用環(huán)形管網(wǎng)；對于農(nóng)村供水管網(wǎng)因村莊分布較為分散，管網(wǎng)形式以枝狀管網(wǎng)為主；對較大的鄉(xiāng)鎮(zhèn)所在地，考慮管道成環(huán)的可能。最高日、最高時變化系數(shù)按表1選取。

表1 時變化系數(shù)取值表

管網(wǎng)最不利水壓：

（1）城區(qū)按0.24MPa進(jìn)行規(guī)劃，滿足5層建筑供水水壓要求，個別需水壓力較高的建筑自行加壓；

（2）村莊按0.12MPa進(jìn)行規(guī)劃，滿足2層建筑用水需要。

3.2.2.2 配水管網(wǎng)水力計算

配水管線沿程水頭損失計算采用海曾－威廉公式：

式中 h為管道水頭損失（kPa）；q為流量（m3/s）；L為管段長度（m）；D為管道計算內(nèi)徑（m）；C為海曾－威廉系數(shù)，C＝140。

3.2.3 典型設(shè)計實例

以香坊集中供水工程為典型，設(shè)計規(guī)模為3200m3/d，水廠自用水量按水廠規(guī)模的10%考慮，則輸水管線設(shè)計流量為3520m3/d。通過計算，并考慮局部阻力損失為沿程損失的10%，所需的管道內(nèi)徑DJ為300mm，其損失為12.18m，要求泵站揚(yáng)程30m。選取PVC－M塑料管規(guī)格為De315，選用管道壓力等級0.6MPa滿足設(shè)計要求。

根據(jù)計算，配水管網(wǎng)最不利管線水廠～外網(wǎng)水力損失為18.41m。考慮水廠最低水位與最不利點的水頭差為2m，最不利點（村口）自由水頭20m，則水泵揚(yáng)程為：18.41＋20＋2＝40.41m，水泵揚(yáng)程選定45m滿足設(shè)計要求，外管網(wǎng)管材壓力等級選定為0.6MPa。

4 結(jié)語

按照“統(tǒng)籌規(guī)劃、城鄉(xiāng)一體、整縣推進(jìn)、戶戶通水”的要求，海興縣飲水安全供水系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)最終形成 “一庫—兩線—三區(qū)—五片”的供水系統(tǒng)格局，為實現(xiàn)城鄉(xiāng)供水一體化打下了良好基礎(chǔ)。于2010年7月1日前實現(xiàn)飲用地表水全覆蓋，建成以地表水為主、地下水為補(bǔ)充的農(nóng)村集中供水工程網(wǎng)絡(luò)。對海興縣完善供水社會化服務(wù)體系，保證飲水安全，促進(jìn)社會主義建設(shè)具有重要意義。

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1672-9900（2011）01-0030-03

2010－12－30

戴梅（1965－），女（漢族），河北保定人，高級工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計工作，（Tel）13821718161。