黃振鎖，李金松

（德州市水利局水利施工處，山東 德州 253000）

0 引言

隨著城鎮(zhèn)化水平的不斷提高，城鎮(zhèn)居民和企業(yè)的用水量在不斷增加，城鎮(zhèn)供水網(wǎng)點也在不斷增多，城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)規(guī)模也在不斷擴大。飲水不安全與人們健康和生活密切相關(guān)，對保障人體健康、提高居民生活水平、促進社會經(jīng)濟發(fā)展與建設(shè)社會主義和諧社會更具有重要意義。而供水工程可以提供整個城市的生產(chǎn)生活所必需的自來水，對于人們健康和城市建設(shè)具有重要意義。陳橋鎮(zhèn)張莊農(nóng)村供水工程在長年的運行中存在一些問題，為保障農(nóng)村居民身體健康、提高居民生活水平、促進社會經(jīng)濟發(fā)展與建設(shè)社會主義和諧社會，迫切需要對供水工程進行設(shè)計與布置，好讓廣大農(nóng)民群眾吃上安全、便利的自來水，建設(shè)社會主義新農(nóng)村。

1 工程概況

據(jù)封丘縣實際情況，本著力爭接近實際的原則，就封丘縣的地形條件、水文地質(zhì)條件和水源類型選取6個典型工程進行設(shè)計，此次規(guī)劃新建聯(lián)村供水4處，選取陳橋鎮(zhèn)張莊供水站工程進行典型設(shè)計。

在管材選擇方面，目前用于供水的管材有球墨鑄鐵管，預(yù)應(yīng)力混凝土管、鋼套筒混凝土管、PVC-M管、PE管等。對于供水管道管材的選擇，應(yīng)考慮管材的安全可靠性、施工難易程度、工程造價、運行維修以及壽命等因素。

2 工程水文與地質(zhì)

工程區(qū)屬溫帶半干旱大陸性季風(fēng)型氣候，四季分明，春季干旱多風(fēng)少雨；夏季高溫炎熱，降雨集中；秋季天高氣爽，氣候宜人；冬季寒冷干燥，雨雪稀少。多年平均降雨量609.10 mm，年內(nèi)降水多集中在6—9月份，占全年降水量的60%以上。

淺層含水組由全新統(tǒng)（Q4）及上更新統(tǒng)上段（Q32）沖積砂層組成，底板埋深74～101m，由西向東漸淺。含水介質(zhì)為松散的細(xì)砂、中砂層，一般可見3～7層，單層厚度5～20m，總厚度30～55m。由西向東，含水層厚度漸小，富水性漸差。據(jù)單井涌水量（5m降深計）可劃分為強富水區(qū)、富水區(qū)、中等富水區(qū)。根據(jù)舒卡列夫水化學(xué)分類法，境內(nèi)分布有HCO3-Ca·Mg·Na、HCO3-Na·Mg、HCO3·Cl-Na·Mg、HCO3·SO4-Na·Mg及復(fù)雜類型五種類型水。

現(xiàn)轄19個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)），608個行政村，總?cè)丝?1.54 萬人，其中農(nóng)村人口68.13 萬人。全縣各項經(jīng)濟指標(biāo)在新鄉(xiāng)市和全省居于后列，綜合經(jīng)濟實力在全省縣（市）排第98位，是全省最貧困的地區(qū)之一，2001年被定為國家級扶貧開發(fā)工作重點縣，目前農(nóng)村貧困人口達6.18 萬人，占全縣總?cè)丝诘?.60%。全縣農(nóng)業(yè)耕地總面積6.53 萬hm2，主要以種植小麥、玉米、水稻等為主，農(nóng)民人均純收入7393元?？h域內(nèi)地勢平坦，縣鄉(xiāng)公路四通八達，電力及水利設(shè)施比較完善。

3 陳橋鎮(zhèn)張莊供水站工程

陳橋鎮(zhèn)張莊供水站工程量包括：打350m機井一眼，建管理房60.02m2，安裝30m3壓力罐1臺（套）。配備潛水泵1臺，備用潛水泵1臺，配備消毒設(shè)備1套，除氟設(shè)備1套，鋪設(shè)管網(wǎng)25266m，土方開挖12554m3，土方回填12554m3。

陳橋鎮(zhèn)張莊供水站工程總投資209.19 萬元，其中建筑工程投資147.45 萬元，機電設(shè)備與安裝工程投資34.91 萬元，臨時工程投資2.28 萬元，獨立費用5.54 萬元，基本預(yù)備費19.02 萬元，人均投資559.64 元。

工程設(shè)計采用打井抽取地下水，聯(lián)村供水的型式，按全日供水工程進行設(shè)計。

工程供水范圍為張莊、東樊莊、西樊莊、南王莊4個村，解決其農(nóng)村人口3738人的飲用高氟水的問題。

張莊供水站需水量和管網(wǎng)水力計算方法同應(yīng)舉鎮(zhèn)鳳坡水廠工程計算方法。張莊供水站工程供水規(guī)模和管網(wǎng)水力計算成果見表1。

表1 張莊供水站規(guī)模計算表

最高日供水量為253.90m3/d，根據(jù)規(guī)范，時變化系數(shù)在2.30 ～3.00 范圍內(nèi)，此處取2.50 。

Qh=253.90 ×2.50 /24＝26.45m3/h。

4 工程總體布置

4.1 供水系統(tǒng)

張莊供水站確定采用地下水源，供水系統(tǒng)擬定水源井+變頻泵直接供水方案和水源井+壓力罐二次加壓供水方案。從技術(shù)角度分析兩方案均為可行方案，水源井+變頻泵直接供水方案所需潛水泵揚程較大，前期投資較小，單運行成本較高，水源井+壓力罐二次加壓供水方案所需潛水泵揚程較大，前期投資較大，單運行成本較小。張莊供水站設(shè)計時采用水源井+壓力罐二次加壓供水方案。

擬采用的方案系統(tǒng)圖示意如圖1。

圖1 供水系統(tǒng)方案圖

4.2 水源及取水工程

根據(jù)項目區(qū)附近陳橋村已打成井的資料看，水源井深度450m，地下含水層厚度為56.45m，該井深0～100m為DN273×8mm螺旋鋼管，井深100～450m選取DN159×8mm螺旋鋼管，出水量為50m3/h。由于水源井深度較深。故張莊供水站選用管井，設(shè)計井深350m，配井用潛水泵提水。

4.3 消毒工藝確定

由于水源水質(zhì)完全符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)，所以僅對原水進行消毒處理即可。根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》，對于IV型供水規(guī)模的供水站可直接在取水處進行消毒，其消毒液投加在壓力灌進水口處。

4.4 配水系統(tǒng)和管材選擇

項目區(qū)共涉陳橋鎮(zhèn)4個行政村群眾3738人生活飲用水問題，采用樹枝狀配水管網(wǎng)。項目區(qū)地勢平坦，最大高差0.80m，供水站在管網(wǎng)北部，位于張莊村北，距離較近。輸配水管考慮到質(zhì)量及耐久性能，選用PE管埋地敷設(shè)。

4.5 征地拆除范圍和數(shù)量

工程永久性占地主要是井房及管理房，項目占地400m2（合0.04 hm2）。項目區(qū)不涉及移民。

5 工程設(shè)計

5.1 水源井設(shè)計

參考附近已建陳橋村水源井資料，同時結(jié)合封丘縣當(dāng)?shù)貙嶋H情況，按現(xiàn)狀實際人口考慮，張莊供水站設(shè)計新打350m深機井1眼，動水位14.00m，靜水位5.00m，單井出水量57.20m3/h，作為張莊供水站供水水源。水源井管材均采用鋼管，井深0～100m之間選取DN273×8mm螺旋鋼管，井深100～350m之間選取DN159×8mm無縫鋼管，其中濾水管采用橋式鍍鋅濾水管，長度≥30m，取水層以上全部用優(yōu)質(zhì)黏土球回填。

5.1.1 水源井出水量計算

根據(jù)裘布依穩(wěn)定井流承壓水完整井出水量計算公式：

式（1）中：K—含水層滲透系數(shù)，細(xì)砂滲透系數(shù)為1～5m/d，取為2m/d；中砂滲透系數(shù)為5～20m/d，取為5m/d；M—承壓含水層厚度，根據(jù)張莊村附近已成井陳橋村機井地質(zhì)資料，中砂含水層厚度為23.70m，細(xì)砂含水層厚度為32.75m；S—抽水降深，取為9m；R—抽水影響半徑，R=10SK1/2，當(dāng)K=2時，R=103.40m，當(dāng)K=5時，R=201.20m；r—管井半徑，為0.08m。

經(jīng)計算Q#=57.20m3/h。取Q#=32m3/h，符合設(shè)計要求。

5.1.2 濾水管過水能力計算

式（2）中：Qg—過濾器的進水能力，m3/s；Dg—過濾器外徑，為0.16m；Lg—過濾器有效進水長度，Lg=50m；N—過濾器進水面層的有效孔隙率，根據(jù)《機井技術(shù)規(guī)范》鋼管過濾器進水面層孔隙率取25%，有效孔隙率取進水面層孔隙率的50%，故N=0.13；Vg—允許過濾器進水流速，查《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》表4.1.3-2，為0.01m/s。

Qg=3.14 ×0.16 ×50×0.13 ×0.01 =0.03m3/s。

濾水管過水能力大于設(shè)計取水量，符合設(shè)計水量要求。

5.1.3 井孔直徑計算

式（3）中：DK—井孔直徑，m；Q—設(shè)計取水量，m3/s；Lg—過濾器長度，m；Vj—允許井壁進水流速，m/s。Vj=K1/2/15，K為開采含水層的滲透系數(shù)。

DK≥32/3600/［3.14 ×50×（5÷24÷3600）1/2/15］=0.12m

井孔直徑0.16m大于設(shè)計孔徑，符合設(shè)計要求。

5.2 取水泵站設(shè)計

根據(jù)上述壓力罐的選型氣壓水罐壓力計算成果，進行水泵選型。

5.2.1 水泵揚程確定H

水泵揚程H由下式計算：

由以上計算可知：P1－為0.44 MP

P2－為0.68 MP

故水泵揚程為：H=100×（0.44 +0.68 ）/2=56m

5.2.2 水泵型號選擇

根據(jù)最高日最高時流量和計算水泵揚程，參考市場中的水泵型號標(biāo)準(zhǔn)，此典型工程選擇型號為200QJ32-65/5的潛水電泵。電機功率11kW，可以滿足張莊村供水站的供水要求。

5.3 輸水管道設(shè)計

供水站位于項目區(qū)北邊，輸水管道向南走，管徑de110，管材采用埋地PVC-M管。樹枝狀管網(wǎng)輸水，管線沒有明顯凸起點和低凹處，且沿干管分支管較多，不需專設(shè)排氣、排水閥門（井）。管道采用埋地暗敷，埋深1m，頂部覆土。穿越公路采用頂管施工。每個分支管道均設(shè)進水閥門（井）及水表（井）。

5.4 凈配水工藝設(shè)計

5.4.1 消毒處理

此工程水源已符合《農(nóng)村實施〈生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)〉準(zhǔn)則》的要求，不必處理，但按《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》中9.13.1規(guī)定“生活飲用水應(yīng)消毒”。

在水泵與取水井管之間的供水管道中采用次氯酸鈉消毒柜，利用電腦微機控制，通過消毒柜內(nèi)置加壓泵，根據(jù)管道供水流量大小，自動調(diào)節(jié)次氯酸鈉的加藥量。消毒柜采用MBS/C—15/3或者JS—322型次氯酸鈉消毒柜。

加藥消毒后，保證水游離性余氯不低于0.10mg/L，管網(wǎng)末梢水游離性余氯不低于0.10mg/L。

5.4.2 除氟方案

此次除氟設(shè)備選用廠家定型設(shè)備，根據(jù)現(xiàn)狀規(guī)模最高日工作時流量，擬選定20m3/h除氟罐2臺。

除氟設(shè)備布置在井與壓力罐之間，消毒管路之前，井水經(jīng)除氟后入壓力罐。

5.5 配電工程設(shè)計

架設(shè)380V電力線路300m，電路電器布置有總開關(guān)控制、下設(shè)有水泵控制開關(guān)、消毒柜控制開關(guān)、照明控制開關(guān)。

水表安裝和入戶設(shè)計同管網(wǎng)延伸部分。

5.6 建筑設(shè)計

此工程按凈水工藝流程順流布置，配水均勻，并留有足夠的施工維修通道。

考慮到供水站工程規(guī)模較小，新建管理房一座，面積60.02m2，廁所一座，面積24.50m2，壓力罐棚一座，面積45m2。

5.7 結(jié)構(gòu)設(shè)計

①項目區(qū)位于封丘縣，其風(fēng)荷為0.40 kN/m2，雪荷0.35 kN/m2，工程地質(zhì)條件良好，采用深層地下水，水凍深度0.18m，地震基本烈度Ⅶ度。②生產(chǎn)建筑使用荷載無特殊要求，地基承載力≥120kPa，抗震設(shè)防烈度按Ⅷ度設(shè)防。對結(jié)構(gòu)設(shè)計無特殊要求。③結(jié)構(gòu)形式均為磚混結(jié)構(gòu)。

6 總結(jié)

陳橋鎮(zhèn)張莊供水站工程順利實施，將提升了整個農(nóng)村的供水保證率和環(huán)境水平，同時，與現(xiàn)有其他水源聯(lián)合調(diào)度，供水將不再受季節(jié)的影響，從而大大提高城市供水的保證程度，為陳橋鎮(zhèn)張莊提供了充足的水源保障，對該區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展具有重要作用。