邴斌，陳太生，柳志華，韓楊，熊敏

(1. 青島市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，山東 青島 266100;2.巢湖市村鎮(zhèn)建設(shè)管理處；3.巢湖市污水管理處，安徽 巢湖 238000）

山區(qū)由于其地理情況特殊，條件較為復(fù)雜，給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及建設(shè)與傳統(tǒng)平原地區(qū)有很大不同。本文基于青島市市政工程設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)完成的安慶市西風(fēng)禪寺風(fēng)景區(qū)給水工程，針對(duì)山區(qū)給水管徑小、地勢(shì)高差大、能耗高的特點(diǎn)介紹工程的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)從流量計(jì)算，調(diào)蓄構(gòu)筑物設(shè)計(jì)、管線路由選擇及管材的確定，加壓方式的選擇，加壓泵站設(shè)計(jì)等內(nèi)容入手，有針對(duì)性地提出了一些技術(shù)措施和對(duì)策，以使山區(qū)的給水系統(tǒng)更加安全可靠。

1 工程概況

西風(fēng)禪寺風(fēng)景區(qū)位于安慶市太湖縣城北4km的花亭湖畔鳳凰山上，為國(guó)家AAAA級(jí)風(fēng)景區(qū)，景區(qū)有自然和人文景點(diǎn)30多處，寺周石刻遍布，旅游季節(jié)最高日接待游客人數(shù)近3000人，景區(qū)常駐居民及管理人員約50人。風(fēng)景區(qū)用水點(diǎn)集中位于鳳凰山山腰，山頂附近設(shè)置有公共衛(wèi)生間，原給水工程以調(diào)蓄池收集山間溪水、雨水作為水源,采用重力流的形式對(duì)景區(qū)用水點(diǎn)進(jìn)行給水，由于水量季節(jié)性變化大，且水體色度、細(xì)菌總數(shù)、大腸菌群等水質(zhì)指標(biāo)超標(biāo),水質(zhì)及水量都無(wú)法保證。為了提高景區(qū)給水水質(zhì)和給水安全性,計(jì)劃將山下市政給水引入山上的風(fēng)景區(qū)，現(xiàn)狀市政管網(wǎng)給水量富余量約為8m3/h，給水壓力約為0.25MPa。

2 工程設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)給水規(guī)模和用水量

根據(jù)《村鎮(zhèn)給水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL687-2014）集中式給水工程設(shè)計(jì)的給水規(guī)模，主要包括居民生活用水量、公共建筑用水量、飼養(yǎng)畜禽用水量、企業(yè)用水量、澆灑道路和綠地用水量、消防用水量以及管網(wǎng)漏失水量和未預(yù)見(jiàn)用水量等。

結(jié)合景區(qū)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，給水涉及區(qū)域無(wú)村鎮(zhèn)企業(yè)及畜禽飼養(yǎng)場(chǎng)，景區(qū)道路多為臺(tái)階等游步道且無(wú)公共綠地，因此，澆灑道路和綠地用水量不計(jì)；同時(shí)，考慮到西風(fēng)禪寺風(fēng)景區(qū)山下市政給水管網(wǎng)富余水量有限且景區(qū)有自建消防水池，因此，本次設(shè)計(jì)不考慮消防用水量。

（1）居民生活用水量?？紤]景區(qū)給水情況的特殊性，將景區(qū)的用水分為常駐居民生活用水和游客用水兩種情況，景區(qū)內(nèi)目前無(wú)游客留宿條件。設(shè)計(jì)居民生活用水量標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)《村鎮(zhèn)給水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL687-2014）和《安徽省農(nóng)村飲水安全工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告編制指南（試行）》的相關(guān)規(guī)定選取，由于西風(fēng)禪寺景區(qū)內(nèi)有洗滌池、衛(wèi)生設(shè)施相對(duì)較齊全，經(jīng)過(guò)綜合分析考慮，本次選取的居民日生活用水量定額為140L/(人?d)，游客生活用水量定額取30L/(人?d)，則最高日生活用水量為：

Q1=P·q/1000

式中，Q1為居民生活用水量，m3/d；P為用水居民人數(shù)，采用設(shè)計(jì)居民人數(shù)；q為最高日居民生活用水定額，居民取本次設(shè)計(jì)取100L/(人?d)，景區(qū)游客取30L/(人?d)。

（2）公共建筑用水量。根據(jù)公共建筑性質(zhì)、規(guī)模以及用水定額來(lái)確定公共建筑用水量。設(shè)計(jì)參照《村鎮(zhèn)給水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》SL687-2014規(guī)定，按照居民生活用水量的20%確定，即Q2=Q1×20%。

（3）管網(wǎng)漏失水量和未預(yù)見(jiàn)水量。對(duì)于無(wú)具體資料的前提下，漏失水量和未預(yù)見(jiàn)水量采用經(jīng)驗(yàn)法預(yù)估，一般按居民生活用水量、集體或者專(zhuān)業(yè)戶(hù)飼養(yǎng)畜禽、公共建筑用水量之和的20%計(jì)算，Q3=（Q1+Q2）×20%。

本次設(shè)計(jì)最高日用水量：Qd=Q1+Q2+Q3+Q4=58.08m3/d。最終取58m3/d。由此計(jì)算管網(wǎng)的設(shè)計(jì)流量為：

Q設(shè)=Kh·Qd/24=7.26m3/h

式中：Q設(shè)為最高日最高時(shí)用水量，m3/h；Qd為最高日用水量，m3/d；Kh為時(shí)變化系數(shù)（可在2.5～3.0范圍取值）；通過(guò)《給排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》查表可知，鋼管當(dāng)管徑為DN70mm時(shí)，v=0.58m/s，1000i=13.2m。

2.2 調(diào)蓄構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

由于本次設(shè)計(jì)給水量Q設(shè)大于現(xiàn)狀市政管網(wǎng)給水量富余量，因此，考慮在山腰位置設(shè)置網(wǎng)前高位水箱來(lái)保證用水戶(hù)的水壓和調(diào)節(jié)水量。由于景區(qū)游客相對(duì)分散，用水變化規(guī)律不確定，水箱調(diào)節(jié)容積計(jì)算無(wú)類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)可參照，西風(fēng)禪寺風(fēng)景區(qū)用水點(diǎn)集中處于寺廟，公共衛(wèi)生間等位置，設(shè)計(jì)將寺廟作為整體考慮，參照《建筑給水排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50015-2019）3.7.3條，“當(dāng)資料不足時(shí)，調(diào)節(jié)水箱容積按建筑物最高日用水量的20%～25%確定”。綜合考慮用水區(qū)域供需情況及山體空間等因素，水箱容積取最高日用水量的20%約為28m3，設(shè)計(jì)水箱凈尺寸為4×2.5×3m。

2.3 給水管線路由及管材確定

管網(wǎng)布置是給水工程設(shè)計(jì)中關(guān)鍵部分，管網(wǎng)的費(fèi)用通常占到整個(gè)給水系統(tǒng)的70%～80%，甚至更多，因此，管網(wǎng)布置是否合理，對(duì)工程投資、運(yùn)行和管理維護(hù)有很大影響，由于該項(xiàng)目位于山區(qū)，管線布置與地形坡度相適應(yīng)，地面坡度較陡時(shí)，管線布置盡量應(yīng)平行于等高線，以保證管線盡量平順，減少起伏和折點(diǎn)，對(duì)于地面坡度平緩的區(qū)域，管線布置盡可能垂直于等高線，以力求管道長(zhǎng)度最短。管道主要采用直埋敷設(shè)的方式，總計(jì)管道長(zhǎng)度約3750m。項(xiàng)目用水點(diǎn)與給水點(diǎn)高差較大，給水管道設(shè)計(jì)承壓大于1.0MPa，依據(jù)《城鎮(zhèn)給水長(zhǎng)距離輸水管(渠)道工程技術(shù)規(guī)程》(CECS193:2005)，輸水管宜采用鋼管，但普通鋼管存在明顯的弊端，普通鋼管防腐性能差、壽命短，為延長(zhǎng)使用年限，通常需要對(duì)其進(jìn)行內(nèi)外的防腐處理。本次設(shè)計(jì)結(jié)合市場(chǎng)新材料選用TPEP防腐鋼管作為本次給水工程管材，該管材出廠時(shí)，采用熱熔結(jié)纏繞工藝,其內(nèi)壁采用熱噴涂環(huán)氧粉末防腐方式，延長(zhǎng)管道使用壽命，工程實(shí)施時(shí)，不需要單獨(dú)對(duì)管材進(jìn)行防腐處理，能有效確保工程質(zhì)量及實(shí)施進(jìn)度。

2.4 加壓方式的確定

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，現(xiàn)狀市政給水管網(wǎng)接管點(diǎn)處地面標(biāo)高為88.0m，山腰用水點(diǎn)標(biāo)高約為300～330m(寺廟依山而建，高差較大)，山頂公共衛(wèi)生間標(biāo)高為433m，不考慮市政管網(wǎng)來(lái)水壓力加壓泵站至兩處用水點(diǎn)的靜揚(yáng)程分別242m和345m。

給水加壓方式可分為多次加壓和一級(jí)加壓兩種方式，若采用一次加壓，泵站總揚(yáng)程約為489m，過(guò)高壓強(qiáng)對(duì)管材、附屬設(shè)施以及施工條件均要求較高。若采用多次加壓給水，由于泵站揚(yáng)程小于80m時(shí)所產(chǎn)生的水錘危害較小，因此，分級(jí)數(shù)多5～7級(jí)。但如分級(jí)過(guò)多,增加了泵站的建設(shè)成本，且會(huì)使后期的運(yùn)行復(fù)雜，不便管理。若分級(jí)過(guò)少，則降低了泵站的運(yùn)行效率。合理選擇分級(jí)次數(shù)就顯得尤為重要，設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)市場(chǎng)從管材及水泵兩方面考慮：首先，小流量、高揚(yáng)程水泵不易購(gòu)買(mǎi)，且運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的水錘危害大，管道容易發(fā)生滲漏、爆管等現(xiàn)象。其次，對(duì)于小管徑市政輸水管用鋼管常用的公稱(chēng)壓力有1.0MPa、1.6MPa和2.5MPa三種規(guī)格，提高管材的公稱(chēng)壓力可致使單位管長(zhǎng)造價(jià)成本過(guò)高，通常管道最大工作壓力值再加0.5MPa為鋼管的設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力，因而2.5MPa公稱(chēng)壓力值的鋼管，其最大工作壓力不得＞200m自由水壓，以此作為泵站加壓級(jí)數(shù)的約束條件。同時(shí)，考慮管線路由及泵房設(shè)置空間等因素，本次工程的設(shè)計(jì)加壓方式的思路見(jiàn)圖1。

圖1 多級(jí)加壓示意圖

本次設(shè)計(jì)中，三級(jí)加壓泵站水泵均選用2臺(tái)，均為一用一備，其中一級(jí)泵為無(wú)負(fù)壓離心泵，單臺(tái)水泵流量Q1=7.26m3/h，揚(yáng)程H=180m，二級(jí)泵為無(wú)負(fù)壓離心泵，單臺(tái)水泵流量Q2=7.26m3/h，揚(yáng)程H=132m，三級(jí)泵為變頻離心泵，單臺(tái)水泵流量Q3=3.6m3/h，揚(yáng)程H=82m，三級(jí)加壓泵站設(shè)有調(diào)節(jié)水箱，其采用重力流形式對(duì)周邊用戶(hù)進(jìn)行給水。

2.5 泵站設(shè)計(jì)

給水加壓泵站的形式主要有傳統(tǒng)加壓(直接加壓）、直抽給水加壓及無(wú)負(fù)壓加壓三種形式，具體見(jiàn)表1。

表1 三種形式的給水加壓泵站的形式

該工程由于市政管網(wǎng)富余水量有限，為避免負(fù)壓的產(chǎn)生及對(duì)上游用戶(hù)的影響，不適合采用直抽給水加壓的方式。對(duì)另外兩種給水方式進(jìn)行了方案比選，見(jiàn)2。

表2 無(wú)負(fù)壓泵站和傳統(tǒng)泵站的比較

根據(jù)比選，傳統(tǒng)加壓形式占地面積大、維護(hù)費(fèi)用高、運(yùn)行成本高。本次設(shè)計(jì)綜合考慮經(jīng)濟(jì)、成本等方面因素，為充分利用來(lái)水壓力，同時(shí)，避免對(duì)來(lái)水管網(wǎng)產(chǎn)生負(fù)壓，推薦采用無(wú)負(fù)壓加壓泵站。

2.6 水錘防護(hù)設(shè)計(jì)

鑒于該工程小流量、高揚(yáng)程的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)泵站水錘及輸水管水錘進(jìn)行了防護(hù)設(shè)計(jì)。首先，為防止突然停泵時(shí)給水管道自來(lái)水流倒流對(duì)泵站產(chǎn)生的水錘,在設(shè)計(jì)時(shí),在水泵出水管上設(shè)電動(dòng)蝶閥,同時(shí)，在無(wú)負(fù)壓泵房外設(shè)檢修閘閥以及多功能水泵控制閥。多功能控制閥可以有效地提高給水系統(tǒng)的安全可靠性,控制閥最大緩閉時(shí)間約120s,可有效降低水錘對(duì)水泵的影響。其次，為防止水錘對(duì)輸水管造成破壞，設(shè)計(jì)時(shí)，分段設(shè)置緩閉止回閥，緩閉止回閥的高程間隔約為80m左右?？捎行Х稚⑺N壓力，進(jìn)而減小管道因?yàn)樗N而產(chǎn)生的振動(dòng)，消除低水錘對(duì)管道產(chǎn)生的破壞。

3 結(jié)語(yǔ)

該工程于2019年9月完成施工驗(yàn)收，10月正式投入運(yùn)營(yíng)至今，期間經(jīng)歷了西風(fēng)禪寺景區(qū)十一黃金周的旅游旺季及2020年春節(jié)后的旅游淡季，根據(jù)周邊用戶(hù)及業(yè)主的反饋，該工程的運(yùn)行情況良好,可達(dá)到設(shè)計(jì)要求。本工程給水系統(tǒng)具有典型山區(qū)小村鎮(zhèn)小流量、高揚(yáng)程給水系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)針對(duì)該類(lèi)項(xiàng)目合理計(jì)算設(shè)計(jì)流量，并根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置調(diào)蓄構(gòu)筑物，采用分級(jí)串聯(lián)加壓的形式進(jìn)行給水，可有效保證用戶(hù)正常用水，設(shè)置多功能控制閥及沿線分段設(shè)置緩閉止回閥能有效減少水錘對(duì)給水系統(tǒng)的影響。該項(xiàng)目的實(shí)施可對(duì)其他類(lèi)似其他偏遠(yuǎn)山區(qū)飲水安全工程設(shè)計(jì)和建設(shè)，具有一定的借鑒意義。