戴國博,張先春
(1.溫州生態(tài)園管委會生態(tài)環(huán)境和水利局,浙江 溫州 325000;2.永嘉縣水利水電勘測設計院,浙江 永嘉 325100)
沙頭鎮(zhèn)位于永嘉縣東南部楠溪江中下游,東鄰樂清市,南連東城街道,西接北城街道、大若巖鎮(zhèn),北界楓林鎮(zhèn)、巖頭鎮(zhèn)。全鎮(zhèn)總面積64.9km2,人口約2.53萬人。通過對沙頭鎮(zhèn)4個村飲水現(xiàn)狀進行走訪了解,當前存在的問題主要有:①古一、古二村。村內(nèi)部分原有輸水管道采用鍍鋅管,管道內(nèi)生銹堵塞,管道無法滿足飲水安全要求,并且部分管網(wǎng)已經(jīng)滲漏嚴重;現(xiàn)狀水源來水量小,水量不滿足現(xiàn)在村內(nèi)用水;凈水工程無過濾消毒設備水質(zhì)無法滿足飲水安全要求;村內(nèi)輸水管網(wǎng)存在的滲漏情況,此外村內(nèi)未實行水價收費制度,村內(nèi)出現(xiàn)多種浪費水資源現(xiàn)象,水量不能滿足村民日常用水需要。②繁榮村。村內(nèi)水源稀缺,現(xiàn)狀水源來水量少,枯水期用水量不足;村內(nèi)水源未配設相應消毒過濾設備,水質(zhì)不達標;凈水工程無過濾消毒設備水質(zhì)無法滿足飲水安全要求。③東川村。每年鄰近春節(jié)或至枯水期時,村內(nèi)出現(xiàn)“吃水緊,無水用”等情況;村內(nèi)水池場地簡陋,地坪未硬化,雜草容易滋生;凈水工程無過濾消毒設備水質(zhì)無法滿足飲水安全要求。經(jīng)過本次鞏固提升工程的實施,古一、古二村近期可解決或改善飲水人口2375人,遠期解決2617人。繁榮村近期可解決或改善飲水人口946人,遠期解決1228人。東川村近期可解決或改善飲水人口3008人,遠期解決3203人。
沙頭鎮(zhèn)山區(qū)地區(qū),沒有工業(yè)企業(yè),故供水規(guī)模根據(jù)用水定額分項計算法,即采用人均生活用水量和其它綜合用水量計算。根據(jù)沙頭鎮(zhèn)山區(qū)實際發(fā)展情況,確定古一、古二村的最高日生活用水定額為100L/人,其他綜合用水定額取40%(包含公共建筑用水、管網(wǎng)滲漏、未遇見用水等);繁榮村和東川村的最高日生活用水定額為100L/人[1],其他綜合用水定額取30%。各村供水規(guī)模見表1。
表1 供水規(guī)模計算表
清水池是供水工程的一個重要組成部分,主要調(diào)節(jié)水源與供水點的流量差,水量有多時就貯存起來,不夠時就由其補充。根據(jù)相關規(guī)定:獨立設立清水池時,Ⅳ型工程有效容積可為供水規(guī)模的25%~40%,Ⅴ型工程有效容積可為供水規(guī)模的40%~60%。本工程中古一、古二村供水站工程為Ⅳ型工程,清水池容積取供水規(guī)模的60%,相應的計算容積為222m3,考慮水源工程無調(diào)節(jié)作用且設計采用人均生活用水量取值偏低,設計考慮適當擴大清水池容積,設計取300m3;繁榮村供水站工程為Ⅴ型工程,村內(nèi)以自建500m3水池,此次將新建一個50m3的水池作為調(diào)節(jié)水池;東川村原有水池運行良好,無需新建清水池。
經(jīng)實地現(xiàn)場踏勘,考慮運行成本,水源均采用重力流引水。東川村村內(nèi)主要水源為三條隴水庫,壩上集雨面積0.89km2,正常蓄水庫容為52.36萬m3,滿足東川村村內(nèi)日常用水。本次新增1條水源做為備用水源,備用水源集雨面積1.8km2,解決枯水期時間用水量不足。根據(jù)掌握的有關資料分析我們發(fā)現(xiàn),古一、古二村按旬調(diào)節(jié)枯水年(P=95%)其缺水量為4521m3,缺少的水量可以從古廟溪泵站提水,古廟溪取水口集雨面積11.20km2??菟?P=95%)年徑流量627.65萬m3,完全能夠滿足供水需求。東川村按旬調(diào)節(jié)枯水年(P=95%)其缺水量為6221m3,3條隴水庫正常蓄水庫容為52.36萬m3,完全能夠滿足供水需求。繁榮村滿足供水需求。
3.1.1古一、古二村
古一、古二村水源為古廟溪,在村口左岸古廟溪旁位置處新建大口井,采用泵站增壓引水。大口井采用井壁井底同時進水的滲透方式。含水層為砂卵石,滲透系數(shù)取100m/d,根據(jù)設計流量370m3/d,采用大口井出水量計算公式復核得大口井的有關尺寸,出水量計算公式如下。
(1)
式中,Q—井的出水量,m3/d;K—滲透系數(shù),m/d;S—水位降落,m;r—井的半徑,m;R—影響半徑,m;h0—井深,m。
大口井有效井深為3.00m,內(nèi)徑為3.00m,設計出水量1606m3/d,大于設計供水規(guī)模370m3/d,同時滿足水泵抽水流量50.4m3/h。大口井的結構型式為C25鋼筋混凝土結構。井底高程為41.00m,井頂高程為46.50m,井壁為直桶形,在鋼筋網(wǎng)間隙布置進水孔,進水孔直徑為100mm,孔內(nèi)濾料分兩層,與含水層接觸的為第一層,濾料粒徑不得小于10mm,第二層濾料粒徑不得小于30mm。井筒下部為大放腳,大放腳部分的厚度大于井壁20cm。為防止涌沙,井底為干砌塊石基礎。
3.1.2東川村
東川村備用水源位于村內(nèi)花坦系支流處新建一處大口井。本次大口井作用為蓄水,不作為日常供水,用于枯水期提水。大口井為方形,尺寸為4m×8m×5m(1m為反濾層)。大口井池壁均為干砌塊石砌筑,大口井頂板為C20砼鋼筋頂板,厚度150mm,頂板設置出水口。
3.2.1古一、古二村
凈水池底板擬定高程為75.00m,為減少水池內(nèi)回水對水壓的影響,引水管從池頂檢修井進入水池,池頂高程78.65m,提水凈揚程為37.65m,吸水管道使用Φ80鋼管與引水管道采用DN90HDPE管,長度分別是25、840m。吸水管道與引水管道水頭損失計算如下。
(2)
(3)
總揚程H=37.65+0.11+1.04+13.71=52.51m
根據(jù)流量和揚程兩個性能參數(shù)來查找水泵產(chǎn)品目錄,經(jīng)綜合考慮選用2臺變頻多級離心泵(一臺作為備用),其單獨一臺的性能參數(shù)如下:流量Q=30m3/h;揚程H=96m;轉(zhuǎn)速n=1450r/min;電機功率P=15kW;必需氣蝕余量(NPRS)r=2.5m。
3.2.2東川村
根據(jù)流量和揚程兩個性能參數(shù)來查找水泵產(chǎn)品目錄,經(jīng)綜合考慮選用2臺變頻多級離心泵(一臺作為備用),其單臺性能參數(shù)如下:流量Q=30m3/h;揚程H=93m;轉(zhuǎn)速n=1450r/min;電機功率P=18.7kW;必需氣蝕余量(NPRS)r=2.5m。
4.1.1水源工程
古一、古二村主要水源共兩處(村民已新建攔水堰),山澗水3處(本次工程新建集水設施)。主要水源位于村上游對岸古廟溪支流處,高程位于110m與120m,兩處水源集雨面積為0.78km2。另外從2處山澗水接入兩處水源取水口,另一處山澗水直接接入凈水廠區(qū),水源均采用重力式自流引水。為滿足枯水期村內(nèi)生活用水,在古廟溪旁新建大口井一座作為備用水源(古廟溪)作為高峰期供水不足時備用。大口井采用現(xiàn)場C25砼現(xiàn)澆(大口井高程46m),大口井內(nèi)徑3m,池壁厚0.6m,頂部采用鋼筋砼蓋板遮蓋,設檢修蓋。池壁打孔,大口井四周澆筑地坪。泵房位于溪坎田埂上,泵房為單層磚混結構,平面尺寸3.50m×3.50m,放置2臺水泵,一臺使用一臺備用,并配置好電屏。水泵選型變頻多級離心泵(流量30.00m3/H,揚程96m,功率15W)。
4.1.2凈水廠區(qū)
管理房包括廁所、加藥間、值班室以及化驗室等,為單層磚混斜屋頂結構,平面尺寸10.15m×5.00m;清水池容積300m3,池體采用矩形C25鋼筋砼結構,長12.5m,寬9.00m,高3.65m。頂部凈空0.2m,池內(nèi)有效水深3.3m,池頂為C25現(xiàn)澆鋼筋砼板,厚度為0.15m,為了便于維護管理,清水池頂部設2個Φ1000檢修口。池底設集水坑用于池內(nèi)清洗和放空。集水井長2.5m,寬1.5m,深1m。溢水管管端為喇叭口,管內(nèi)朝上與池內(nèi)有效水深持平,管口處需裝網(wǎng)罩以防止爬蟲進入池內(nèi)。溢出管、進水管、放空管均采用DN160球墨鑄鐵管,出水管采用DN160球墨鑄鐵管,且在各鐵管上設一只閘閥。
村凈化設備基礎由上至下分別是0.20mC15鋼筋砼基礎面、1.4mC15埋石砼基礎臺(埋石率20%),具體平面大小根據(jù)設備型號按廠家要求布置。進廠大門采用鐵藝門,圍墻采用磚砌,圍墻墻體墻面內(nèi)外抹面后涂白,墻體頂端鋪設小青瓦。圍墻四周設置排水溝,排水溝內(nèi)側(cè)設置路緣石與綠化,(綠化種類、種植密度參照圖紙),廠區(qū)內(nèi)鋪設石板凳2座。廠區(qū)內(nèi)管理房頂部和過濾設備附近設避雷設施。
4.1.3管道工程
本工程除新建引水管與提水管之外,村內(nèi)部分原有輸水管道采用鍍鋅管,管道內(nèi)生銹堵塞,管道無法滿足飲水安全要求,且部分管網(wǎng)滲漏嚴重,村內(nèi)的管網(wǎng)需更換。村內(nèi)古街因早年已預埋輸水管,管徑大小、壓力可以直接利用,故本次設計古街段不參與更換,引水管至村內(nèi)段,經(jīng)村內(nèi)大橋段采用鎮(zhèn)墩牽引,管線鋪設大橋橋身邊過。
4.2.1水源工程
本次工程水源共2處,水源位于鄰村東升村后山“上石平”處的“茅草榴”與“白巖松”,高程約為450m與460m,兩處水源集雨面積0.62km2。2處水源新建簡易攔水堰,1#水源(白巖松)接至2#水源(茅草榴),再引至進水廠區(qū),水源均采用重力式自流引水。
4.2.2凈水廠區(qū)
管理房包括加藥間、值班室,為單層磚混斜屋頂結構,平面尺寸6.85m×3.25m;凈水廠區(qū)清水池容積50m3,采用圓形C25鋼筋砼結構,外徑4.80m,內(nèi)徑4.40m,凈高3.50m,頂部凈空0.20m,池內(nèi)有效水深3.30m。池頂為現(xiàn)澆鋼筋砼板,厚度0.12m。為便于維護管理,清水池頂設1個0.8m×0.8m檢修孔和Φ200通氣孔。池底設一個集水坑用于池內(nèi)清洗和放空。溢出管管徑Φ100管球墨鑄鐵管,接到附近水溝或山溝。進水管管徑為DN75,水池出口為Φ100管球墨鑄鐵管。進水管、出水管、球墨鑄鐵管并且在管兩端分別設置一只閘閥。凈化設備基礎由上至下分別是0.20mC15鋼筋砼基礎面、1.00mC15埋石砼基礎臺,具體平面大小根據(jù)設備型號按廠家要求布置。進廠大門采用鐵藝門,圍墻采用磚砌,圍墻墻體墻面內(nèi)外抹面后涂白,墻體頂端鋪設小青瓦,圍墻四周設置排水溝。廠區(qū)內(nèi)管理房頂部和過濾設備附近設避雷設施。
4.2.3管道工程
經(jīng)現(xiàn)場踏勘,村內(nèi)各自然村有500m3水池,接管供應(村內(nèi)管網(wǎng)運行良好,無需更換)。因赤路頭自然村高程高于500m3水池,本次工程將凈水廠區(qū)建于500m3上排田埂20m處,水源引至凈水廠區(qū),凈水廠區(qū)分別引至500m3水池與赤路頭自然村總管??紤]本次管道工程沿山體繞彎鋪設,路段較長,部分低端山勢陡險,基巖裸露。無法進行管道埋深或鋼塑復合管搭架,故考慮其中1200m(預估)采用管道防護膜包裹。管道并配設相應的檢修閘閥、排氣閥、排砂閥。
4.3.1水源工程
東川村村內(nèi)主要水源為三條隴水庫,三條隴水庫壩上的集雨面積為0.89km2,正常的蓄水庫容為52.36m3,滿足東川村村內(nèi)日常用水。本次水源做為備用水源,解決枯水期時間用水量不足,位于村內(nèi)花坦系支流處新建1處大口井。大口井為方形,尺寸為4m×8m×11m(1m為反濾層)。大口井池壁均為干砌塊石砌筑,大口井頂板為C20砼鋼筋頂板,厚度150mm,頂板設置出水口。泵房新建于大口井旁上排田埂,泵房是單層的磚混結構,占地3.50m×3.50m,放置2臺水泵,1臺使用1臺備用,并配置好電瓶。本次泵型采用變頻多級離心泵,流量21.6m3,揚程93m,功率18.7kW。大口井與泵房四周新建圍墻,圍墻采用磚砌結構,圍墻頂部鋪設小青瓦,圍墻墻體抹面后進行墻體涂白,圍墻內(nèi)部地面進行硬化。
4.3.2凈水廠區(qū)
管理房包括廁所、加藥間、值班室以及化驗室等,為單層磚混斜屋頂結構,平面尺寸10.15m×5.00m;水池沿用原水池,故無需新建清水池。凈化設備基礎由上至下分別是0.20mC15鋼筋砼基礎面、1.4mC15埋石砼基礎臺(埋石率20%),具體平面大小根據(jù)設備型號按廠家要求布置。進廠大門采用鐵藝門,圍墻采用磚砌,圍墻墻體墻面內(nèi)外抹面后涂白,墻體頂端鋪設小青瓦。圍墻四周設置排水溝。廠區(qū)內(nèi)管理房頂部和過濾設備附近設避雷設施。
4.3.3管道工程
本次工程管道工程提水管1條,管徑DN75,長度400m。
山區(qū)水源常年濁度小于5°,僅在大雨后濁度略有增加。本工程的水處理工藝主要是降低菌落含量和暴雨時水質(zhì)的濁度,如圖1所示。根據(jù)水源水質(zhì)的具體情況,結合工程投資,使用“過濾+消毒”工藝使水質(zhì)達到飲用水標準。
圖1 凈水工藝流程圖
凈水工藝主要是根據(jù)水源特點、實際地形分布、供水水壓與水量要求選擇,本工程供水方式為全重力流式。具體方案可根據(jù)供水水量、原水水質(zhì)(生活飲用水水源等級)、地形條件(運輸安裝條件)、運行管理、凈化效果、進水水壓等綜合考慮。[2]通過分析各凈水設備特點,并結合永嘉地區(qū)現(xiàn)狀凈水設備使用效果,綜合考慮本工程選擇一體式凈水設備,處理能力根據(jù)各村供水規(guī)模大小選擇。
根據(jù)相關資料,輸配水管道選擇需要考慮各管段的設計流量、設計流速和水頭損失確定。原則采用經(jīng)濟流速0.6~1.0m/s,水頭損失包括沿程水頭損失和局部水頭損失。
計算管徑的理論公式:
(2)
計算沿程水頭損失的公式:
hl=iL
(3)
式中,i=10.67C-1.852D1.852d-4.87;h1—沿程水頭損失,m;L—設計管道長度,m;i—單位管長水頭損失,m/s;C—海曾威廉系數(shù);Q—管道流量,m3/s;d—管道內(nèi)徑,m。
管道水頭損失必須滿足最不利供水點的服務要求。設計供水管道時需要考慮時變化系數(shù),根據(jù)相關規(guī)范規(guī)定,系數(shù)取2.5和3.0。通過計算,古一、古二村需要使用引水管DN63- 1.25∶600m,DN75- 1.25∶425m,DN90- 1.6∶840m,輸水干管DN160- 1.25∶1900m,DN110- 1.25∶1040m,DN90- 1.25∶340m,輸水支管DN63- 1.25 6625m,配水管DN32- 1.6∶5712m,DN25- 1.6∶2448m。繁榮村需要使用引水管DN75- 1.60∶3200m,輸水管DN75- 1.25∶520m。東川村需要使用引水管DN75- 1.60∶400m。
農(nóng)村飲水安全是保障農(nóng)民群眾身體健康、加快農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展、推進鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略、提高農(nóng)民生活水平、全面建成小康社會的一項重要基本工程,也是一項重大的民生實事。沙頭鎮(zhèn)繁榮村等4個村的農(nóng)村飲水安全鞏固提升工程的建成,滿足了供水需求,惠及眾多農(nóng)戶,深受廣大人民群眾好評,社會效益較好。工程建成后建設單位需成立相關的機構,制定出合理的水價,最終實現(xiàn)“以水養(yǎng)水”的目標。本工程的建設為同類水利工程提供相關參考。