巴楚縣三鄉兩鎮飲水安全工程取水頭部設計

方海霞

(喀什第三師勘測設計研究院有限責任公司， 新疆 喀什 844000)

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巴楚縣三鄉兩鎮飲水安全工程取水頭部設計

方海霞

(喀什第三師勘測設計研究院有限責任公司， 新疆 喀什 844000)

取水頭部是飲水安全工程設計的關鍵。在巴楚縣三鄉兩鎮飲水安全工程取水頭部設計中，對水源、取水方式、構筑物型式、取水頭部型式等進行對比研究，結果表明：項目區地表水水源優于地下水水源，宜選用河床式取水構筑物，以泵房加壓的形式通過輸水管道向受水區供水，采用萬向輪式取水頭部，可根據水深調整取水口高度，具有明顯的應用優勢。

飲水安全工程； 取水頭部； 構筑物型式； 萬向輪式取水

1 引 言

巴楚縣位于新疆喀什地區，地處天山南麓，塔里木盆地和塔克拉瑪干沙漠邊緣。巴楚縣的阿那庫勒鄉、多來提巴格鄉、恰爾巴格鄉、巴楚鎮、三岔口鎮(三鄉兩鎮)共有45個行政村，總人口為66431人。

近年來，隨著鄉鎮企業的迅速發展，縣城人口增長迅速，預估巴楚縣城居民和鄉鎮企業用水量將突破19790m3/d，而目前取水構筑物的日供水能力僅2900m3/d，遠遠達不到供水需求。目前三鄉兩鎮中，有些地區常年供不上自來水，已有15880人長期飲用手壓井水、澇壩水，極易引發飲水不安全問題，其中因飲用苦咸水(淺層手壓井水)的飲水不安全人口為8122人，飲用未經處理的IV類地表水的飲水不安全人口為7758人。

為維護社會安定團結、促進經濟發展、構建和諧社會，改善三鄉兩鎮的飲水條件、加快實施農村安全飲水工程、解決飲水困難已刻不容緩。因此，喀什第三師勘測設計研究院從工程布置、用水量核定等幾個方面對巴楚縣三鄉兩鎮飲水安全工程進行設計，以期達到最優的供水效果。

2 工程方案比選

2.1 比選原則

根據工程任務和特點對該工程的方案比選提出以下4條原則：?水源可持續性；?近期與長遠相結合、統籌規劃、分步實施；?工程可持續利用；?群眾自籌和政府扶持相結合的投資政策[1-3]。

2.2 水源選擇

項目區地表水水源主要來自小海子水庫，地下水水源主要是艾力克它姆龍口一帶依靠葉河洪水補給的地下水，可由機井提取。

方案一：從小海子水庫引地表水，經凈化消毒后，向項目區提供合格的衛生水；該方案建設內容主要為：建設取水構筑物1座，輸水管道23.024km，配備凈水及消毒設備，并配套設備間，工程投資約2400萬元。工藝流程為：庫水→取水泵房→過濾→消毒→管網→用戶，見圖1。

圖1 地表引水流程

方案二：以地下水作為供水水源，根據以往的供水工程可研報告，如：以艾力克它姆龍口一帶的地下水為水源，工程由水源地工程(鑿井12眼，井深60m/80m)、首部水池(兩座1000m3清水池)及二級加壓站工程和輸水管道工程(29.48km)等組成，工程投資約6000萬元。工藝流程為：地下水→機井提水→消毒→管網→用戶，見圖2。

圖2 地下水引水流程

方案選擇：經分析，地表水水源方案不僅從水質和水量上較地下水水源方案有更高的保證率，且工程投資和供水成本也較低。

所以該工程選擇地表水水源方案，以小海子水庫庫水作為推薦水源。

2.3 取水方式

取水構筑物的安全可靠性對供水工程至關重要，根據小海子水庫周邊的地形條件及其運行調度方式，綜合比較后，選擇直接引取水庫水。

2.4 取水構筑物型式

小海子水庫為平原水庫，且庫岸到庫底邊坡平緩。考慮水庫取水的特點，固定式取水構筑物具有更高的適用性[4]，同時為保證取用水量、水質等均滿足飲水安全需求，河床式取水構筑物比岸邊式取水構筑物、低壩式取水構筑物、底欄柵式取水構筑物更加合理。在設計中，河床式取水構筑物布置于庫心的較低處，靠近大壩附近，遠離藻類集中區。

2.5 取水點布置

在可研階段選取兩處取水點進行方案比選。一處為小海子水庫北閘處，現三鄉兩鎮取水口東側，距離岸邊40m處；另一處為小海子水庫北閘東南側約2m處的烏龜島處。對兩個方案從取水保證率、管線長度、施工方便程度和投資方面進行了比較，最終選取小海子水庫北閘處為取水點。

在初設階段，對取水點的位置再次進行分析和論證。以小海子水庫地形圖為基礎，以水量、水質、取水深度要求為準則，認真比選最佳取水點，結果表明：北壩線0+000～1+200段庫區滿足條件。該范圍水深最大處在北閘處，庫底高程在1108.00～1110.00m，且靠近山體，岸坡極陡；另一處，在現有的取水泵房以東，與庫內一條老河溝相連，距庫岸140～200m處，河溝高程1105.50～1111.00m。溝外圍為1111.00m等高線的閉合體。

通過分析資料可知，該取水工程枯水期總需水量204.87萬m3，而溝外圍1111.00m等高線所圍的水體約2119.71萬m3，滿足供水的水量要求。選定取水點位于北壩線0+480處，距庫岸140m，庫底高程1108.00m。為保證泵房的安全，設計中取泵房室底高程1108.00m、吸水泵軸線高程1109.90m。

2.6 供水線路方案選擇

在可研階段，對輸水管線方案進行比較論證：方案一沿現狀巴楚縣城供水管線布置的南線方案；方案二沿現狀三鄉兩鎮供水管線布置的北線方案。經比較，南線方案較北線方案輸水線路短，沿線與渠、林、路交叉數量少，工程投資較為經濟，所以推薦采用南線布置方案。

在初設階段，輸水管道仍采用南線布置方案，為了避免房屋拆遷，對局部管線做了調整，沿線與渠、林、路交叉的地方進行復核統計，細化交叉建筑物設計，對管道施工造成的局部臨時占地面積和伐林數量進行了復核統計，并將該項費用計入建設及施工場地費用。經復核，該次新建輸水管道共計23.21km。管線放線見表1。

表1 管線放線

2.7 供水方式

由于項目區位于平原區，供水方式主要選用泵房加壓型式。

2.7.1 壓力供水方案

工程設計中綜合了工程造價和運行費用兩方面因素，提出兩種加壓供水方案。

方案一：可研階段供水方案。新建取水泵房1座，內設3臺(兩用一備)55kW臥式雙吸離心泵加壓輸水送至小海子水廠，再由小海子水廠分兩部分進行二次加壓：一部分通過新配備的凈化消毒設備將水處理后由現有小海子水廠加壓泵加壓，利用現有三鄉兩鎮輸水管道，向多來提巴格鄉、恰爾巴格鄉供水；另一部分通過在小海子水廠新配備的3臺(兩用一備)110kW加壓泵加壓輸水至且城水廠和三鄉兩鎮水廠，由三鄉兩鎮水廠現有的加壓泵加壓向阿那庫勒鄉、巴楚鎮、三岔口鎮供水。

該方案有以下缺點：

a.送往縣城水廠和三鄉兩鎮水廠的原水，在小海子水廠處未做凈化消毒處理，卻進行了泄壓和二次加壓輸水，從供水設備上造成一定程度的浪費，在管理上增加了一道不必要的操作手續。

b.可研階段未對各水廠供水區域的用水量單獨復核，也未對已建管道進行供水能力復核，造成該供水方案在小海子水廠處給原三鄉兩鎮供水管線加壓供水分配水量6649m3/d偏大，實際需用量僅4993.7m3/d，并且目前管道的輸水能力也達不到供水要求。而新敷設管線在18+562處分給三鄉兩鎮水廠的水量僅860m3/d，遠小于該水廠供水區域阿那庫勒鄉、巴楚鎮、三岔口鎮的人畜飲水和鄉鎮企業需水量(9935.84m3/d)。

c.該方案僅考慮從小海子水廠加壓向原三鄉兩鎮供水管網輸水的水質凈化和消毒，未考慮新建管線投到三鄉兩鎮水廠860m3/d水量的凈化和消毒。

針對方案一存在的問題，通過對各水廠供水區域的需用水量和已建管線細部調查、輸水能力復核計算，對供水方案進行了優化和完善，提出供水方案二。

方案二：初設階段供水方案。新建取水泵房1座，將取水分兩部分供水，一部分由1臺22kW臥式雙吸離心泵取水，由現有縣城D400管道輸水至小海子水廠，通過新配備的凈化消毒設備，再由已建的清水池調節后，由小海子水廠現有的加壓泵加壓，利用三鄉兩鎮的輸水管道，向多來提巴格鄉、恰爾巴格鄉供水；取水泵房內再設3臺(兩用一備)132kW臥式雙吸離心泵取水，一次加壓輸水分別送至三鄉兩鎮水廠和縣城水廠，將送至三鄉兩鎮水廠的原水，通過新配備的凈化消毒設備，再由已建的清水池調節后，由三鄉兩鎮水廠現有的加壓泵加壓向阿那庫勒鄉、巴楚鎮、三岔口鎮供水。

方案二新配水泵4臺，三用一備，電機功率合計2×132+1×22=286kW，較方案一少用水泵2臺，節省電機44kW；22kW的供水泵如果出現故障檢修時，可通過新建管線1+330處的旁通減壓閥，解決多來提巴格鄉和恰爾巴格鄉的供水。

方案二不僅滿足各供水區域的需用水要求，而且對供給項目區原水都進行了凈化、消毒處理，確保水質安全，供往縣城水廠的原水，將利用水廠現有的凈水、消毒設備做水質處理。

工程最終選定第二種供水方案。

2.7.2 輸水管材選擇

該項目中輸水管道管徑為D500～D600，壓力等級為PN0.6MPa，項目區地下水及地基土含有對金屬材料中等強度腐蝕性物質，根據已建供水工程經驗，對玻璃鋼管(FRP管)、聚氯乙稀管(UPVC管)、聚乙烯管(PE管)三種管材進行比選。其主要技術指標及優缺點比較見表2。

表2 管材優缺點比較

續表

通過計算分析可知，輸水管道的管徑D140～D600、管壓0.6MPa，對于管材的強度要求較低，FRP管、UPVC管和PE管均滿足要求。

由設計輸水流量相同可知管道內徑相同、開挖土方工程量亦相同，故單位長度管材的價格決定輸水管道的投資。通過經濟比選，在管壓0.6MPa、管徑D140～D600時，UPVC管比FRP管、PE管更具有價格優勢。故采用UPVC管投資最為經濟。當管徑大于400mm時，玻璃鋼管價格具有較大優勢，故管徑大于400mm的采用玻璃鋼管。

根據以上比較，按水力計算要求，工程所需管徑分別為D500和D600，管道需要的公稱壓力為0.6MPa，所以工程全部采用0.6MPa的玻璃鋼管。

3 取水構筑物

取水工程選用地表水作為水源，故在取水構筑物設計時對幾種常見的地表水取水構筑物進行了比選，該工程選擇的是河床式取水構筑物。

3.1 取水頭部

為保障取水的水量、水質滿足供水需求，設計時采用浮筒托拽取水管道的方式，實時根據水深調節取水口高度，始終保證取水口在水面以下1～1.5m。由于該工程取水條件相對較差，在取水頭部設計時選用適用性較強的球形萬向接頭[5]作為連接部件，并選擇萬向輪式取水頭部與之對應，以達到最優的運行工況。

3.2 進水管

通過水力計算可知，進水管流速0.9m/s，無需加壓，可自流輸送，故選取直徑為286mm的自流管。設計中，選用兩根315mm的鋼管時，測算得實際進水流速0.73m/s。

為避免自流管的淤積，設計流速的選定至關重要，取水管道中設計流速一般應不超過經濟流速而又不低于不淤流速，且不宜小于0.6m/s。在該取水工程中，選用一根1000mm的鋼管時，測算得實際進水流速0.6m/s，滿足要求。

3.3 取水泵房

3.3.1 水泵

根據供水方案，取水泵房分兩部分供水：第一部分供給多來提巴格鄉、恰爾巴格鄉用水，根據該部分需用水量要求，計算流量和揚程，選擇雙吸臥式離心泵1臺，型號為DFSS125—290(I)，單臺水泵額定流量為253m3/h，額定揚程為21m，電機功率22kW；第二部分供給巴楚縣城和阿那庫勒鄉、巴楚鎮、三岔口鎮用水，根據該部分需用水量要求，經計算流量和揚程，選擇雙吸臥式離心泵3臺，型號為DFSS200—520C，水泵額定流量為850m3/h，額定揚程為44m，電機功率132KW。

3.3.2 泵房

設計水源水庫正常蓄水位1115.50m，為確保水泵正常工作，泵頭應始終有一定的淹沒深度，設定泵房底部高程1108.00m。為避免泵房受風浪威脅，采用雙層結構，入口處高程1116.50m，頂高程1122.50m。

設計中，以《村鎮供水工程技術規范》等規范為基準，綜合考慮水泵機組與配電設備的安裝、維修與更換。

在泵房受力穩定性分析中，統籌考慮浮力、風浪壓力、冰推力等不利因素，選定受力條件較好的圓形泵房，取定泵房內徑17m，建筑面積453.73m2。

3.4 取水構筑物安全防護設施

為確保取水構筑物安全，設計中引入信息自動化設備，實時對水源是否污染、水泵是否正常運行等進行24h監控，并形成影像資料備份，以便歸檔查詢。同時，泵房配備了遠程監控和啟閉系統，值班人員可于監控室內完成水泵的日常檢查與啟停操作，節約了人力，保障了水泵的長效運行。

4 結 語

為解決巴楚縣阿那庫勒鄉、多來提巴格鄉、恰爾巴格鄉、巴楚鎮、三岔口鎮(三鄉兩鎮)的飲水安全問題，本文對新建取水工程的水源、取水方式、構筑物型式、取水點布置、供水線路、供水方式、取水頭部型式、進水管、取水泵房等分別進行了認真對比研究，結果表明：項目區地表水水源優于地下水水源，選用河床式取水構筑物，以泵房加壓的形式通過輸水管道向受水區供水。工程擬選用萬向輪式取水頭部，可通過浮筒托拽取水管道，根據水深調整取水口高度，保證始終取用上層較好的水源。

[1] 劉慧.淺論農村飲水工程建設與管理[J].水利建設與管理,2012(9):50-51.

[2] 倪文進.強化農村水利建設與管理的思考[J].水利發展研究,2010,10(12):5-7.

[3] 楊亞明.農村人畜飲水安全工程建設質量管理模式探討[J].水利建設與管理,2015(3):50-52.

[4] 劉永林,龐海臻.大伙房水庫多層取水頭部的設計[J].水利管理技術,1998,18(6):25-27.

[5] 陸中華,王思堯,吳斯文.佛山某水廠取水頭部設計及反思[J].給水排水,2015,41(9):23-25.

Analysis on the water head of Three-township and Two-town Drinking Water Safety Project in Bachu County

FANG Haixia

(Kashgar No.3 Division Reconnaissance Design and Research Institute Co., Ltd., Kashgar 844000, China)

Water head is the key to drinking water safety engineering design. In the water head design of Bachu County Three-township and Two-town Drinking Water Safety Project, water source, water acquisition mode, building mode, water head model, etc. are comparatively studied. The results show that surface water source of the project zone is better than underground water source, river bed water acquisition building should be selected. Water can be supplied to the water-affected area through water conveyance pipeline in the form of pumping room pressurization. Universal wheel water head is adopted, water intake height can be adjusted according to water depth, and prominent application advantages can be achieved.

drinking water safety engineering; water head; structure mode; universal wheel water acquisition

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.12.008

TV22

B

1005-4774(2016)12- 0026- 05