沙頭鎮(zhèn)農(nóng)村飲水安全鞏固提升工程

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)

1 工程概況

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。

2 工程供水及清水池規(guī)模

2.1 工程供水規(guī)模

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

2.2 清水池規(guī)模確定

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。

3 水源選擇

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 大口井尺寸及擬定

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 水泵選型

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 各村供水總布置

4.1 古一、古二村

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 繁榮村

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 東川村

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。

5 凈水工程

5.1 凈水工藝流程

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

5.2 凈水裝置

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。

6 管道選擇

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。

7 結語

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。