貴州省赤水市葫市鎮農村安全飲水工程設計

代榮祥

（貴州省赤水市旺隆片區水務站，貴州 赤水 564704）

自2000年我國政府致力于解決農村飲水問題，至2004年國家將農村飲水問題的重心從解決有無轉移到農村居民的安全飲水保障上來，農村飲水安全工程作為一項惠民項目，各項飲水基礎設施的不斷完善，對推動農村地區經濟的快速發展，建立社會主義新農村具有十分重要的意義[1]。

赤水市葫市鎮農村貧困人口飲水安全鞏固提升工程所在的高竹村、高橋村、天堂村項目區共有6031人，現有飲水不安全人口2226人，長期以來飲用細菌超標嚴重。農民群眾無法飲用衛生、潔凈的自來水，不僅嚴重威脅著項目區人民的身心健康，降低群眾生產生活質量，而且制約了新農村建設向縱深發展，全面建設小康社會無法得到根本實現。因此，結合項目建設區特有的水資源環境和水文地質條件合理推廣農飲安全工程的典型設計方案，對于系統解決我國廣大農村居民安全飲水問題意義重大。

1 項目區概況

1.1 社會經濟狀況

赤水市2016年葫市鎮農村貧困人口飲水安全鞏固提升工程位于赤水市葫市鎮境內，項目區土地、氣候、水利等自然資源豐富優越，交通、電力等基礎條件較好，距赤水市城區38 km。葫市鎮全鎮總面積203平方公里，轄7個行政村56個村民小組，1個社區3個居民小組，總人口15642人，其中農業人口13341人，非農業人口2301人?，F有林地120000畝，耕地14000畝。人均純收入7587元，低于全市平均水平，主要以傳統農業和種植業為主。

1.2 水文地質概況

項目區域地處貴州高原向四川盆地過渡地帶，地形起伏較大，分布于習水河谷丘陵地區，總體分布右岸較高，左岸較低，相對高差較大，河谷兩岸植被較好，森林覆蓋率達65%以上。

工程區域出露地層為白堊系上統夾關組（K2j）紫色、磚紅色長石石英砂巖、巖屑石英砂巖夾粉砂巖、泥巖和第四系殘坡積、沖積覆蓋層，區域穩定性好，工程建筑具備良好的地質條件。參照赤水市氣象區劃資料，該區域內多年平均氣溫在18.4℃左右，最高氣溫41℃，最低氣溫-6℃，多年平均降雨量為1250 mm，無霜期約340天，年均日照時數約1300小時。該區域內水文資料顯示，多年平均降雨量為1250 mm。采用降雨徑流法，由貴州省水文手冊查得赤水地區徑流系數α=0.56～0.6之間，根據項目區實際情況，綜合平衡后確定α=0.58進行計算，多年平均徑流深為725 mm。

2 農村飲水安全工程設計

2.1 用水量計算

本工程項目主要解決赤水市葫市鎮高竹村、高橋村、天堂村2226人口的安全供水問題，根據實際情況，確定設計保證率為95%。根據水利部、衛生部水農(2004)547號文《關于印發農村飲用水安全衛生評價指標體系的通知》、《村鎮供水工程技術規范》(SL310-2004)和農村飲水安全項目建設人均日用水要求，結合供水區域用水實際情況，人均日供水量取用綜合定額平均按80L/日·人計算，副業及其它用水按人均用水量的15%，管網損失水量按12%計算，人口自然增長率為0.6%，設計年限15年。根據農村飲水安全項目建設要求及區域內用水實際情況，項目最高日需水量為250.9 m3/日，多年平均用水量為6.54萬m3，(日變化系數取1.3,時變化系數取2.6)。

2.2 取水工程設計

2.2.1 截潛流型

取水樞紐采用截潛流空腹壩的取水型式，布置于主河床上，采用封閉式，堰型為梯形折線堰，壩體采用C25鋼筋混凝土結構，基礎為卵石混合土，上游迎水面為斜線，坡度為1∶0.5，設有集水廊道、無紡布、反濾層并用卵石回填，背水面為直立面，采用C25鋼筋混凝土面板厚0.5 m。

（1）水力計算

截潛流空腹壩泄流能力計算如式（1）：

式中：σ為淹沒系數；ε為側收縮系數；m為流量系數；B為孔凈寬，單位：m；g為 9.81N/kg；H0為設計水頭，單位：m。

（2）穩定計算

地基應力計算采用材料力學偏心受壓公式計算，見式（2）：

式中：∑W為鉛直向力矢量和（KN）；∑p為水平向力矢量和（kN）；A 為基礎面積（m2）；B 為基礎寬度 （m）；e為偏心距（m）；f為摩擦系數。

2.2.2 集泉水型

（1）泉水取水口主要由泉水集水井和進水池兩部分構成，集水井主要是匯集泉水，進水池主要是調節出水流量、沉砂以及溢流等。進水池內設沖砂管、溢流管和出水管等。泉眼采用M7.5漿砌石框護，泉水通過鋼筋混凝土過水道直接進入進水池，進水池規格為2.0 m×2.0 m×2.0 m，采用鋼筋混凝土砌筑，邊墻厚度20 cm，底板厚度30 cm。

（2）穩定性分析

取水口在建好后未裝水時，四周墻體承受填土壓力時為最不利工況，故選用該工況進行結構計算，見式（3）：

式中：P0為不同土層深度產生的壓力，KN/m2；K0為靜止土壓力系數（本次取0.20）；Z為不同土層的深度（分別取2 m、3 m、3.5 m）；E0為單位蓄水池側墻長度上的靜止土壓力的合力，KN/m；γ為土體的容重，本次取值18 KN/m3；H為蓄水池埋深。

2.3 輸水工程設計

2.3.1 管線走向選擇

（1）因地制宜、合理選擇水源、合理布置輸水管線。根據項目區的水源分布情況、合理規劃輸水管道走線，以水質符合國家《生活飲用水衛生標準》（GB5749）要求；

（2）就地開采、就近供水的原則；

（3）輸水管線應布局合理，盡量縮短線路長度，少占農田草地；輸水管線應盡量滿足管道地埋要求，避免急轉彎、較大的起伏、穿越不良地質地段，減少穿越鐵路、公路、河流等障礙物。

（4）充分利用地形條件，采用重力流輸水管道，地形高差超過60 m并有富余水頭時，應在適當位置設減壓設施；輸水管道在管道凸起點，應設自動進（排）氣閥，長距離輸水無凸起點，每隔一定距離亦應設自動進（排）氣閥；輸水管道在管道低凹處，應設排空閥；室外管道的進（排）氣閥、減壓閥、消火栓、閘閥、泄水閥、排空閥等應設置閘閥井。

2.3.2 引水管道設計流量計算

輸水管道設計流量Q的計算采用公式（4）：

式中：W為項目區最高日最高時用水量，單位：m3/h；t為供水時間，3600 s。

2.3.3 管徑及壁厚的確定

輸水管道設計引水流量為引水流量為Q，管道經濟流速取2.0 m/s，則管徑的計算由公式（5）：

式中：Q為管段流量，單位：m3/s；d為管道內徑，單位：m。

2.3.4 管道水力計算

（1）沿程水頭損失計算

塑料管沿程水頭損失計算采用的經驗公式(6)：

式中：hf為沿程水頭損失，單位：m；L為計算管段的長度，單位：m；i為單位管長水頭損失，單位：m/m；

（2）局部水頭損失計算

由于管道為長管出流，局部水頭損失按沿程水頭損失的20%計算所得。

（3）管道承壓計算

按《室外給水設計規范》（GB50013-2006）規定，設計內水壓力按照最大工作壓力的1.5倍計算，因此，按照壓強公式(7)計算：

式中：P 為管道壓強，單位：N/m2；ρ為水的密度，取 1.0×103kg/m3；g為重力加速度，取9.81N/kg；h為輸水管道工作水頭，單位：m。

2.4 蓄水池設計

2.4.1 清水池容積計算

清水池有效容積，按供水區最大日供水量來確定，標準池系統的基本功能包括簡易的沉淀、過濾(消毒)和清水池調節，以保障水體的基本水質和充足的飲用水供應。

標準池系統由沉淀池、過濾池和清水池組成一體結構建筑物，建筑投資較省，系統工藝流程：取、輸水→沉淀→過濾→(消毒)清水池→供水；標準池編號對應供水區編號。

2.4.2 清水池結構

根據供水區取水點遠近、高差及地理條件，結合便于管理，靠近供水區選址修建；水池基礎要求置于砂巖、砂頁巖中風化層；為更有利于建筑物安全，避免地表水對基礎沖刷破壞以及池內水質的污染，要求按半埋式修建，即：水池一半埋于地下，另一半表露在地面以上，見圖1。

圖1 蓄水池設計平面圖及剖面圖

2.5 過濾池結構

濾料：過濾層采用石英砂濾料，粒徑0.3 mm～1.0 mm；承托層為卵石層，粒徑1 mm～30 mm。承托層底部鋪設棕墊，過濾料構成見表1，過濾池設計圖見圖2。

圖2 過濾池設計剖面圖

表1 過濾材料構成表

3 工程總體布置

經過方案比選計算，決定本工程取水設施修建26口取水池，水源皆來自溪溝水和山泉水，取水池斷面為1.0 m×1.0 m×1.0 m，邊墻為20 cm厚C25混凝土，底板為10 cm厚C25砼。取水池中濾料為碎石。水池的基本功能包括簡易的輸水、沉淀、過濾和調蓄、供水管網，以保障水體的基本水質和充足的飲用水供應。

輸配水工程輸水管經計算選用1.6 MPa和1.25 MPaPE管。由輸水管道經清水池后進入供水管網，對人畜飲用水進行供應，其中水池由沉淀池、過濾池和清水池組成一個小型的簡易凈水廠，系統工藝流程：取、輸水→沉淀→過濾→消毒→清水池→供水。消毒采用便攜式二氧化氯發生器進行消毒。

最終，工程的總體布置計劃修建1 m3的取水池26口，新建6 m3簡易水廠1座，新建10 m3簡易水廠8座，新建15 m3簡易水廠6座，新建20 m3簡易水廠7座，新建30 m3簡易水廠3座，新建60 m3簡易水廠1座，整治80 m3水池一口，安裝管39.25 km。由輸水管道經清水池后進入供水管網，對人畜飲用水進行供應，其中水池由沉淀池、過濾池和清水池組成一個小型的簡易凈水廠，系統工藝流程：取、輸水→沉淀→過濾→消毒→清水池→供水。20人以上的供區通過安裝消毒設備（采用電解食鹽二氧化氯協同發生器）進行消毒，20人以下的供區通過投放藥片進行消毒。

4 結論

（1）農村飲水安全工程的設計具有一定的共性，這為典型工程設計方案的推廣提供了堅實基礎，不同地區只需針對當地水源條件和水資源狀況進行調整即可。

（2）農村飲水安全工程存在規模較小，水源條件多樣化，村民居住較分散以及地形較復雜等特點，這些特點使得設計過程中需要全面分析、綜合考慮，針對每個具體的農村飲水安全項目，分析其特點，研究其獨特性，使得工程的設計方案更加的科學、合理、經濟[2-3]。

（3）赤水市葫市鎮在農村安全飲水工程設計、建設和管理方面積累了豐富的經驗，這為進一步解決農村飲水安全問題創造了先決條件，形成了適用于其他地區和不同取水方式的推廣模式。