農(nóng)村飲水安全鞏固提升工程設(shè)計(jì)

張青霞

(泉州水務(wù)工程建設(shè)集團(tuán)有限公司規(guī)劃設(shè)計(jì)分公司，福建 泉州 362000)

1 前言

石井鎮(zhèn)位于南安市最南部沿海地區(qū)，轄1個(gè)社區(qū)、25個(gè)行政村，全鎮(zhèn)戶籍總?cè)丝诩s8萬多人。石井人民秉承先人艱苦創(chuàng)業(yè)的成功精神，圍繞建設(shè)“現(xiàn)代化港口城鎮(zhèn)”的總體目標(biāo)，立足港口優(yōu)勢，挖掘區(qū)位潛力，壯大“石材、石化、航運(yùn)漁業(yè)、新型輕工、旅游”五大支柱產(chǎn)業(yè)，充分發(fā)揮人文、區(qū)位、僑臺優(yōu)勢，認(rèn)真組織實(shí)施以發(fā)展鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)為騰飛龍頭的港口經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略，推動經(jīng)濟(jì)社會全面發(fā)展。由于特殊的地理位置、地質(zhì)條件和經(jīng)濟(jì)社會條件的制約，項(xiàng)目區(qū)存在嚴(yán)重的飲水安全問題。項(xiàng)目提升改造包含院前村和前坂村兩個(gè)行政村，其中院前村由于水廠管網(wǎng)敷設(shè)范圍不足，未能接入自來水，目前飲用機(jī)井水，但井水水質(zhì)超標(biāo)不宜作為飲用水源。前坂村雖有自來水入戶，但配水管大部分管道材質(zhì)為鍍鋅鋼，由于管網(wǎng)敷設(shè)已有12 a，其末梢水質(zhì)銹蝕、渾濁，經(jīng)過水廠檢測水質(zhì)不能滿足生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求。項(xiàng)目的實(shí)施能從根本上解決群眾的飲水問題，向群眾提供潔凈、符合飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的自來水，對改善當(dāng)?shù)鼐用竦纳顥l件有著十分重要的作用。

設(shè)計(jì)通過水廠管網(wǎng)延伸向院內(nèi)村和前坂村供水，新建De250～De40 PE管配水管網(wǎng)10 185 m；為院前村全村配備一戶一表，配備De32 PE水表支管，每處30 m，共7 305 m；De20 PE入戶管每戶20 m，總長19 480 m；設(shè)置DN20水表974組，4～5個(gè)水表聯(lián)合一處水表箱，共設(shè)水表箱244個(gè)；DN250～DN32閥門45個(gè)；排氣閥4個(gè)；排泥閥11個(gè)；消火栓3套；閥門井45座。

2 工程地質(zhì)

2.1 地形、地貌

項(xiàng)目供水管線基本沿現(xiàn)有道路邊沿敷設(shè)。管網(wǎng)接入口位于院小公路及201省道旁，地形開闊，管網(wǎng)敷設(shè)范圍內(nèi)地形高差最大20 m左右，但范圍較長，坡度平緩。

2.2 自然地理?xiàng)l件

項(xiàng)目區(qū)為亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，受東南季風(fēng)影響，氣候溫暖潮濕，雨量充沛，區(qū)內(nèi)晝夜溫差不大，夏天炎熱，冬天未見霜、雪，年平均氣溫約23℃。年平均降雨量1 890.00 mm，3-9月為雨季，5-6月份、8-9月份常見暴雨，9月至翌年2月為旱季。

2.3 地層條件

參照附近建筑工程勘察資料顯示，項(xiàng)目區(qū)主要地層巖性如下：①粉質(zhì)黏土：灰黃色，可塑，稍濕，以黏粉粒為主，含少量的細(xì)顆粒，切面光滑，干強(qiáng)度中等，中等韌性，無搖振反應(yīng)，沖洪積而成，上部0.30 m為根植土或素填土(道路邊)，主要分布在詩溪兩岸沖積地表部。②坡殘積層：主要為含碎石黏土，分布于丘陵的表面。工程區(qū)未發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)情況，管線也不存在深挖方、高填方情況。場區(qū)工程地質(zhì)條件符合工程建設(shè)需要。

根據(jù)1∶400萬的《中國地震動反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖》和《中國地震峰值加速度區(qū)劃圖》，工程地震動反應(yīng)譜特征周期為0.45 s，地震動峰值加速度為0.10 g，工程區(qū)地震基本烈度Ⅶ度。

3 工程規(guī)劃

3.1 設(shè)計(jì)水平年的確定

項(xiàng)目以2015年為設(shè)計(jì)現(xiàn)狀年，以2025年為設(shè)計(jì)水平年。

3.2 項(xiàng)目受益人口

根據(jù)《泉州市統(tǒng)計(jì)年鑒》石井鎮(zhèn)近年來人口發(fā)展?fàn)顩r，本項(xiàng)目計(jì)算中，人口自然增長率取7‰，計(jì)算公式如下：

設(shè)計(jì)用水居民人數(shù)：

P=P0(1+γ)n+P1

(1)

式(1)中：P—設(shè)計(jì)用水居民人數(shù)，人；P0—供水范圍內(nèi)常住人口數(shù)，人；?—設(shè)計(jì)年限內(nèi)人口的自然增長率，此項(xiàng)目取7‰；n—工程設(shè)計(jì)年限，n=10 a；P1—設(shè)計(jì)年限內(nèi)人口機(jī)械增長總數(shù)，根據(jù)各村的人口規(guī)劃以及近年來流動人口和戶籍遷移人口的變化情況，按年平均增長法確定，共249人。

其他各參數(shù)人口詳見表1。

表1 供水人口統(tǒng)計(jì)表

3.3 供水規(guī)模

3.3.1 生活用水量

生活用水定額根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定，根據(jù)實(shí)際調(diào)查項(xiàng)目村的主要用(供)水條件，石井鎮(zhèn)為全日供水，戶內(nèi)有洗滌池和部分其他衛(wèi)生設(shè)施，結(jié)合考慮當(dāng)?shù)鼐用袢粘Ｉ钣盟闆r及今后發(fā)展規(guī)劃，因此最高日居民生活用水定額按取140 L/(人·d)。居民生活用水量可按下式計(jì)算：

W=Pq/1 000

(2)

式(2)中：W—居民生活用水量，m3/d；P—設(shè)計(jì)用水居民人數(shù)，人；q—最高日居民生活用水定額，L/(人·d)。

3.3.2 公共建筑用水量

村內(nèi)有學(xué)校及活動廣場等其他公用建筑物，但長期公共建筑用水量資料較少，按規(guī)范取居民生活用水量的10%計(jì)算。

3.3.3 消防用水量

消防用水量應(yīng)按照《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》和《村鎮(zhèn)建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定確定。消防用水按同一時(shí)間內(nèi)火災(zāi)次數(shù)為1次，滅火10 L/s計(jì)算，火災(zāi)持續(xù)時(shí)間按2 h計(jì)算，消防用水量為72 m3/d。

行政村允許短時(shí)間間斷供水，居民生活用水量與公共建筑用水量之和高于消防用水量，故供水規(guī)模不單列消防用水量。

3.3.4 管網(wǎng)漏失及未預(yù)見水量

管網(wǎng)漏失水量及未預(yù)見水量按上述三項(xiàng)用水量之和的15%計(jì)算。

3.3.5 配水管網(wǎng)變化系數(shù)

南安市石井鎮(zhèn)自來水廠管網(wǎng)覆蓋范圍大，但此工程兩個(gè)行政村分別處于水廠管網(wǎng)末端的兩處末端，為提高供水保證率擬單個(gè)行政村日供水量規(guī)模來確定Kh值，根據(jù)計(jì)算院前村及前坂村日供水規(guī)模均<200 m3/d,因此取2.00。

經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)水平年供水量見表2。

表2 受益人口供水量計(jì)算表

3.4 水質(zhì)和水壓

3.4.1 水質(zhì)

項(xiàng)目水源為南安市石井鎮(zhèn)自來水廠出廠水，出廠水水質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果詳見南安市疾病預(yù)防控制中心檢測的出廠水及末梢水水質(zhì)檢測報(bào)告書(編號HC16101～HC16103)。檢測結(jié)果均滿足國家標(biāo)準(zhǔn)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》要求。項(xiàng)目需在院前村村委會內(nèi)節(jié)點(diǎn)處增設(shè)二次加壓泵站1處，項(xiàng)目建成后，應(yīng)按規(guī)定定期清刷、清毒水箱及相應(yīng)供水設(shè)施，以免造成自來水的二次污染，危害群眾的身體健康。水廠將定期檢測該片區(qū)的管網(wǎng)末梢水，檢測結(jié)果必須滿足國家標(biāo)準(zhǔn)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》要求。

3.4.2 水壓

工程2個(gè)行政村所涉及的自來水廠各接點(diǎn)處的水壓值由水廠技術(shù)人員提供。其中，前坂村接口處水壓0.30 MPa(地面標(biāo)高約為6 m)，主管引至行政村東側(cè)地勢較高的地帶，經(jīng)計(jì)算，最不利點(diǎn)用戶位于節(jié)點(diǎn)7處，其自由水頭為15.25 m；院前村水廠接入口位置水壓為0.25 MPa(位于郭前村)，將主管延伸至原已經(jīng)敷設(shè)的管道進(jìn)行銜接，從主管可分出配水干管至院前村東安上自然村，經(jīng)計(jì)算，最不利點(diǎn)用戶位于節(jié)點(diǎn)A3處，其自由水頭為19.75 m。院前大村供水范圍由于北面地形較高，地勢高差達(dá)20 m左右，用水戶范圍較大，單根支管較長。為使地形高處的用戶末端水壓控制在15 m以上，且兼顧地形低處的用戶水壓不超過40 m,需將供水范圍劃分為南片不加壓供水片區(qū)，及北面加壓供水片區(qū)分別供水。經(jīng)方案比選及試算后，確定在院前村村委會處設(shè)置一套無負(fù)壓恒壓變頻供水設(shè)備，出口恒壓38.00 m。經(jīng)計(jì)算，院前大村南片不加壓供水片區(qū)最不利點(diǎn)位于節(jié)點(diǎn)B7處，其自由水頭為15.05 m。北片加壓供水片區(qū)最不利點(diǎn)位于節(jié)點(diǎn)C12處，自由水頭17.00 m。因此，院前村和前坂村的管網(wǎng)布置方案能夠滿足最不利點(diǎn)用戶末端水頭不低于15 m的規(guī)范要求。

3.5 水量平衡分析

石井鎮(zhèn)自來水廠水源購買于南安市實(shí)康水務(wù)公司，其源水來自泉州市石壁水庫等，該水務(wù)公司合并沿海三鎮(zhèn)(官橋鎮(zhèn)、水頭鎮(zhèn)、石井鎮(zhèn))供水管網(wǎng)。石井鎮(zhèn)水廠目前的供水能力為5萬m3/d，日供水量僅1萬m3/d，仍有較大的富余水量。項(xiàng)目受益人口達(dá)6 790人，最高日用水量需1 202.40 m3。因此，自來水廠的供水能力能滿足需水要求。

4 工程設(shè)計(jì)

4.1 管徑選擇

配水管網(wǎng)時(shí)變化系數(shù)Kh取2.00，配水管起始設(shè)計(jì)流量按下式計(jì)算：

q=Q×Kh/T

(3)

式(3)中：q—配水管設(shè)計(jì)流量(m3/h)；Q—項(xiàng)目村配水管供水規(guī)模(m3/d)；T—供水時(shí)間(24 h)。

配水支管的管徑初選按下式：

(4)

式(4)中：v—經(jīng)濟(jì)流速，根據(jù)規(guī)范<500 mm以下管道可取0.50～1.00 m，工程取用0.60 m/s作為初選管徑的依據(jù)。

管徑初選結(jié)果見表3和表4。

表3 前坂村配水管管徑初選表

表4 院前村配水管管徑初選表

4.2 管材選擇

工程建設(shè)內(nèi)容是通往各個(gè)行政村的配水支管，配水支管管線走向基本沿現(xiàn)有道路布設(shè)，現(xiàn)對管材進(jìn)行比選。市場上可供選擇的管材品種較多，常用的有球墨鑄鐵、PPR管、PVC管、PE管。比較這4種管材的優(yōu)缺點(diǎn)，球墨鑄鐵管每米造價(jià)較高，且需防腐，一般用于管道直徑>500 mm時(shí)才從價(jià)格方面有優(yōu)勢；PVC給水管雖然造價(jià)較低，但硬聚乙烯材料較脆，且連接方式一般為膠接或者彈性密封圈連接，管線壓力較大時(shí)，較容易出現(xiàn)接口爆裂問題，考慮工程的實(shí)際埋地情況和使用年限，應(yīng)保證管材的可靠性，因此不考慮采用PVC管。PE管和PPR管造價(jià)適中，屬柔性管、延伸性能好、適應(yīng)地基能力強(qiáng)，有承壓能力較強(qiáng)、重量輕、安裝、起吊運(yùn)輸方便、內(nèi)壁光滑、粗糙系數(shù)較低等優(yōu)點(diǎn)，相比較而言PE管價(jià)格更具備優(yōu)勢，因此工程埋地均選用PE管，PE管接口方式采用熱熔連接。

4.3 配水管道

4.3.1 管網(wǎng)布置

①院前村：管道接入口位于自來水廠管網(wǎng)末端，現(xiàn)已預(yù)留有一處閥門井，閥門直徑DN250，從閥門井管道出口處接入，經(jīng)實(shí)測該點(diǎn)的水壓為0.25MPa，采用De250 PE管。管道沿院小路鋪設(shè)，共設(shè)De250 PE管1 300 m，接至現(xiàn)已敷設(shè)的院前村De250 PVC主管處。②前坂村：管道接入口位于村口處閥門井，閥門直徑DN150，該點(diǎn)水壓為0.27 MPa。沿村東北面河邊埋設(shè)主管，管徑從De160～De63 PE管，沿線在各路口位置分配出支管，采用De75～De63 PE管(1.0MPa)，全村共布置配水干、支管3 415 m，均為破混凝土路面施工，管道埋設(shè)完成后混凝土路面恢復(fù)。③水表支管、水表箱及水表設(shè)置。為院前村全村配備一戶一表，配備De32 PE水表支管，4～5個(gè)水表聯(lián)合1處水表箱，共設(shè)水表箱244個(gè)；設(shè)置DN20水表974組；DN250～DN32閥門45個(gè)；排氣閥4個(gè)；排泥閥11個(gè)；消火栓3套；閥門井45座。

4.3.2 加壓泵選擇

北片加壓供水片區(qū)經(jīng)選址及方案比選，確定在院前村村委會處設(shè)置1套無負(fù)壓管網(wǎng)增壓溫流變頻供水設(shè)備，出口恒壓0.38 MPa，供水設(shè)備型號：ZBY-38/20-11×3,供水參數(shù)為：Q=20 m3/h、H=38 m、N=3×11 kW(增壓泵為二用一備)。無負(fù)壓管網(wǎng)增壓穩(wěn)流變頻供水設(shè)備主要包含：微機(jī)控制器、變頻器、水泵電機(jī)。設(shè)備與自來水管網(wǎng)直接串接，利用水泵工作的疊壓原理，使設(shè)備可以充分利用自來水原有的壓力，增加了變頻調(diào)速給水設(shè)備的節(jié)能點(diǎn)。當(dāng)自來水壓力不足使用戶末端壓力低于設(shè)定的工作壓力時(shí)，將通過真空抑制器及穩(wěn)流補(bǔ)償器中的檢測裝置采集穩(wěn)流補(bǔ)償器內(nèi)的真空度及水文信號，通過微機(jī)控制真空抑制器及穩(wěn)流補(bǔ)償器中的特置裝置動作，抑制負(fù)壓產(chǎn)生，保證對管網(wǎng)不產(chǎn)生任何影響。

4.4 附屬建筑物

4.4.1 閥門布置

閥門在配水管網(wǎng)中除了調(diào)節(jié)管道的流量和水壓外，還要求在事故發(fā)生時(shí)能切斷水源，保證維修。因此，閥門布置規(guī)定：管網(wǎng)中的閥門布置，應(yīng)滿足事故檢修時(shí)隔斷的需要，一般靠近管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)布置，安裝在連接管的下游；閥門間距原則上為200～500 m，但應(yīng)結(jié)合具體地形起伏、穿越障礙物等實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整，且閥門距離不應(yīng)超過5個(gè)消火栓，消火栓連接管上應(yīng)設(shè)置閥門。設(shè)計(jì)中閥門采用法蘭閘閥，其閥徑為DN50～DN150，型號選用Z45T-10，閥徑DN50以下的選用黃銅閘閥，共布置各種檢修閥門45個(gè)。閥門采用手動、暗桿閥門，以免啟閉時(shí)閥門升降帶來不便。閥門放置在閥門井內(nèi)，閥門井大小應(yīng)滿足安裝檢修的需要。

4.4.2 消火栓

消火栓采用地上式，型號為SS100/65-1.0，消火栓與主管道之間采用Z45T-10DN100閘閥控制，閥門井規(guī)格同檢修閥門井。具體安裝參照《01S201室外消火栓安裝圖集》。消火栓的布置根據(jù)居民和主要建筑物分布情況而定，設(shè)于通行方便的街道邊緣，室外消火栓距路邊≤2 m，距房屋外墻≥5 m。工程共布置消火栓3處。

4.4.3 排氣閥

排氣閥的設(shè)置是為有效排除管內(nèi)氣體或在管道檢修、放氣時(shí)進(jìn)入空氣，以保持排水通暢，同時(shí)在產(chǎn)生水錘時(shí)自動進(jìn)入空氣，避免產(chǎn)生負(fù)壓。工程考慮布設(shè)DN25口徑CARX復(fù)合型排氣閥，排氣閥安裝在同管段位置較高的閥門井內(nèi)，不再單獨(dú)設(shè)井。工程共布置自動進(jìn)排氣閥4個(gè)。

4.4.4 排泥閥

排泥閥的設(shè)置是為檢修管道時(shí)放空管內(nèi)積水、排出管道淤泥，另外當(dāng)管道檢修完畢恢復(fù)通水時(shí)可利用排泥閥排除不符合要求的水質(zhì)和沉淀物。其布置原則為輸水管、配水管網(wǎng)的低洼處須設(shè)置排泥閥；相鄰兩個(gè)閥門之間的管段的最低點(diǎn)應(yīng)設(shè)置排泥閥。工程共布置11個(gè)。

4.4.5 鎮(zhèn)墩

管道在其彎頭和三通后背，采用C15素混凝土澆筑到管頂以上0.50 m，加固后背土壤，盡量利用管道與土壤的摩擦力抵抗水壓對三通、彎頭的推力，若受場地或其他條件所限，需設(shè)混凝土鎮(zhèn)墩。管線轉(zhuǎn)角>5°處，均設(shè)置混凝土支墩，管線轉(zhuǎn)角<5°時(shí)，則用承插管自身逐漸借轉(zhuǎn)，每節(jié)管轉(zhuǎn)角控制≤1°。

5 結(jié)語

作為解決農(nóng)村飲水安全鞏固提升工程設(shè)計(jì)，工程結(jié)合南安市石井鎮(zhèn)的工程地質(zhì)和自然地理實(shí)際條件進(jìn)行了詳細(xì)的工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)及方案論證，同時(shí)依據(jù)規(guī)范合理選用市場新生的供水設(shè)備、輸水管材和輔助設(shè)備，為農(nóng)村飲水安全建設(shè)提供了更先進(jìn)的設(shè)備和工藝。

工程建成后，可以向項(xiàng)目區(qū)群眾提供潔凈、符合飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的自來水，將有效降低項(xiàng)目區(qū)居民的疾病發(fā)病率，促進(jìn)項(xiàng)目區(qū)經(jīng)濟(jì)大發(fā)展，同時(shí)提高了農(nóng)民的生活質(zhì)量和健康水平，是黨和政府為民辦實(shí)事的重要舉措。