永修縣云山水廠改造工程設(shè)計分析

王 飛

(江西省永修縣水利局農(nóng)電站，江西 九江 330300)

1 項目概況

云山水庫位于江西省永修縣灘溪鎮(zhèn)沙垅村陳家垅，坐落在潦河支流的龍安河中游段，是一座以供水、灌溉為主兼有防洪、發(fā)電等綜合效益的中型水庫。云山水庫目前正常蓄水位51.00m，設(shè)計洪水位54.56m，校核洪水位56.69m，總庫容5934萬m3，壩址控制流域面積172km2，壩址處多年平均流量4.67m3/s。

2 供水現(xiàn)狀

2.1 燕山水廠供水現(xiàn)狀

燕山水廠建于2010年12月，設(shè)計供水規(guī)模為10000m3/d，現(xiàn)狀規(guī)模5000m3/d。

1)現(xiàn)狀水源及原水水質(zhì)：

燕山水廠最初水源為燕山水庫，燕山水庫水量充足，水質(zhì)良好，由于燕山水庫龍源峽景區(qū)旅游開發(fā)帶動了燕山鎮(zhèn)的社會經(jīng)濟發(fā)展，同時為滿足環(huán)保要求，燕山水廠水源遷移至羅石源山泉，取水口位于下徐家，取水口水質(zhì)優(yōu)良，但隨季節(jié)變化水量變化十分明顯，枯水季節(jié)水量不足，嚴重阻礙云山、燕山鎮(zhèn)的經(jīng)濟發(fā)展，供水安全性較低。

羅石源水源為山泉水，洪水季節(jié)水量充沛，枯水季節(jié)水量不足，水質(zhì)較好。

2)管網(wǎng)現(xiàn)狀：

由燕山水廠至云山敷設(shè)一條DN400/DN300管道，全長約20km供云山用水，同時由于燕山鎮(zhèn)至云山中途地勢較高，因此，在赤石崗建設(shè)了一座加壓泵站，出站水壓力為0.70MPa左右。

其中，燕山水廠至赤石崗加壓站段，管徑為DN400，管長約為8.42Km，水廠出水自流管道，現(xiàn)狀管道壓力為0.6MPaPE管，但由于管道使用年限較久，此管道經(jīng)常爆管，改造迫在眉睫。

赤石崗加壓站至峽坪村段，為DN300壓力管道，目前此管段運轉(zhuǎn)正常，不納入該工程改造范圍內(nèi)。

2.2 存在的問題

1)水源供水保障率不高，燕山水廠水源遷移至羅石源山泉，取水口位于下徐家，取水口水質(zhì)優(yōu)良，但隨季節(jié)變化水量變化十分明顯，枯水季節(jié)水量不足，嚴重阻礙云山、燕山鎮(zhèn)的經(jīng)濟發(fā)展，供水安全性較低。

2)供水方式能耗相對較高，水廠距離主用水區(qū)較遠，大部分的用水量需要通過中途加壓泵站提升后，進行供給，整體能耗較高。

3)供水方案改變后，對現(xiàn)有管網(wǎng)需要重新復核。

3 設(shè)計規(guī)模和水源選擇

3.1 供水范圍和供水人口

根據(jù)燕山農(nóng)場及云山集團居民居住情況及飲人口的分布及水資源分布特點，該項目擬異地改建云山自來水廠，解決當?shù)丶?zhèn)及周邊農(nóng)村的人民生活用水及工業(yè)生產(chǎn)用水[1]。

1)設(shè)計年限：

根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，農(nóng)村供水工程設(shè)計年限一般可按10～15年計算，本次項目工程設(shè)計年限按10年考慮，以2021年為現(xiàn)狀水平年，以2030年為設(shè)計水平年。

2)設(shè)計人口：

現(xiàn)狀人口為23504人，其中集鎮(zhèn)人口11032人，農(nóng)村人口12472人，縣城及集鎮(zhèn)人口增長率按8‰考慮，農(nóng)村人口增長率約3‰考慮，存在人口的機械轉(zhuǎn)移；規(guī)劃水平年為2030年，供水區(qū)內(nèi)總?cè)丝跒?4798人，其中集鎮(zhèn)區(qū)人口11947人，農(nóng)村人口12851人。

3)居民生活用水量Q1：

生活用水量也就是滿足群眾日常生活所必須的水量，根據(jù)最高日人均用水定額與設(shè)計人口數(shù)進行計算，即：

Q1=p*q/1000

(1)

式中：Q1為居民生活用水量，m3/d；p為設(shè)計年限內(nèi)設(shè)計人口數(shù)；q為最高日居民生活用水定額，本工程所在地范圍，設(shè)計用水條件為全日供水，戶內(nèi)有洗滌池和部分其他衛(wèi)生設(shè)施。根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》(GB310-2004)的規(guī)定，最高日居民生活用水定額取值范圍為60.0～140.0L/人·d，結(jié)合周邊農(nóng)村發(fā)展區(qū)的實際情況，鎮(zhèn)區(qū)居民用水定額取140L/人·d，農(nóng)村居民用水定額取90L/人·d。

Q1=(11947×140+12851×80)/1000=2829.17m3/d

4)其他公共建筑用水量Q2：

項目工程公共建筑用水量取集鎮(zhèn)區(qū)居民生活用水量的10%以及農(nóng)村地區(qū)居民生活用水量的5%。公共建筑用水量計算如下：

Q2=鄉(xiāng)鎮(zhèn)所在地需水量×10%+鄉(xiāng)鎮(zhèn)以下區(qū)域需水量×5%=(11947×140×10%+12851×90×5%)/1000=225.09m3/d

5)企業(yè)、旅游開發(fā)等用水量Q3：

規(guī)劃工業(yè)企業(yè)用水為各供水范圍內(nèi)需自來水工程供水的相關(guān)工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)用水(不包括自備水源的工業(yè)企業(yè))。工業(yè)企業(yè)發(fā)展規(guī)模預測(產(chǎn)值增加值)主要依據(jù)相應(yīng)區(qū)域(或工業(yè)企業(yè))發(fā)展規(guī)劃確定。對沒有相應(yīng)工業(yè)企業(yè)發(fā)展規(guī)劃的區(qū)域，則以現(xiàn)狀工業(yè)增加值(不含建筑業(yè)增加值)為基數(shù)，按9%平均年增長速度預測規(guī)劃水平年工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模,萬元工業(yè)增加值用水定額取值為30m3/萬元。

供水區(qū)范圍內(nèi)，利用自來水生產(chǎn)的現(xiàn)狀工業(yè)生產(chǎn)增加值為23991.20萬元，至規(guī)劃水平年2030年，工業(yè)產(chǎn)業(yè)增加值為56795.89萬元。

Q3=56795.89×30/365=4668.16m3/d

6)管網(wǎng)漏失水量Q4：

管網(wǎng)漏損水量：按用戶總需水量的12%計算。

Q4=(Q1+Q2+Q3)×12%=(2829.17+225.09+4668.16)×12%=926.69m3/d

7)未預見水量Q5：

未預見水量：按用戶總需水量與管網(wǎng)漏損水量之和的10%計算。

Q5=(Q1+Q2+Q3+Q4)×10%=(2829.17+225.09+4668.16+926.69)×10%=864.91m3/d

8)供水規(guī)模：

供水規(guī)模即供水工程的設(shè)計供水能力，也就是工程運行過程中所應(yīng)達到的最大生產(chǎn)能力，包括居民生活用水量、公共建筑用水量、管網(wǎng)漏失水量和未預見水量之和。即：

Q=(Q1+Q2+Q3+Q4+Q5)=2829.17+225.09+4668.16+926.69+864.91=9514.01m3/d

根據(jù)以上計算結(jié)果，確定云山水廠設(shè)計供水規(guī)模為10000m3/d，本工程分期實施，近期設(shè)計供水規(guī)模為5000m3/d，遠期再實施5000m3/d。

9)人均綜合用水量：

至遠期2030年，云山水廠供水區(qū)域內(nèi)人均綜合用水量=供水規(guī)模/設(shè)計人口=10000/24798=403.26L/d。

3.2 供水水壓

供水水壓需滿足配水管網(wǎng)中用戶接管點的最小服務(wù)水頭；設(shè)計時對很高或很遠的個別用戶所需的水壓不宜為控制條件，可采取局部加壓或設(shè)集中供水點等措施滿足其用水需要。

配水管網(wǎng)中用戶接管點最小服務(wù)水頭，單層建筑物為5～10m，兩層建筑物為10～12m，二層以上每增高一層增加3.5～4.0m。根據(jù)本工程特點最小服務(wù)水頭取24m。用戶水龍頭的最大靜水頭≥40m，超過時宜采取減壓措施。

4 總體布置方案的選擇

4.1 供水方案的選擇

根據(jù)對現(xiàn)場可用水源實地踏勘，經(jīng)對比分析，有2個可行的供水系統(tǒng)方案，具體如下：

方案一：利用現(xiàn)狀燕山水廠，取水自云山水庫水，原水經(jīng)加壓至燕山水廠。

為保證取水水源的水質(zhì)水量，方案一利用現(xiàn)狀燕山水廠，采用云山水庫作為燕山水廠的取水水源，原水經(jīng)取水泵房加壓，經(jīng)DN400L=16.3km的渾水管道敷設(shè)至燕山水廠，再利用燕山水廠現(xiàn)有供水設(shè)施，經(jīng)過常規(guī)處理工藝凈化，由送水泵房加壓后打入配水管網(wǎng)，供給燕山和云山居民用水，同時位于赤石崗的加壓站仍需保留，燕山水廠水需經(jīng)過赤石崗加壓站二次加壓方可供至云山。同時改造羅石源攔水壩，當豐水季節(jié)時可用羅石源水，枯水季節(jié)時則采用云山水庫水。

方案二：新建云山水廠

1)取水部分：取水自云山水庫至永修第二水廠原水管線，原水管線長約8.3km，中途設(shè)置加壓泵站，采用疊壓供水設(shè)備，并設(shè)置超越管；2)利用現(xiàn)有廠區(qū)，新建水廠一座，遠期供水規(guī)模為1萬m3/d，近期規(guī)模為5000m3/d。

3)配水管道：①自水廠鋪設(shè)一條DN400供水管線，與現(xiàn)狀DN300環(huán)管相連接；②在省道S511歐山廟附近設(shè)置加壓站，向燕山農(nóng)場供水；③在赤石崗加壓站、峽坪村調(diào)節(jié)水池附近將配水主管相連通；④燕山農(nóng)場至赤石崗段，部分管網(wǎng)進行改造，⑤燕山農(nóng)場地勢較低的配水支管設(shè)置支管減壓閥。

4.2 方案比選

表1 兩種方案對比表

綜合比較工程建設(shè)成本以及后期運維成本等，考慮到兩種方案建設(shè)成本相當，但方案二運營成本相對較小，且靠近主用水區(qū)，供水更安全，因此，本工程推薦采用方案二，原燕山水廠可作為應(yīng)急水源。

5 工程設(shè)計

5.1 主要建設(shè)內(nèi)容

結(jié)合工程現(xiàn)狀，選擇方案二本工程主要建設(shè)內(nèi)容有：

1)取水部分：取水自云山水庫至永修第二水廠原水管線，原水管線長約8.3km，中途設(shè)置加壓泵站，采用疊壓供水設(shè)備，并設(shè)置超越管。

2)利用現(xiàn)有廠區(qū)，新建水廠一座，遠期供水規(guī)模為1萬m3/d，近期規(guī)模為5000m3/d。

3)配水管道：①自水廠鋪設(shè)一條DN400供水管線，與現(xiàn)狀DN300環(huán)管相連接；②在省道S511歐山廟附近設(shè)置加壓站，向燕山農(nóng)場供水；③在赤石崗加壓站、峽坪村調(diào)節(jié)水池附近將配水主管相連通；④燕山農(nóng)場至赤石崗段，部分管網(wǎng)進行改造，⑤燕山農(nóng)場地勢較低的配水支管設(shè)置支管減壓閥。

5.2 取水工程

取水工程按遠期1萬m3/d設(shè)計，近期規(guī)模5000m3/d。取水自云山水廠至永修二水廠DN1000原水管道，鋪設(shè)一條原水管道至水廠。

5.3 原水管設(shè)計

1)原水管設(shè)計：

本工程輸水管擬建1根。管材擬采用球墨鑄鐵管，按設(shè)計流量10000m3/d計，水廠自用水量按5%計，全日制工作，輸水管長度約8.3km。

2)水力坡降線：

水力坡降，單位管道長度的壓力水頭線或重力水頭線的降低值。在排水管渠計算時(假定管集中的水流為均勻流)，即為計算管段中水面坡降與管段長度之比，在給水管道計算時(壓力流)為壓力水頭線的下降率。

各工況情況如下：

工況一：近期取水量55000m3/d(永修二水廠50000m3/d，云山水廠5000m3/d)常水位情況下，若永修二水廠取水泵揚程為32m，則原水可通過超越管自流至云山水廠。

工況二：近期取水量55000m3/d(永修二水廠50000m3/d，云山水廠5000m3/d)死水位情況下，若永修二水廠取水泵揚程為32m，則需加壓提升至云山水廠，加壓泵采用罐式疊壓設(shè)備。

工況三：遠期取水量110000m3/d(永修二水廠100000m3/d，云山水廠10000m3/d)常水位情況下，現(xiàn)有設(shè)施無法滿足要求，需要重新調(diào)整取水設(shè)備。

3)取水泵站：

根據(jù)水力坡降線，取水泵站按近期用水需要配備取水泵。

取水泵站土建按1萬m3/d設(shè)計，尺寸為B×L×H=5.0m×6.0m×4.0m；設(shè)旁通管，當水庫水位能夠滿足自流時，直接由水庫自流供水，當水位滿足不了要求是，由取水泵站提水。

4)原水輸送方案：

豐水期原水采用重力流輸送，枯水期采用水泵提升，配水管網(wǎng)一次鋪設(shè)到位，沿途高處設(shè)置排氣閥，低處設(shè)泄水閥。管道壓力等級為1.0MPa。

5)管道工程結(jié)構(gòu)設(shè)計：

管槽開挖底寬為1400mm，開挖邊坡的坡度按地質(zhì)條件的不同分別設(shè)計，黏土、坡積土地段管槽坡度為1∶0.33，雜填土、碎石類土地段管槽坡度為1∶0.5，巖石地段管槽坡度為1∶0.2。管道基礎(chǔ)在非機動車道下采用原土基礎(chǔ)，若遇淤泥時采用300mm厚碎石灌砂置換淤泥，在機動車道下采用碎石灌砂基礎(chǔ)。在非機動車道下管腔回填采用原土回填，分層夯實，密實度達90%以上，在機動車道下管腔回填采用中砂回填，密實度達92%以上。

管道支墩采用毛石混凝土，混凝土強度等級為C15，毛石摻量為30%。在管道彎頭、三通、堵頭處均應(yīng)設(shè)置毛石混凝土支墩。管道的閥門井、泄水井、排氣閥井均采用MU10青磚，M10水泥砂漿砌筑。

5.4 配水管道校對

5.4.1 工程設(shè)計基礎(chǔ)資料

1)基礎(chǔ)參數(shù)：

云山水廠配水主管網(wǎng)總供水規(guī)模為1萬m3/d，近期規(guī)模為5000m3/d。近期時變化系數(shù)K時取1.6，遠期時變化系數(shù)K時取1.4。現(xiàn)狀管道已經(jīng)建設(shè)完成，本工程分為近遠期兩種工況進行復核。

2)現(xiàn)狀管道：

云山集團方向現(xiàn)狀管道成環(huán)狀布置，管徑為DN300；燕山農(nóng)場成支狀布置，主管網(wǎng)現(xiàn)狀管道，管徑為DN300及DN400管道。

5.4.2 平差計算結(jié)果分析

1)工況一：近期規(guī)模5000m3/d，時變化系數(shù)1.6，最不利點壓力16m，此時水廠揚程為35m,主管網(wǎng)壓力在40m左右，能夠滿足供水需要。根據(jù)計算結(jié)果，此時管道壓力小于現(xiàn)有管道承受的壓力，能夠滿足供水需要。

2)工況二：遠期規(guī)模10000m3/d，時變化系數(shù)1.4，最不利點壓力16m，此時水廠揚程為38m,主管網(wǎng)壓力在38m左右，能夠滿足供水需要。

3)云山農(nóng)場方向：供水規(guī)模為1500m3/d，時變化系數(shù)取1.6，現(xiàn)有管道管徑能夠滿足設(shè)計要求，各管道工作壓力如下：①歐山廟附近設(shè)置加壓站，加壓站系統(tǒng)壓力為64m(可疊壓0.15MPa)，最高點自由水頭為5.00m。②歐山廟至赤石崗加壓站段，管道工作壓力與現(xiàn)狀管道工作壓力基本相同，能夠滿足管道供水要求；③赤石崗加壓站至燕山水廠段，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，現(xiàn)有管道壓力等級為1.0MPa，根據(jù)平差計算結(jié)果，管道最低點最大自由水頭為0.72MPa，自由水頭在0.6-0.72MPa之間的管段，長約4.0Km；現(xiàn)有管道能夠滿足壓力需求；具體施工前，建議對管道承壓能力進行檢測。

根據(jù)計算結(jié)果，在各種工況下，現(xiàn)有管道能夠滿足改造后供水壓力需要，因此，配水管網(wǎng)不納入給水管道改造范圍。

5.4.3 配水管網(wǎng)核對結(jié)果

1)云山農(nóng)場方向(現(xiàn)狀管道平差結(jié)果)：供水規(guī)模為1500m3/d，時變化系數(shù)取1.6，現(xiàn)有管道管徑能夠滿足設(shè)計要求，各管道工作壓力如下：①歐山廟附近設(shè)置加壓站，加壓站系統(tǒng)壓力為64m(可疊壓0.15MPa)，最高點自由水頭為5.00m。②歐山廟至赤石崗加壓站段，管道工作壓力與現(xiàn)狀管道工作壓力基本相同，能夠滿足管道供水要求；③赤石崗加壓站至燕山水廠段，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，現(xiàn)有管道壓力等級為0.6MPa，且現(xiàn)狀管道經(jīng)常爆管，本次改造后，根據(jù)平差計算結(jié)果，管道最低點最大自由水頭為0.72MPa，自由水頭在0.35-0.72MPa之間，超出了原有管道工作壓力；因此，該工程建議對赤石崗至燕山水廠段進行改造。

2)云山農(nóng)場方向(改造后平差結(jié)果)：根據(jù)平差結(jié)果，本工程建議對赤石崗加壓站至燕山水廠段，進行改造，將現(xiàn)狀DN400給水管道改造為DN250管道。改造后赤石崗加壓站至燕山水廠段管道工作壓力為0.70-0.20MPa。

5.4.4 歐山廟加壓站

根據(jù)水力計算結(jié)果，建議在歐山廟附近設(shè)置加壓站。

加壓系統(tǒng)揚程為64.0m，流量為100m3/h。

該工程建議采用罐式疊壓供水設(shè)備，設(shè)備型號：150ZWG3/APV64-30(HSZ1)。

6 結(jié) 論

該工程是永修縣國民經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃和基礎(chǔ)設(shè)施的重要部分，項目的建設(shè)將提高永修縣城鄉(xiāng)一體化供水工程水源供水保證率，對促進廬山市經(jīng)濟的發(fā)展有著深遠的意義。項目建設(shè)條件基本具備，項目的各項技術(shù)經(jīng)濟指標較為合理，有較好的經(jīng)濟效益，保障用水需求。