農村飲水安全鞏固提升工程設計

張青霞

(泉州水務工程建設集團有限公司規劃設計分公司，福建 泉州 362000)

1 前言

石井鎮位于南安市最南部沿海地區，轄1個社區、25個行政村，全鎮戶籍總人口約8萬多人。石井人民秉承先人艱苦創業的成功精神，圍繞建設“現代化港口城鎮”的總體目標，立足港口優勢，挖掘區位潛力，壯大“石材、石化、航運漁業、新型輕工、旅游”五大支柱產業，充分發揮人文、區位、僑臺優勢，認真組織實施以發展鄉鎮企業為騰飛龍頭的港口經濟發展戰略，推動經濟社會全面發展。由于特殊的地理位置、地質條件和經濟社會條件的制約，項目區存在嚴重的飲水安全問題。項目提升改造包含院前村和前坂村兩個行政村，其中院前村由于水廠管網敷設范圍不足，未能接入自來水，目前飲用機井水，但井水水質超標不宜作為飲用水源。前坂村雖有自來水入戶，但配水管大部分管道材質為鍍鋅鋼，由于管網敷設已有12 a，其末梢水質銹蝕、渾濁，經過水廠檢測水質不能滿足生活飲用水衛生標準要求。項目的實施能從根本上解決群眾的飲水問題，向群眾提供潔凈、符合飲用水衛生標準的自來水，對改善當地居民的生活條件有著十分重要的作用。

設計通過水廠管網延伸向院內村和前坂村供水，新建De250～De40 PE管配水管網10 185 m；為院前村全村配備一戶一表，配備De32 PE水表支管，每處30 m，共7 305 m；De20 PE入戶管每戶20 m，總長19 480 m；設置DN20水表974組，4～5個水表聯合一處水表箱，共設水表箱244個；DN250～DN32閥門45個；排氣閥4個；排泥閥11個；消火栓3套；閥門井45座。

2 工程地質

2.1 地形、地貌

項目供水管線基本沿現有道路邊沿敷設。管網接入口位于院小公路及201省道旁，地形開闊，管網敷設范圍內地形高差最大20 m左右，但范圍較長，坡度平緩。

2.2 自然地理條件

項目區為亞熱帶海洋性季風氣候，受東南季風影響，氣候溫暖潮濕，雨量充沛，區內晝夜溫差不大，夏天炎熱，冬天未見霜、雪，年平均氣溫約23℃。年平均降雨量1 890.00 mm，3-9月為雨季，5-6月份、8-9月份常見暴雨，9月至翌年2月為旱季。

2.3 地層條件

參照附近建筑工程勘察資料顯示，項目區主要地層巖性如下：①粉質黏土：灰黃色，可塑，稍濕，以黏粉粒為主，含少量的細顆粒，切面光滑，干強度中等，中等韌性，無搖振反應，沖洪積而成，上部0.30 m為根植土或素填土(道路邊)，主要分布在詩溪兩岸沖積地表部。②坡殘積層：主要為含碎石黏土，分布于丘陵的表面。工程區未發現不良地質情況，管線也不存在深挖方、高填方情況。場區工程地質條件符合工程建設需要。

根據1∶400萬的《中國地震動反應譜特征周期區劃圖》和《中國地震峰值加速度區劃圖》，工程地震動反應譜特征周期為0.45 s，地震動峰值加速度為0.10 g，工程區地震基本烈度Ⅶ度。

3 工程規劃

3.1 設計水平年的確定

項目以2015年為設計現狀年，以2025年為設計水平年。

3.2 項目受益人口

根據《泉州市統計年鑒》石井鎮近年來人口發展狀況，本項目計算中，人口自然增長率取7‰，計算公式如下：

設計用水居民人數：

P=P0(1+γ)n+P1

(1)

式(1)中：P—設計用水居民人數，人；P0—供水范圍內常住人口數，人；?—設計年限內人口的自然增長率，此項目取7‰；n—工程設計年限，n=10 a；P1—設計年限內人口機械增長總數，根據各村的人口規劃以及近年來流動人口和戶籍遷移人口的變化情況，按年平均增長法確定，共249人。

其他各參數人口詳見表1。

表1 供水人口統計表

3.3 供水規模

3.3.1 生活用水量

生活用水定額根據《村鎮供水工程技術規范》中規定，根據實際調查項目村的主要用(供)水條件，石井鎮為全日供水，戶內有洗滌池和部分其他衛生設施，結合考慮當地居民日常生活用水情況及今后發展規劃，因此最高日居民生活用水定額按取140 L/(人·d)。居民生活用水量可按下式計算：

W=Pq/1 000

(2)

式(2)中：W—居民生活用水量，m3/d；P—設計用水居民人數，人；q—最高日居民生活用水定額，L/(人·d)。

3.3.2 公共建筑用水量

村內有學校及活動廣場等其他公用建筑物，但長期公共建筑用水量資料較少，按規范取居民生活用水量的10%計算。

3.3.3 消防用水量

消防用水量應按照《建筑設計防火規范》和《村鎮建筑設計防火規范》的有關規定確定。消防用水按同一時間內火災次數為1次，滅火10 L/s計算，火災持續時間按2 h計算，消防用水量為72 m3/d。

行政村允許短時間間斷供水，居民生活用水量與公共建筑用水量之和高于消防用水量，故供水規模不單列消防用水量。

3.3.4 管網漏失及未預見水量

管網漏失水量及未預見水量按上述三項用水量之和的15%計算。

3.3.5 配水管網變化系數

南安市石井鎮自來水廠管網覆蓋范圍大，但此工程兩個行政村分別處于水廠管網末端的兩處末端，為提高供水保證率擬單個行政村日供水量規模來確定Kh值，根據計算院前村及前坂村日供水規模均<200 m3/d,因此取2.00。

經計算，設計水平年供水量見表2。

表2 受益人口供水量計算表

3.4 水質和水壓

3.4.1 水質

項目水源為南安市石井鎮自來水廠出廠水，出廠水水質檢驗結果詳見南安市疾病預防控制中心檢測的出廠水及末梢水水質檢測報告書(編號HC16101～HC16103)。檢測結果均滿足國家標準《生活飲用水衛生標準》要求。項目需在院前村村委會內節點處增設二次加壓泵站1處，項目建成后，應按規定定期清刷、清毒水箱及相應供水設施，以免造成自來水的二次污染，危害群眾的身體健康。水廠將定期檢測該片區的管網末梢水，檢測結果必須滿足國家標準《生活飲用水衛生標準》要求。

3.4.2 水壓

工程2個行政村所涉及的自來水廠各接點處的水壓值由水廠技術人員提供。其中，前坂村接口處水壓0.30 MPa(地面標高約為6 m)，主管引至行政村東側地勢較高的地帶，經計算，最不利點用戶位于節點7處，其自由水頭為15.25 m；院前村水廠接入口位置水壓為0.25 MPa(位于郭前村)，將主管延伸至原已經敷設的管道進行銜接，從主管可分出配水干管至院前村東安上自然村，經計算，最不利點用戶位于節點A3處，其自由水頭為19.75 m。院前大村供水范圍由于北面地形較高，地勢高差達20 m左右，用水戶范圍較大，單根支管較長。為使地形高處的用戶末端水壓控制在15 m以上，且兼顧地形低處的用戶水壓不超過40 m,需將供水范圍劃分為南片不加壓供水片區，及北面加壓供水片區分別供水。經方案比選及試算后，確定在院前村村委會處設置一套無負壓恒壓變頻供水設備，出口恒壓38.00 m。經計算，院前大村南片不加壓供水片區最不利點位于節點B7處，其自由水頭為15.05 m。北片加壓供水片區最不利點位于節點C12處，自由水頭17.00 m。因此，院前村和前坂村的管網布置方案能夠滿足最不利點用戶末端水頭不低于15 m的規范要求。

3.5 水量平衡分析

石井鎮自來水廠水源購買于南安市實康水務公司，其源水來自泉州市石壁水庫等，該水務公司合并沿海三鎮(官橋鎮、水頭鎮、石井鎮)供水管網。石井鎮水廠目前的供水能力為5萬m3/d，日供水量僅1萬m3/d，仍有較大的富余水量。項目受益人口達6 790人，最高日用水量需1 202.40 m3。因此，自來水廠的供水能力能滿足需水要求。

4 工程設計

4.1 管徑選擇

配水管網時變化系數Kh取2.00，配水管起始設計流量按下式計算：

q=Q×Kh/T

(3)

式(3)中：q—配水管設計流量(m3/h)；Q—項目村配水管供水規模(m3/d)；T—供水時間(24 h)。

配水支管的管徑初選按下式：

(4)

式(4)中：v—經濟流速，根據規范<500 mm以下管道可取0.50～1.00 m，工程取用0.60 m/s作為初選管徑的依據。

管徑初選結果見表3和表4。

表3 前坂村配水管管徑初選表

表4 院前村配水管管徑初選表

4.2 管材選擇

工程建設內容是通往各個行政村的配水支管，配水支管管線走向基本沿現有道路布設，現對管材進行比選。市場上可供選擇的管材品種較多，常用的有球墨鑄鐵、PPR管、PVC管、PE管。比較這4種管材的優缺點，球墨鑄鐵管每米造價較高，且需防腐，一般用于管道直徑>500 mm時才從價格方面有優勢；PVC給水管雖然造價較低，但硬聚乙烯材料較脆，且連接方式一般為膠接或者彈性密封圈連接，管線壓力較大時，較容易出現接口爆裂問題，考慮工程的實際埋地情況和使用年限，應保證管材的可靠性，因此不考慮采用PVC管。PE管和PPR管造價適中，屬柔性管、延伸性能好、適應地基能力強，有承壓能力較強、重量輕、安裝、起吊運輸方便、內壁光滑、粗糙系數較低等優點，相比較而言PE管價格更具備優勢，因此工程埋地均選用PE管，PE管接口方式采用熱熔連接。

4.3 配水管道

4.3.1 管網布置

①院前村：管道接入口位于自來水廠管網末端，現已預留有一處閥門井，閥門直徑DN250，從閥門井管道出口處接入，經實測該點的水壓為0.25MPa，采用De250 PE管。管道沿院小路鋪設，共設De250 PE管1 300 m，接至現已敷設的院前村De250 PVC主管處。②前坂村：管道接入口位于村口處閥門井，閥門直徑DN150，該點水壓為0.27 MPa。沿村東北面河邊埋設主管，管徑從De160～De63 PE管，沿線在各路口位置分配出支管，采用De75～De63 PE管(1.0MPa)，全村共布置配水干、支管3 415 m，均為破混凝土路面施工，管道埋設完成后混凝土路面恢復。③水表支管、水表箱及水表設置。為院前村全村配備一戶一表，配備De32 PE水表支管，4～5個水表聯合1處水表箱，共設水表箱244個；設置DN20水表974組；DN250～DN32閥門45個；排氣閥4個；排泥閥11個；消火栓3套；閥門井45座。

4.3.2 加壓泵選擇

北片加壓供水片區經選址及方案比選，確定在院前村村委會處設置1套無負壓管網增壓溫流變頻供水設備，出口恒壓0.38 MPa，供水設備型號：ZBY-38/20-11×3,供水參數為：Q=20 m3/h、H=38 m、N=3×11 kW(增壓泵為二用一備)。無負壓管網增壓穩流變頻供水設備主要包含：微機控制器、變頻器、水泵電機。設備與自來水管網直接串接，利用水泵工作的疊壓原理，使設備可以充分利用自來水原有的壓力，增加了變頻調速給水設備的節能點。當自來水壓力不足使用戶末端壓力低于設定的工作壓力時，將通過真空抑制器及穩流補償器中的檢測裝置采集穩流補償器內的真空度及水文信號，通過微機控制真空抑制器及穩流補償器中的特置裝置動作，抑制負壓產生，保證對管網不產生任何影響。

4.4 附屬建筑物

4.4.1 閥門布置

閥門在配水管網中除了調節管道的流量和水壓外，還要求在事故發生時能切斷水源，保證維修。因此，閥門布置規定：管網中的閥門布置，應滿足事故檢修時隔斷的需要，一般靠近管網節點布置，安裝在連接管的下游；閥門間距原則上為200～500 m，但應結合具體地形起伏、穿越障礙物等實際情況適當調整，且閥門距離不應超過5個消火栓，消火栓連接管上應設置閥門。設計中閥門采用法蘭閘閥，其閥徑為DN50～DN150，型號選用Z45T-10，閥徑DN50以下的選用黃銅閘閥，共布置各種檢修閥門45個。閥門采用手動、暗桿閥門，以免啟閉時閥門升降帶來不便。閥門放置在閥門井內，閥門井大小應滿足安裝檢修的需要。

4.4.2 消火栓

消火栓采用地上式，型號為SS100/65-1.0，消火栓與主管道之間采用Z45T-10DN100閘閥控制，閥門井規格同檢修閥門井。具體安裝參照《01S201室外消火栓安裝圖集》。消火栓的布置根據居民和主要建筑物分布情況而定，設于通行方便的街道邊緣，室外消火栓距路邊≤2 m，距房屋外墻≥5 m。工程共布置消火栓3處。

4.4.3 排氣閥

排氣閥的設置是為有效排除管內氣體或在管道檢修、放氣時進入空氣，以保持排水通暢，同時在產生水錘時自動進入空氣，避免產生負壓。工程考慮布設DN25口徑CARX復合型排氣閥，排氣閥安裝在同管段位置較高的閥門井內，不再單獨設井。工程共布置自動進排氣閥4個。

4.4.4 排泥閥

排泥閥的設置是為檢修管道時放空管內積水、排出管道淤泥，另外當管道檢修完畢恢復通水時可利用排泥閥排除不符合要求的水質和沉淀物。其布置原則為輸水管、配水管網的低洼處須設置排泥閥；相鄰兩個閥門之間的管段的最低點應設置排泥閥。工程共布置11個。

4.4.5 鎮墩

管道在其彎頭和三通后背，采用C15素混凝土澆筑到管頂以上0.50 m，加固后背土壤，盡量利用管道與土壤的摩擦力抵抗水壓對三通、彎頭的推力，若受場地或其他條件所限，需設混凝土鎮墩。管線轉角>5°處，均設置混凝土支墩，管線轉角<5°時，則用承插管自身逐漸借轉，每節管轉角控制≤1°。

5 結語

作為解決農村飲水安全鞏固提升工程設計，工程結合南安市石井鎮的工程地質和自然地理實際條件進行了詳細的工程規劃、設計及方案論證，同時依據規范合理選用市場新生的供水設備、輸水管材和輔助設備，為農村飲水安全建設提供了更先進的設備和工藝。

工程建成后，可以向項目區群眾提供潔凈、符合飲用水衛生標準的自來水，將有效降低項目區居民的疾病發病率，促進項目區經濟大發展，同時提高了農民的生活質量和健康水平，是黨和政府為民辦實事的重要舉措。