山區(qū)農(nóng)村飲水安全工程施工方案研究
——以安徽省祁門縣農(nóng)村飲水安全鞏固提升工程為例

董紅哲

(祁門縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村水利局，安徽 祁門 245600)

0 引 言

隨著鄉(xiāng)村建設(shè)工作的逐步推進(jìn)與落實(shí)，山區(qū)農(nóng)村居民的生活質(zhì)量也得到提升，生存環(huán)境得到較大的改善。與此同時(shí)，山區(qū)農(nóng)村飲水安全問題也受到越來越多的關(guān)注，為居民提供飲用水保障、解決山區(qū)村民生活問題成了亟待解決的重要問題。因此，加強(qiáng)山區(qū)農(nóng)村飲水安全工程的建設(shè)是非常必要的[1]。為了研究解決此方面問題，本文將以祁門縣光明村為例，結(jié)合該地區(qū)的飲水安全工程建設(shè)現(xiàn)狀，建立完善的施工方案。

1 項(xiàng)目區(qū)概況

祁門縣光明村地處皖南山區(qū)，閶江河上游，休寧縣城以南。地形地貌以山區(qū)丘陵為主，中低山、山間盆地、河溝交錯(cuò)，植被覆蓋良好[2]。光明村地處中緯度地帶，根據(jù)氣象部門的數(shù)據(jù)得出項(xiàng)目區(qū)域氣象特征，見表1。

表1 項(xiàng)目區(qū)域氣象特征

光明村地勢高差較大，目前當(dāng)?shù)卮迕耧嬘盟旧峡吭缒曜园l(fā)興建的簡易自來水或直接取自村前小河水，沒有凈水設(shè)施，無人管理，管網(wǎng)漏水嚴(yán)重，經(jīng)常斷水。村民飲用水得不到保障，給其日常生活帶來諸多不便[3]。為此，地方政府加大了對該地區(qū)飲水安全工程建設(shè)的投入，特別是對光明村吳坑、黃村組飲水安全工程建設(shè)給予了高度關(guān)注。光明村吳坑、黃村組飲水安全工程包括截水壩1座、消毒房1座，鋪設(shè)的飲水與到戶供水管道共6 203 m。

2 飲水安全工程施工方案

2.1 施工方案制定和施工布置

制定飲水安全工程施工方案時(shí)，首先要明確具體的施工內(nèi)容。本工程項(xiàng)目共包含五項(xiàng)施工內(nèi)容，分別為截水壩施工、過濾池施工、蓄水池施工、消毒房施工和引供水管道施工[5]。針對上述五項(xiàng)施工內(nèi)容，分別對每項(xiàng)內(nèi)容的具體布置進(jìn)行明確。

(1)截水壩施工。壩址選取在堅(jiān)硬巖石基礎(chǔ)上，基礎(chǔ)清理打毛，壩體須延伸至山體內(nèi)部，確保壩體不出現(xiàn)滲漏。漿砌石壩體，迎水面、壩頂采取混凝土包殼。截水壩上游建干砌石取水井，加蓋可活動(dòng)預(yù)制鋼筋混凝土蓋板。

(2)過濾池施工。建在巖基堅(jiān)實(shí)、截水壩下游河道背水向的基礎(chǔ)上，并設(shè)過濾層、清水池。

(3)蓄水池施工。選擇在無糾紛、地質(zhì)好(池底地質(zhì)條件均一，避開斷層及滑動(dòng)面)、附近無污染、盡量靠近居民點(diǎn)吳坑組位置的山坡建設(shè)；出水口與最高居民用戶水頭(太陽能熱水器)不小于5 m；容積取最高日需水量的40%～60%；采取圓柱形深埋式，鋼筋混凝土澆筑，水池周邊覆土不小于40 cm；進(jìn)水管、出水管、排污管一律采用熱鍍鋅鋼管并設(shè)閥門。

(4)消毒房施工。消毒設(shè)備管理房采用磚混結(jié)構(gòu)，集檢修孔、通氣孔及消毒設(shè)備三位一體，設(shè)置有利于管理房內(nèi)地面積水外排的排水孔。

(5)引供水管道施工。管道埋在純土質(zhì)的，管頂埋深覆土不小于70 cm；表層土質(zhì)較淺，開挖至基巖小于50 cm的，采取混凝土包殼后再覆土；引水管路經(jīng)過巖石，將雜物清除干凈后，采用混凝土直接包殼，混凝土厚不小于12 cm；管路經(jīng)橋梁等明設(shè)管道時(shí)，應(yīng)用金屬管并包殼，所有輸配水管道不得外露；管路鋪設(shè)遇溝槽內(nèi)破碎巖石較多的路段，須鋪設(shè)沙土墊層；水表、水表箱應(yīng)安裝在方便抄表檢查的地方。

2.2 取水構(gòu)筑物及輸水管道設(shè)計(jì)

在明確主要施工內(nèi)容及相應(yīng)布置后，再針對本項(xiàng)目中的取水構(gòu)筑物及輸水管道進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。該飲水工程取水建筑物壩型為漿砌塊石重力壩，壩體分溢流壩段和非溢流壩段，迎水坡坡度系數(shù)為1∶0，背水坡坡度系數(shù)為1∶1，最大壩高1.1 m，壩長3.2 m。壩體采用M10漿砌塊石砌筑，壩體迎水面采用厚20 cm的C20混凝土進(jìn)行防滲處理。壩基礎(chǔ)必須經(jīng)打毛后，方可進(jìn)行壩體砌筑[6]。為便于今后的排淤和維修，在壩底設(shè)φ100鍍鋅管作為沖沙管，由于此管使用率不高，且又在壩體中部，長期受水沖刷，易銹死，故不設(shè)閘閥，以木塞或管堵封堵。引水管設(shè)在壩頭，引水口高度低于溢流頂0.5 m，采用φ50鍍鋅管或其他管材。考慮到汛期溪水有短時(shí)渾濁需對少量的固體懸浮顆粒做預(yù)沉淀過濾處理[7]。為了避免在具體施工過程中出現(xiàn)垃圾或其他雜物堵塞引水管，在引水管進(jìn)口設(shè)取水井，并在取水井邊墻干砌塊石襯砌，外圍用砂卵石做濾料。取水構(gòu)筑物基本結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 取水壩剖面圖

針對輸水管道的設(shè)置，經(jīng)實(shí)地測量，項(xiàng)目需要鋪設(shè)的從水源點(diǎn)到擬建高位水池位置的管道長約2 500 m，高差36 m。設(shè)計(jì)引水管道采用DN管，土方管道埋深0.7 m，松散巖石管道埋深0.5 m。遇難挖的巖石地段則采用混凝土將水管包蓋保護(hù)，包蓋保護(hù)厚度不小于12 cm。遇田畔挖后用干砌塊石重砌田畔，恢復(fù)原狀[8]。

設(shè)定輸水管道的流量時(shí)，可按照如下公式計(jì)算：

Q=W/3600T

(1)

式中：Q為設(shè)計(jì)流量，m3/s；W為最高日用水量，m3/d；T為設(shè)計(jì)日工作時(shí)間，h。

輸水管道管徑計(jì)算公式為：

(2)

式中：D為輸水管道內(nèi)經(jīng)，m；V為管道設(shè)計(jì)流速，m/s。

設(shè)計(jì)流量計(jì)算表和設(shè)計(jì)管徑計(jì)算表見表2、表3。

表2 設(shè)計(jì)流量計(jì)算表和設(shè)計(jì)管徑計(jì)算表

表3 設(shè)計(jì)管徑計(jì)算表

由表2、表3可知，光明村吳坑、黃村組飲水工程的引水管選用DN40 mm鋪設(shè)。鋪設(shè)引水管長2500 m，沿程水頭損失11.79 m<36 m，可滿足要求。

2.3 農(nóng)村安全飲水工程附屬構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

該飲水工程水源為山泉水，水質(zhì)較好，其水質(zhì)基本為《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅰ類，故該飲水工程凈水工藝采用常規(guī)凈水工藝，即：原水→過濾→消毒→供水戶。原水經(jīng)處理后，其出廠水水質(zhì)能滿足國家頒布的《農(nóng)村生活飲用水量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 11730—89)。過濾池的過濾面積可按照如下公式計(jì)算：

(3)

式中：F為過濾池過濾面積，m2；Q為設(shè)計(jì)流量，m3/h；V為設(shè)計(jì)濾速，m/h，與過濾料的材料和厚度及濾水水頭有關(guān)。本項(xiàng)目采用如圖2所示的濾料結(jié)構(gòu)。

圖2 過濾池平面圖

結(jié)合圖2結(jié)構(gòu)和公式(3)，過濾水頭為0.4 m，查得V=0.541 m/h，求得光明村吳坑、黃村組飲水工程過濾池的過濾面積為F=2.16 m2。過濾池布置于壩下80 m處。擬定過濾池結(jié)構(gòu)為：

(1)過濾池內(nèi)間空尺寸為長×寬=2.05 m×1.8 m，深1.2 m。

(2)根據(jù)高位水池?cái)M定的相對高程(平均工作水位0 m)加上引水管道的水頭損失再加上過濾水頭的過濾池的水面高程，求得過濾池水面(溢水孔)高程為34.2 m，池頂(含蓋板)高程為34.5 m，池底高程為33.2 m。

(3)過濾池結(jié)構(gòu)：建基面開挖至弱風(fēng)化層后，先鋪10 cm的C15混凝土墊層，然后再進(jìn)行池的建設(shè)。具體為：基礎(chǔ)為M10水泥砂漿砌塊石，15 cm厚碎石墊層，池底為15 cm厚的C15混凝土，池壁為20 cm厚的C20混凝土。

(4)消毒劑投加點(diǎn)設(shè)在高位水池的進(jìn)水口處。對大腸桿菌超標(biāo)的項(xiàng)目點(diǎn)采用二氧化氯發(fā)生器消毒。

(5)在高位水池頂建一3 m2的消毒間。消毒間集檢修孔、通氣孔、消毒設(shè)備及加藥和安全日常管理三位一體。

2.4 配水工程及入戶工程設(shè)計(jì)

配水管路根據(jù)村莊人口分布進(jìn)行布置，配水管道采用DN管，土方管道埋深0.7 m、松散巖石管道埋深0.5 m、路面開槽混凝土包殼固結(jié)厚度不少于12 cm。入戶按每戶配套1個(gè)閘閥、1塊水表、1個(gè)水龍頭。用水要求：每戶按1個(gè)DN20水龍頭同時(shí)放水，水龍頭額定流量0.3 L/s，流出水頭5 m，時(shí)變化系數(shù)Kh=2.3。針對流量的設(shè)計(jì)可按照如下公式完成：

Q=WKh/3600T

(4)

式中：Q為設(shè)計(jì)流量，m3/s；W為最高日用水量，m3/d；Kh為時(shí)變化系數(shù)，取2.3；T為設(shè)計(jì)日工作小時(shí)，本工程為全日供水，因此取值為24 h。按照上述公式，確定入戶工程中設(shè)計(jì)流量。

該項(xiàng)目工程中房屋大多數(shù)是3層建筑，用戶接管點(diǎn)最小服務(wù)水頭都在10～40 m，水龍頭最大靜水頭為15 m，按照上述內(nèi)容設(shè)置能夠充分滿足飲水安全工程對水壓提出的設(shè)計(jì)要求。

3 工程施工方案

工程采用自流式供水方式。自流式供水方式的總體布置為：低壩取水構(gòu)筑物(截水壩、過濾池)→引水管路→高位蓄水池→輸水管網(wǎng)→用水戶。本工程的供水范圍包括吳坑和黃村組，供水到戶89戶，受益人387人，按照每日最高供水量標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)工程的到戶供水量為每日60 L/人。根據(jù)工程規(guī)模，預(yù)測設(shè)計(jì)年需水量13 756.85 m3。新建截水壩、過濾池、蓄水池1座，取水工程建設(shè)在基巖外露的地基上；高位蓄水池建在村后山坡上，地表土層較薄，約50 cm，基巖為石英石砂巖。蓄水池總?cè)萘繛?2.62 m3，日供水38.69 m3。

4 效果分析

完成工程施工部署與設(shè)計(jì)后，將設(shè)計(jì)成果投入使用，對比分析該工程在實(shí)際應(yīng)用中對各戶居民的供水情況，如圖3所示。

圖3 飲水安全工程供水量與需求量對比

由圖3可以看出，本工程實(shí)際供水量大于居民用戶生活需求量，證明了設(shè)計(jì)的成果可以滿足居民生活用水需求，因此可將此項(xiàng)工程在地區(qū)內(nèi)推廣使用。

5 結(jié)束語

山區(qū)農(nóng)村飲水安全工程的實(shí)施不僅切實(shí)提高了山區(qū)農(nóng)村居民的飲用水安全，降低了農(nóng)民發(fā)病率，保障了農(nóng)民的身心健康，而且使現(xiàn)有水資源得到合理的開發(fā)利用，滿足了農(nóng)村農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活用水的需求，為農(nóng)村發(fā)展庭院經(jīng)濟(jì)等提供了可靠保證。飲水安全工程實(shí)施，帶動(dòng)了地方第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，以及促進(jìn)了農(nóng)村改水改廁、新農(nóng)村建設(shè)等工作的開展，促進(jìn)了農(nóng)村精神文明建設(shè)和維護(hù)了社會(huì)穩(wěn)定。