張莊供水站工程總體布置與設計

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

隨著城鎮化水平的不斷提高，城鎮居民和企業的用水量在不斷增加，城鎮供水網點也在不斷增多，城鎮供水管網規模也在不斷擴大。飲水不安全與人們健康和生活密切相關，對保障人體健康、提高居民生活水平、促進社會經濟發展與建設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生活所必需的自來水，對于人們健康和城市建設具有重要意義。陳橋鎮張莊農村供水工程在長年的運行中存在一些問題，為保障農村居民身體健康、提高居民生活水平、促進社會經濟發展與建設社會主義和諧社會，迫切需要對供水工程進行設計與布置，好讓廣大農民群眾吃上安全、便利的自來水，建設社會主義新農村。

1 工程概況

據封丘縣實際情況，本著力爭接近實際的原則，就封丘縣的地形條件、水文地質條件和水源類型選取6個典型工程進行設計，此次規劃新建聯村供水4處，選取陳橋鎮張莊供水站工程進行典型設計。

在管材選擇方面，目前用于供水的管材有球墨鑄鐵管，預應力混凝土管、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

工程區屬溫帶半干旱大陸性季風型氣候，四季分明，春季干旱多風少雨；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（Q4）及上更新統上段（Q32）沖積砂層組成，底板埋深74～101m，由西向東漸淺。含水介質為松散的細砂、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。據單井涌水量（5m降深計）可劃分為強富水區、富水區、中等富水區。根據舒卡列夫水化學分類法，境內分布有HCO3-Ca·Mg·Na、HCO3-Na·Mg、HCO3·Cl-Na·Mg、HCO3·SO4-Na·Mg及復雜類型五種類型水。

現轄19個鄉（鎮），608個行政村，總人口81.54 萬人，其中農村人口68.13 萬人。全縣各項經濟指標在新鄉市和全省居于后列，綜合經濟實力在全省縣（市）排第98位，是全省最貧困的地區之一，2001年被定為國家級扶貧開發工作重點縣，目前農村貧困人口達6.18 萬人，占全縣總人口的7.60%。全縣農業耕地總面積6.53 萬hm2，主要以種植小麥、玉米、水稻等為主，農民人均純收入7393元。縣域內地勢平坦，縣鄉公路四通八達，電力及水利設施比較完善。

3 陳橋鎮張莊供水站工程

陳橋鎮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，配備消毒設備1套，除氟設備1套，鋪設管網25266m，土方開挖12554m3，土方回填12554m3。

陳橋鎮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，基本預備費19.02 萬元，人均投資559.64 元。

工程設計采用打井抽取地下水，聯村供水的型式，按全日供水工程進行設計。

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水力計算方法同應舉鎮鳳坡水廠工程計算方法。張莊供水站工程供水規模和管網水力計算成果見表1。

表1 張莊供水站規模計算表

最高日供水量為253.90m3/d，根據規范，時變化系數在2.30 ～3.00 范圍內，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

張莊供水站確定采用地下水源，供水系統擬定水源井+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。

擬采用的方案系統圖示意如圖1。

圖1 供水系統方案圖

4.2 水源及取水工程

根據項目區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

由于水源水質完全符合飲用水標準，所以僅對原水進行消毒處理即可。根據《村鎮供水工程技術規范》，對于IV型供水規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 配水系統和管材選擇

項目區共涉陳橋鎮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。項目區地勢平坦，最大高差0.80m，供水站在管網北部，位于張莊村北，距離較近。輸配水管考慮到質量及耐久性能，選用PE管埋地敷設。

4.5 征地拆除范圍和數量

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）。項目區不涉及移民。

5 工程設計

5.1 水源井設計

參考附近已建陳橋村水源井資料，同時結合封丘縣當地實際情況，按現狀實際人口考慮，張莊供水站設計新打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質黏土球回填。

5.1.1 水源井出水量計算

根據裘布依穩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，細砂滲透系數為1～5m/d，取為2m/d；中砂滲透系數為5～20m/d，取為5m/d；M—承壓含水層厚度，根據張莊村附近已成井陳橋村機井地質資料，中砂含水層厚度為23.70m，細砂含水層厚度為32.75m；S—抽水降深，取為9m；R—抽水影響半徑，R=10SK1/2，當K=2時，R=103.40m，當K=5時，R=201.20m；r—管井半徑，為0.08m。

經計算Q#=57.20m3/h。取Q#=32m3/h，符合設計要求。

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《機井技術規范》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《村鎮供水工程技術規范》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計取水量，符合設計水量要求。

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。

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

井孔直徑0.16m大于設計孔徑，符合設計要求。

5.2 取水泵站設計

根據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準，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 輸水管道設計

供水站位于項目區北邊，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。每個分支管道均設進水閥門（井）及水表（井）。

5.4 凈配水工藝設計

5.4.1 消毒處理

此工程水源已符合《農村實施〈生活飲用水衛生標準〉準則》的要求，不必處理，但按《村鎮供水工程技術規范》中9.13.1規定“生活飲用水應消毒”。

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，通過消毒柜內置加壓泵，根據管道供水流量大小，自動調節次氯酸鈉的加藥量。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

此次除氟設備選用廠家定型設備，根據現狀規模最高日工作時流量，擬選定20m3/h除氟罐2臺。

除氟設備布置在井與壓力罐之間，消毒管路之前，井水經除氟后入壓力罐。

5.5 配電工程設計

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

水表安裝和入戶設計同管網延伸部分。

5.6 建筑設計

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 結構設計

①項目區位于封丘縣，其風荷為0.40 kN/m2，雪荷0.35 kN/m2，工程地質條件良好，采用深層地下水，水凍深度0.18m，地震基本烈度Ⅶ度。②生產建筑使用荷載無特殊要求，地基承載力≥120kPa，抗震設防烈度按Ⅷ度設防。對結構設計無特殊要求。③結構形式均為磚混結構。

6 總結

陳橋鎮張莊供水站工程順利實施，將提升了整個農村的供水保證率和環境水平，同時，與現有其他水源聯合調度，供水將不再受季節的影響，從而大大提高城市供水的保證程度，為陳橋鎮張莊提供了充足的水源保障，對該區經濟社會發展具有重要作用。