長子縣色頭集中供水工程分析

王永強

（長治市水利勘測設計研究院，山西 長治 046000）

1 工程概況

長子縣位于山西省東南部，上黨盆地西側(cè)，東距長治市區(qū)21 km。慈林鎮(zhèn)位于長子縣東南部，南與色頭鎮(zhèn)相鄰。晉煤集團趙莊煤礦位于長子縣慈林鎮(zhèn)境內(nèi)，是國家“十五”重點工程，于2007年5月正式竣工投產(chǎn)。

受煤礦采煤漏水、排水污染等種種因素的影響，礦井周邊淺層地下水受到破壞，水位急劇下降，供水量嚴重不足，水質(zhì)也受到污染，直接影響了當?shù)厝嗣竦纳眢w健康。目前趙莊煤礦周邊近10個村莊的人畜飲水，全靠汽車從外地拉水定時供給，村民排隊接水，每天要耗費大量時間和精力，也嚴重制約了當?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高。

為了解決當?shù)卮迩f出現(xiàn)的人畜飲水困難，趙莊煤業(yè)于2011年出資約2 300萬興建了長子縣慈林集中供水工程，供水范圍為慈林鎮(zhèn)崇瓦張、西張溝、南溝、南郜、張店、龍泉、東范、西范、程家莊等9個行政村，現(xiàn)狀用水總?cè)丝?.132萬人，日平均供水量710 m3，年用水量25.9萬m3。慈林集中供水工程，包括提水泵站、輸水管網(wǎng)、調(diào)蓄水池、管理站、凈水消毒設施、輸配電設施等，工程以申村水庫水為水源，泵站分三級提水至土門嶺泵站（三級站）。

本工程為慈林集中供水工程的延續(xù)工程，由趙莊煤業(yè)出資約2 800萬興建。工程受益范圍包括色頭鎮(zhèn)的王晃、色頭等18個行政村和慈林鎮(zhèn)龍?zhí)痢⑼吒G溝、東馬戶、西馬戶、丹峪和橫嶺莊6個行政村。

2 需水量預測與水源情況

2.1 規(guī)劃設計人口、大畜數(shù)量

根據(jù)《山西省農(nóng)村供水工程設計要點（試行）》和《村鎮(zhèn)供水工程技術規(guī)范》的規(guī)定，設計年限為15年，現(xiàn)狀水平年為2017年，設計水平年為2032年。根據(jù)色頭、慈林兩個鄉(xiāng)鎮(zhèn)提供的受益村莊2017年社會經(jīng)濟情況統(tǒng)計表，本次供水范圍內(nèi)的24個用水村莊現(xiàn)狀水平年用水總?cè)丝跒?4 727人，大畜為92頭。

根據(jù)工程規(guī)劃和有關要求，考慮當?shù)氐乃Y源條件、經(jīng)濟發(fā)展狀況和工礦副業(yè)發(fā)展預測，結(jié)合現(xiàn)狀供水設施和人口增長率，測算設計水平年工程供水的人口和牲畜數(shù)量?？紤]養(yǎng)殖業(yè)不是當?shù)氐闹鳟a(chǎn)業(yè)，大畜增長率忽略不計。用水人口增長率按人口控制規(guī)劃指標7.5‰采用，設計水平年供水總?cè)丝跀?shù)量為27 660人，大畜仍為92頭。

2.2 用水定額確定

工程設計為水龍頭入戶、全日供水，根據(jù)《山西省農(nóng)村供水工程設計要點（試行）》和《村鎮(zhèn)供水工程技術規(guī)范》（SL 687-2014），結(jié)合當?shù)卮彐?zhèn)居民的用水現(xiàn)狀、用水條件、供水方式、經(jīng)濟條件、用水習慣等情況，確定用水定額為：居民最高日生活用水量定額：45L/（p·d），大畜最高日用水定額52 L/（頭·d）。

2.3 用水量計算

供水工程的設計供水量包括居民生活用水量和牲畜用水量。經(jīng)計算，最高日設計用水量1 249.48 m3/d，其中：居民生活用水量1 244.7 m3/d，大畜用水量4.78 m3/d。

2.4 給水量計算

設計給水量一般按最高日用水量考慮，本工程管網(wǎng)漏失水量和未預見水量系數(shù)取1.15。經(jīng)計算，工程最高日設計給水量為1 436.91 m3/d，年平均給水量為39.34萬m3/y。

2.5 水源情況

本工程取水點，為長子縣慈林集中供水工程三級站土門嶺泵站前池（容積1 000 m3），初始水源地為申村水庫。

土門嶺泵站位于長子縣慈林鎮(zhèn)土門嶺南側(cè)，新規(guī)劃的環(huán)礦公路西側(cè)，集合管理站、凈水系統(tǒng)綜合布置，具有供水、凈水、調(diào)度管理多個功能，包括泵房、二級站出水池、進水前池、凈水室、管理房、廠區(qū)配套設施、輸變電設施等幾部分。現(xiàn)土門嶺泵站廠區(qū)內(nèi)有空地，可以作為本工程新建泵站的站址。

申村水庫位于長子縣石哲鄉(xiāng)申村東的濁漳河南源干流上，距長子縣城7.5 km，是濁漳河南源干流上游的控制性工程，水庫控制流域面積236.2 km2。2010年除險加固改造后，水庫總庫容3 445萬m3，屬中型水庫。根據(jù)申村水庫水情資料、《長子縣申村水庫除險加固工程初設報告》（2008年山西省水利水電勘測設計研究院設計），水庫多年平均年徑流量3 130萬m3，50%保證率時3 920萬m3，75%保證率時2 550萬m3，95%保證率時1 460萬m3。本工程及慈林集中供水工程取水總量65.24萬m3，在申村水庫規(guī)劃供水范圍之內(nèi)。

慈林集中供水工程實施時在土門嶺泵站修建有凈水室，本工程所需用水，經(jīng)凈水設施凈化后供給各用水戶，水質(zhì)符合《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB 5749-2006）的要求。

3 工程主要建筑物設計

本工程為農(nóng)村供水工程，設計年引水量39.34萬m3，供水保證率為95%。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL 252-2017），本工程供水對象劃分為：一般。且年引水量小于0.3億m3，故本工程等別為V等，工程規(guī)模為?。ǘ┬汀Ｖ饕ㄖ锛墑e為5級，次要建筑物級別為5級。工程永久性水工建筑物洪水標準為10年一遇設計，20年一遇校核。

工程主要建設內(nèi)容：新建土門嶺、色頭2座加壓泵站，2座泵站共安裝8臺水泵，泵站總裝機198 kW。鋪設輸水管線25條，其中輸水主管線一條（分兩段），村支管道24條。新建蓄水池20座，其中，色頭泵站進水前池1座（容積1 000+200 m3），各村高位水池19座（總?cè)莘e1 300 m3）；新建色頭管理站（房）1處。

3.1 泵站工程

本工程根據(jù)需要在土門嶺、色頭布置2座加壓泵站。泵站工程包括泵房、調(diào)蓄水池、輸變電設施等。其中，土門嶺泵站可充分利用已完建工程的廠區(qū)配套設施。

土門嶺泵站建在長子縣慈林集中供水工程土門嶺三級站廠區(qū)內(nèi)，泵站包括泵房、副廠房（配電間）與輸變電設施，與慈林供水工程共用進水前池與管理站（房）。泵房與副廠房間采用分基式結(jié)構(gòu)，泵房包括主泵間與檢修間，整體采用C 25混凝土現(xiàn)澆，副廠房則為磚混結(jié)構(gòu)。泵房軸線尺寸為10.8 m×6.0 m，建筑面積73.45 m2。副廠房軸線尺寸為6 m×3.6 m，建筑面積26.65 m2。

色頭泵站布置于色頭鎮(zhèn)色頭村北的黃土臺地上，泵站包括泵房、進水前池、管理房、廠區(qū)配套設施和輸變電設施等，泵站占地面積0.3 hm2。泵房建在廠區(qū)北側(cè)，整體采用C 25混凝土現(xiàn)澆，軸線尺寸為18.0 m×6.0 m，建筑面積120.25 m2。管理房建在廠區(qū)南側(cè)，建筑面積126 m2。

3.2 輸水管線工程

工程共鋪設輸水管線25條，其中輸水主管線1條，各村支管道24條。輸水主管線分兩段，分別為土門嶺泵站至色頭泵站段、色頭泵站至色頭鎮(zhèn)西后溝分水口段。

主管道輸水壓力1～2 MPa，支管道輸水壓力0.3～1 MPa，綜合比較各類管材性能及優(yōu)缺點，確定本工程選用球墨鑄鐵管加高密度聚乙烯（PE）管的組合管材（球墨鑄鐵管出廠時已做好內(nèi)外防腐）。

根據(jù)工程布置，輸水主管線安裝球墨鑄鐵管13.028 km（其中土門嶺泵站輸水主管段6.469 km，色頭泵站輸水主管段6.559 km）；聚乙烯（PE 100）管道6.087 km；24條支管線安裝球墨鑄鐵管4.152 km；聚乙烯（PE 100）管道25.126 km。

3.3 調(diào)蓄水池工程

本工程新建蓄水池20座，其中色頭泵站進水前池1座，各村高位水池19座（有的村莊高位蓄水池尚可，不需新建）。色頭泵站進水前池，建在色頭村北的高臺地上，兼做土門嶺泵站的出水池及色頭村的高位水池，水池容積（1000+200 m3）。分村高位水池建在各村高點，分村高位池規(guī)格有50 m3、100 m3、200 m3，總?cè)莘e1 300 m3。50 m3、100 m3調(diào)蓄水池為方形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，200 m3、1 000 m3調(diào)蓄水池為矩形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，蓄水池均采用國家標準定型圖集（05 S804）設計。

4 機電及金屬結(jié)構(gòu)

4.1 水力機械

根據(jù)設計流量和計算揚程，土門嶺泵站裝設3臺水泵機組（2用加1備），機組型號為SLG 65-80-1。水泵機組單機運行功率45 kW，泵站機組（兩臺工作泵）日常工作運行功率90 kW，泵站總裝機135 kW。水泵單臺機組設計提水流量71.8 m3/h，設計揚程144 m。水泵在泵房內(nèi)單列布置，機組之間凈距1 m。

色頭泵站向17個用水村莊供水，由于各供水點分散布置，遠近高低各不同，運行時間和供水量也不同，運行情況比較復雜。根據(jù)各供水點的位置關系和相對地形高差，經(jīng)過水力計算，把17個用水村莊編為三組進行供水。色頭泵站共布置五臺水泵，分為兩組，水泵機組型號分別為SLS 65-200（Ⅰ）B（兩臺加一備）、SLS 50-250（Ⅰ）（兩臺）。SLS 65-200（Ⅰ）B水泵機組單機引水流量43.5 m3/h，單機功率11 kW；SLS 50-250（Ⅰ）水泵機組單機引水流量25 m3/h，單機功率15 kW。色頭泵站總裝機63 kW。

4.2 電氣

土門嶺泵站設置廂式變壓器1臺，型號為YBP-100/10/0.4；配置一套軟起動控制柜，型號選用LBPGM-45×3-R1。

色頭泵站設置廂式變壓器1臺，型號為YBP-100/10/0.4；共配置三套電氣控制柜，型號分別為LBP-GM-15、LBP-GM-15、LBP-GM-11×3。

5 結(jié)語

本工程施工線路局部處于煤礦采空區(qū)，設計中考慮了采空塌陷對工程造成的影響。在設計過程中，從兩方面進行優(yōu)化設計，以減輕該影響產(chǎn)生的后果。一是泵房設計時，主泵間與檢修間之間采用整體現(xiàn)澆；二是管線鋪設過程中，在承壓能力滿足的條件下，管材盡量采用彈性更好的高密度聚乙烯（PE）管。慈林集中供水工程，已于2012年7月完工并試水運行，工程實施以來運行完好。