林春霞

【摘 要】受自然條件的限制，項目區(qū)村民長期以來都是依靠各自引用附近的山溝水飲用，飲用水質(zhì)量得不到保證，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)厝罕姷纳a(chǎn)、生活，所以必須通過建設(shè)農(nóng)村飲水工程集中解決群眾的飲水安全問題。文章通過對項目區(qū)經(jīng)濟(jì)、人口、牲畜、地理位置的分析，經(jīng)過水力計算，得出該飲水工程的取水方式及供水方案，可為類似工程提供經(jīng)驗和參考。

【關(guān)鍵詞】人畜飲水工程；大石山區(qū)；設(shè)計

【中圖分類號】F426.1 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）07-0049-04

1 工程概述

項目所在地位于南方某省西北大石山區(qū)，易澇易旱，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件差。項目區(qū)群眾長期以來都是依靠各自引用附近的山溝水飲用，時常受到季節(jié)性、天氣干旱的影響，每到天氣干旱或枯水季節(jié)，井水干涸、山溪水?dāng)嗔?。并且隨著生產(chǎn)的發(fā)展，人們使用化肥、農(nóng)藥增加，加上生活廢水的隨意排放，使可飲用水源變得越來越少。為解決生活用水問題，群眾不得不花費(fèi)大量的時間和精力去取水，這給當(dāng)?shù)厝罕娚a(chǎn)、生活帶來很大的影響。近年來，隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)民生活水平的提高，對飲用水水質(zhì)的要求也相應(yīng)提高，迫切需求飲用上潔凈衛(wèi)生的自來水。

本工程計劃供水范圍主要為某村，現(xiàn)狀供水總?cè)丝跒?05，解決飲水不安全人口為405，設(shè)計人口為456（設(shè)計年限為15年，人口自然增長率為8%）。

2 自然條件

項目所在地屬碳酸鹽巖溶地貌，群峰林立，山勢陡峻，山頂海拔多在600～800 m，多呈尖頂狀和鋸齒狀。該地區(qū)地表無河系，地下河發(fā)育，十天不雨地望天，暴雨一場垌成淵。易澇易旱，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件差，歷來是山窮水缺的大石山區(qū)。

該區(qū)域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，總的氣候特征為冬季短，夏季長，春秋相等；雨量充沛，氣候溫和。該地氣象站1958～2006年實測資料統(tǒng)計表明：多年平均降雨量為1 560 mm，最大年降雨量為2 211.3 mm（1993年），最小年降雨量為1 066.5 mm（1963年），多年平均蒸發(fā)量為1 503.1 mm。但時空分配不均，降水集中在每年的5～8月，而9月上旬至次年3月多為少雨旱季，月降水量小于50 mm，這期間可出現(xiàn)連續(xù)1～2個月不降雨的情況，為農(nóng)村飲水最困難時期。降雨的時空分布不均，是造成項目區(qū)缺水的主要原因之一。

由勘察可知，工程區(qū)周邊不存在大型工業(yè)廠礦污染區(qū)。水源水檢驗均根據(jù)《地下水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）、《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗方法》（GB/T 5750—2006）及《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749—2006）的規(guī)定，符合相關(guān)水質(zhì)要求。

工程項目區(qū)地形復(fù)雜，巖溶發(fā)育，山頂海拔多在600～800 m，巖石主要屬于碳酸鹽巖類，厚度達(dá)500～1 000 m。本工程擬建的大口井、沉淀過濾池等取水系統(tǒng)建筑物地基均為巖石基礎(chǔ)，且無斷裂帶，所以整個工程地質(zhì)方面達(dá)到工程建設(shè)實施要求，工程地質(zhì)條件良好。

3 人飲工程設(shè)計

從工程建設(shè)造價和運(yùn)行成本方面考慮，本工程采用打大口井引水的取水方式，本次設(shè)計擬從大口井用潛水泵抽水將井水引至水池，然后通過配水管網(wǎng)重力直供用戶家中。

根據(jù)本供水工程的自身特點，確定本工程工藝流程為井水→濾池→消毒→清水池→配水管網(wǎng)→用戶。

3.1 供水量計算

本工程以考慮近期為主，并適當(dāng)考慮遠(yuǎn)期發(fā)展，結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢，擬設(shè)計規(guī)劃年限按15年設(shè)計。

該工程供水區(qū)域為1個自然村，現(xiàn)有人口為405，人口自然增長率按8‰計算。

（1）居民生活用水量W：

式中，W為居民生活用水量，m3/d；P為設(shè)計用水人口；P0為供水范圍內(nèi)的現(xiàn)狀常住人口數(shù)，其中包括無當(dāng)?shù)貞艏某Ｗ∪丝?；ν為設(shè)計年限內(nèi)人口的自然增長率，可根據(jù)當(dāng)?shù)亟陙淼娜丝谧匀辉鲩L率確定；n為工程設(shè)計年限；P1為設(shè)計年限內(nèi)人口的機(jī)械增長總數(shù)，可根據(jù)各村鎮(zhèn)的人口規(guī)劃及近年來流動人口和戶籍遷移人口的變化情況按平均增長法確定；q為最高日居民生活用水定額，L/人·d。

本工程所在地為某省西北部地區(qū)，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)供水工程設(shè)計規(guī)范》（SL 687—2014）中“4.1.2表”的規(guī)定，最高日居民生活用水定額取值范圍為90.0～130.0 L/人·d，結(jié)合當(dāng)?shù)鼐唧w情況，最后取值為100.00 L/人·d（寄宿師生按40 L/人·d計）。

（2）公共建筑用水量（Q2）：公共建筑用水量主要考慮學(xué)校及幼兒園的公共用水量，經(jīng)現(xiàn)場走訪調(diào)查，該供水范圍內(nèi)無公共建筑，故不考慮公共建筑用水。

（3）畜禽用水量（Q3）：本工程設(shè)計居民用水量時，禽畜用水量已經(jīng)考慮在內(nèi)，故禽畜用水量取值為0。

（4）管網(wǎng)漏水與其他未預(yù)見用水量（Q4）：根據(jù)規(guī)范：管網(wǎng)漏失水量和未預(yù)見水量之和，宜按上述用水量之和的10%～25%取值，村莊取較低值、規(guī)模較大的鎮(zhèn)區(qū)取較高值。結(jié)合當(dāng)?shù)氐陌l(fā)展情況，管網(wǎng)漏失水量和未預(yù)見水量之和按上述用水量之和的10%取值。

（5）企業(yè)用水量：本工程項目區(qū)內(nèi)不涉及企業(yè)用水和消防用水，故不單列出來。

（6）設(shè)計總供水規(guī)模（Q）：設(shè)計總供水規(guī)模（即最高日供水量）Q=居民生活用水量（Q1）+公共建筑用水量（Q2）+畜禽用水量（Q3）+管網(wǎng)漏失水量及其他未預(yù)見用水量（Q4）。水量計算結(jié)果見表1。

因此，設(shè)計供水規(guī)模取55.0 m3/d，即輸水總管設(shè)計取水量為55.0 m3/d。

3.2 取水構(gòu)筑物設(shè)計

3.2.1 取水構(gòu)筑物形式和位置

根據(jù)項目區(qū)的自然環(huán)境及水源情況，經(jīng)過實地勘察，本次設(shè)計在該村東部打一口大口井作為水源。

3.2.2 取水構(gòu)筑物情況

本工程抽水井采用大口井，地面高程為256.00 m，本次設(shè)計初步確定水井內(nèi)徑為3 m，壁厚0.3 m，井深11.0 m，井底高程為245.35 m，井頂部為259.20 m高程。井上部為一層磚混結(jié)構(gòu)圓形泵房，泵房內(nèi)徑為3.24 m，高3.0 m，采用M5漿砌磚砌筑，墻厚180 mm。泵房內(nèi)主要布置水泵配套電氣設(shè)備與二氧化氯消毒器。

由于潛水通過井壁進(jìn)入井內(nèi)，所以在井壁處每隔1 m做一水平進(jìn)水孔，孔徑為10 cm，孔里填充濾料，外層填細(xì)砂，內(nèi)層填砂礫石?？變啥瞬坑缅冧\鐵絲網(wǎng)封起。進(jìn)水孔從247.00 m高程至251.00 m高程布設(shè)，孔與孔間按梅花形交錯布設(shè)。

3.2.3 水井產(chǎn)水量估算

水井采用大口井形式，其計算參數(shù)如下：最低抽水水位為247.15 m，地層滲透系數(shù)根據(jù)《給排水設(shè)計手冊》第3冊“表3-2”，取1～5 m/d（粉砂）。

經(jīng)計算，水井的來水量為Q=306.3 m3/d，大于最高日抽水量55 m3/d，來水量滿足要求，所以本次設(shè)計大口井的井深為11 m，井徑為3.0 m。

以上計算為水井的理論推測產(chǎn)水量，當(dāng)水井按設(shè)計尺寸施工完成，而實際產(chǎn)水量不滿足設(shè)計要求時，可增設(shè)多條輻射管來增加來水量。輻射管用DN100鋼管，管長15 m，管上開孔率為20%。

3.2.4 抽水泵的選型

3.2.4.1 低位抽水泵選型

3.2.4.2 水泵設(shè)計流量的確定

水泵設(shè)計流量如下：

Q泵=Q凈=Wdmax/t

考慮到鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水規(guī)模小，集中用水時間較短，為減少運(yùn)行人員，水泵每天工作時間取8 h。Q泵=55/8=6.875 m3/h。

3.2.4.3 水泵揚(yáng)程的確定

水泵揚(yáng)程計算：

H泵=H實+h損+h凈

H泵為水泵設(shè)計揚(yáng)程，m；H實為凈化系統(tǒng)進(jìn)口與抽水點水位差；h損為泵站進(jìn)出口管道揚(yáng)程損失；h凈為凈化系統(tǒng)所需水頭。

經(jīng)計算，H實=280.600-247.150=33.450 m，h損=4.616 m，h凈=0 m；H泵=38.066 m。

3.2.4.4 水泵選擇

水泵選用SQJ系列潛水泵，型號為100SQJ8-47.5/14，共2臺，一用一備。水泵特性見表2。

本工程輸水管道總長270 m，設(shè)計輸水管擬采用DN65鍍鋅鋼管；配水管網(wǎng)已建有，故本次設(shè)計不考慮新建配水管。

3.3 水處理構(gòu)筑物設(shè)計

3.3.1 水處理構(gòu)筑物設(shè)計凈水流量

處理系統(tǒng)每天工作按8 h計，凈水構(gòu)筑物或凈水裝置的生產(chǎn)能力應(yīng)按最高日供水量+水廠自用水量、日工作時間確定。

上式中：Qah為水處理構(gòu)筑物（設(shè)備）設(shè)計流量（m3/h）；Qd為最高日用水量（m3/d）；T為水處理構(gòu)筑物（設(shè)備）每天的工作時間（h）；要求消毒處理設(shè)備凈水能力為Qah=55/8=6.875 m3/h。

3.3.2 簡易濾池

本次新建2 m3濾池采用C20鋼筋砼箱形結(jié)構(gòu)，地面高程為285.20 m，平面尺寸為2.65 m×1.80 m，高1.73 m，池壁厚150 mm，頂板厚100 mm，底板厚200 mm。按進(jìn)水方向，濾池中間由厚150 mm隔墻分隔成2室，水流先經(jīng)沉淀池，再進(jìn)入過濾池，濾池埋深為1.4 m。

3.3.3 消毒設(shè)計

水凈化消毒方式一般為濾前或濾后消毒，或泵前泵后（泵站吸水口或出水口）消毒。消毒液、劑常采用投放二氧化氯和漂白粉消毒。特殊水質(zhì)如鐵錳超標(biāo)、pH值偏低、水硬度超標(biāo)，可用暴氣氧化法和接觸氧化法（或?qū)Ｓ贸F錳設(shè)備）去除鐵錳；可用投加石灰水的方法解決pH值偏低、硬度超標(biāo)問題。結(jié)合本工程的實際情況，本工程選用JY-10二氧化氯混合高效消毒器1套，具體操作由廠家指導(dǎo)或設(shè)備安裝說明書進(jìn)行。

3.3.4 清水池設(shè)計

由于本工程擬采用自壓供水，根據(jù)工程實際情況，工程調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用高位水池（兼作清水池）。根據(jù)規(guī)范要求，清水池的容量按最高日供水量的20%～40%設(shè)計，本工程最高日供水量為55 m3，清水池容量取日供水量的40%計，即55×40%=22 m3，由于當(dāng)?shù)剌^缺水，存在枯水期用水不足的現(xiàn)象，考慮到在枯水期來臨前多蓄存清水以度枯水期，并考慮經(jīng)濟(jì)合理及長遠(yuǎn)利益，新建清水池容積取為100 m3。

水池采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，水池形狀為圓形，內(nèi)直徑為6.4 m，池壁厚0.20 m，凈高3.5 m，有效水深3.3 m，池底高程為278.55 m，池頂高程為282.53 m。

由于本工程采用自壓供水，無需另行加壓，因此清水池的高程的選定將關(guān)系到工程的供水范圍及供水水壓，而且將關(guān)系到工程管網(wǎng)的安全運(yùn)行和管道工程的投資。本次新建清水池地面高程為280.0 m。

3.4 輸水管設(shè)計

3.4.1 輸水管徑選擇

管徑選擇原則：用經(jīng)濟(jì)流速（0.8～1.2 m/s）確定管徑。根據(jù)《給水排水設(shè)計手冊》第3冊，一般對于輸水管和管網(wǎng)，局部水頭損失不做詳細(xì)計算，按沿程損失10%計。輸水管過流能力按引水時間24 h計算。

初選管徑相接近的鍍鋅鋼管進(jìn)行輸水管水頭損失計算。

3.4.2 輸水管水頭損失計算

該段輸水管沿程水頭損失采用《村鎮(zhèn)供水工程設(shè)計規(guī)范》（SL 687—2014）中“公式7.2.7-1及7.2.7-2”進(jìn)行計算。

h1=iL

i=10.67C-1.852Q1.852d-4.87

上式中：h1為管段沿程水頭損失，m；L為計算管段長度，m；i為單位管長水頭損失，m/m；d為管道內(nèi)徑（m）；Q為管段流量（m3/s）；C為海曾威廉系數(shù)，按規(guī)范SL 687—2014中“表7.2.7”取值，鍍鋅鋼管取125。

局部水頭損失按沿程水頭損失的10%計，故輸水管路水頭損失為hj=h1×10%。

則總水頭損失∑h損失=h1+hj。

根據(jù)輸水管進(jìn)、出口水位差與輸水管總水頭損失之間的關(guān)系，通過試算確定設(shè)計采用的管徑。管徑選擇及水頭損失計算成果見表3。

3.4.3 輸水管道鋪設(shè)

本工程輸水管總長270 m，管道采用鍍鋅鋼管。輸水管道內(nèi)徑為65 mm，管道敷設(shè)宜為地表明管。沿線地質(zhì)情況基本一致，上部為黏土及殘坡積土。若管線通過耕作區(qū)，應(yīng)埋設(shè)PVC管，管內(nèi)徑與鍍鋅鋼管大小一樣，為65 mm，設(shè)計要求管預(yù)埋深度在耕作區(qū)大于1.0 m。

3.4.4 輸水管附屬建筑物

（1）鎮(zhèn)墩輸水管道在轉(zhuǎn)彎（轉(zhuǎn)彎角度>10°時）及地形變化較大處一般設(shè)置支墩，使壓力管道在外力作用下，能安全運(yùn)行，作用在支墩上外力主要如下：①水管自重力，分為軸向分力和垂直于軸向分力；②水管轉(zhuǎn)彎處的內(nèi)水壓力；③管內(nèi)水流對管內(nèi)壁的摩擦力；④水管轉(zhuǎn)彎引起水的離心力。

在以上合力的作用下驗算鎮(zhèn)墩的抗滑、抗傾穩(wěn)定。經(jīng)計算，鎮(zhèn)墩尺寸長×寬×高為0.5 m×0.5 m×0.5 m，采用C20砼澆筑。

（2）管線標(biāo)志。在顯著的位置設(shè)置醒目的永久性管線標(biāo)志，以防錯挖破壞輸水管。標(biāo)志樁沿管道中心線每50 m（或適當(dāng)位置）埋設(shè)150×150×700 mm砼樁，露出地面165 mm。

3.5 配水管網(wǎng)設(shè)計

經(jīng)現(xiàn)場踏勘發(fā)現(xiàn)該屯已布置配水管網(wǎng)，故本次不再進(jìn)行配水管網(wǎng)設(shè)計。

4 結(jié)語

水利是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，也是人類賴以生存的基本物質(zhì)條件之一，該工程建成后，可集中解決群眾的飲水安全問題，解放大批的勞動力從事其他生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)活動，對提高農(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入、縮小城鄉(xiāng)差距、保障農(nóng)民身體健康、促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分重要的意義。

建設(shè)農(nóng)村飲水工程也是建設(shè)社會主義新農(nóng)村所必需的基礎(chǔ)設(shè)施，這對加強(qiáng)黨的領(lǐng)導(dǎo)及維護(hù)地區(qū)特別是廣大農(nóng)村地區(qū)的穩(wěn)定、促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以及對構(gòu)筑和諧社會具有重要而深遠(yuǎn)的意義。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]SL 687—2014，村鎮(zhèn)供水工程設(shè)計規(guī)范[S].

[2]上海市政工程設(shè)計研究院.給水排水設(shè)計手冊·第3冊·城鎮(zhèn)給水[M].第2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，

2003.

[3]冉海濤.廣西大石山區(qū)“飲水工程”調(diào)研報告[J].沿海企業(yè)與科技，2012（2）.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]