一體化加壓設(shè)施在村鎮(zhèn)一體化供水工程中的應(yīng)用研究

李德毅

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510010）

0 引言

以水泵為主的加壓設(shè)施是村鎮(zhèn)一體化供水系統(tǒng)的重要組成部分，從水源取水至清水池的輸送，輸配水管網(wǎng)的供水延伸，均需依靠水泵來調(diào)節(jié)壓力和流量。因此，加壓設(shè)施的選擇，是村鎮(zhèn)一體化供水工程中工藝設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一。此外，加壓方式的選擇與農(nóng)村供水模式息息相關(guān)[1]，而農(nóng)村供水工程具有工期短、用地少、施工水平低、運(yùn)維難等特點(diǎn)，因此一體化/模塊化加壓設(shè)施在村鎮(zhèn)一體化供水工程中具有廣闊的應(yīng)用前景[2]。本文將重點(diǎn)研究幾種一體化加壓設(shè)施在不同類型農(nóng)村供水模式下的適用條件及選擇要點(diǎn)，為其在村鎮(zhèn)一體化供水工程中的進(jìn)一步應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 加壓設(shè)施選址、規(guī)模與形式比選

1.1 選址

加壓設(shè)施的選址，應(yīng)符合村鎮(zhèn)、城鎮(zhèn)總體規(guī)劃和相關(guān)專項(xiàng)規(guī)劃，并遵循給水系統(tǒng)布局合理、不受洪水威脅、有良好的衛(wèi)生環(huán)境、少拆遷、不占或少占良田、方便施工和運(yùn)行維護(hù)的原則。

（1）結(jié)合村社與市政供水主管布局選擇市政主管集中加壓或集中式村社加壓。

（2）選址盡量貼近現(xiàn)有道路或規(guī)劃道路，以方便施工和運(yùn)行維護(hù)。

（3）盡量不要占用農(nóng)田，做好隔離措施，防止因?yàn)楸谜具\(yùn)行造成噪聲污染。

（4）地質(zhì)條件要滿足抗震需求，確保加壓泵站的牢固性。

1.2 規(guī)模

在加壓泵站設(shè)計(jì)初期，需要對(duì)泵站的規(guī)模進(jìn)行確定。其中，農(nóng)村居民生活用水量可采用指標(biāo)法進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)綜合考慮目前用水量情況、用水條件、發(fā)展變化、水源條件、制水成本、用水意愿、當(dāng)?shù)赜盟~標(biāo)準(zhǔn)以及類似農(nóng)村供水工程的實(shí)際情況[3]。人均用水量指標(biāo)的選取參照《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》（SL 310—2019）、《廣東省農(nóng)村供水工程建設(shè)指南（試行）》建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，綜合考慮當(dāng)?shù)赜盟?xí)慣、常住人口比例等，最高日居民生活用水定額可按100 L（/cap·d）選取。

1.3 形式比選

村鎮(zhèn)一體化供水工程加壓設(shè)施主要分為傳統(tǒng)土建泵站以及一體化加壓設(shè)施兩類，其比選如表1所示。

表1 加壓設(shè)施形式比選

由表1 可知，傳統(tǒng)土建泵站在建設(shè)質(zhì)量、占地面積、建設(shè)周期、運(yùn)維管理以及設(shè)計(jì)安裝等方面均不占優(yōu)勢(shì)。因此，村鎮(zhèn)一體化供水工程中推薦采用一體化加壓設(shè)施形式。

2 一體化加壓設(shè)施的特點(diǎn)及應(yīng)用研究

村鎮(zhèn)一體化供水工程中一體化加壓設(shè)施包括取水浮塢、送水泵房和二次（多次）加壓泵站和小型疊壓泵站等，其主要特點(diǎn)與應(yīng)用研究分析如下。

2.1 模塊化取水浮塢

模塊化智能型取水浮塢主要由模塊式浮體、取水系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、輸水管路和棧橋等組成[4]。同時(shí)需符合《室外給水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50013—2018）中活動(dòng)式取水構(gòu)筑物相關(guān)規(guī)定。

2.1.1 模塊化取水浮塢的特點(diǎn)

（1）水位漲落變化時(shí)，取水浮塢隨著水位漲落而自動(dòng)升降，水泵吸水口一直保持在液面以下1～2 m的位置，取水水質(zhì)好，污染物量較少，適用于農(nóng)村取水工程。

（2）取水浮塢施工時(shí)無須圍堰，土建量小，工程周期短，造價(jià)低。

（3）不受任何工況條件、地勢(shì)及自然條件的限制。安裝簡(jiǎn)單、安全，對(duì)周邊環(huán)境影響小。

（4）不怕風(fēng)霜雨霧的干擾，它無須近程控制而保證全天候的正常汲水；同時(shí)解決了固定式泵站進(jìn)水管在水底易堵塞的難題。

（5）安全設(shè)施齊全，使用放心可靠。

2.1.2 模塊化取水浮塢的適用場(chǎng)景

取水浮塢主要適用于鎮(zhèn)級(jí)水廠集中連片模式下的取水工程，取水水源以江河湖泊及水庫為主。要求最高水位和最低水位落差不大于30 m，取水點(diǎn)至岸邊水平距離不大于50 m，水位漲落頻率不確定，可在岸坡上建造混凝土支墩及安裝人行棧橋。

2.1.3 模塊化取水浮塢的應(yīng)用案例研究

在某市城鄉(xiāng)供水一體化集中供水工程中，新改建7 座水廠均采用模塊化智能型取水浮塢，取水水源包括鑒江、羅江和水庫，設(shè)計(jì)規(guī)模為2000～10 000 m3/d。以某一體化設(shè)備水廠為例，取水頭部總平面布置（圖1）和設(shè)計(jì)參數(shù)如下。

圖1 某水廠模塊化取水浮塢總平面布置

（1）設(shè)計(jì)流量。取水泵房規(guī)模為4000 m3/d，根據(jù)10%的水廠自用水量及原水管漏損水量，設(shè)計(jì)流量為Q均=1.1×4000/24=183 m3/h。

（2）機(jī)組布置和水泵選型。水泵機(jī)組采用給水潛水泵，共設(shè)置3 個(gè)泵位，兩用一備，單臺(tái)水泵參數(shù)如下：流量Q=92 m3/h；揚(yáng)程H=20 m；電機(jī)功率P=11 kW。

2.2 一體化送水泵房

送水泵站一般用于較大型的村鎮(zhèn)給水系統(tǒng)，設(shè)計(jì)流量在2000 m3/d 以上，從清水池吸水送往用戶處。為了施工方便，降低工程造價(jià)，村鎮(zhèn)供水工程現(xiàn)多使用一體化送水泵房。

2.2.1 一體化送水泵房的特點(diǎn)

①送水泵房將供水機(jī)組、電氣控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、流量監(jiān)測(cè)設(shè)備和安防系統(tǒng)等集成于泵房之內(nèi)，功能一應(yīng)俱全，具有高度集成化的特點(diǎn)。同時(shí)具備一定智能化，可全面保障泵房的安全運(yùn)行。②安裝便捷，整套泵房采用整體式結(jié)構(gòu)，工廠預(yù)制，可大大縮減施工周期。③泵房配備智能云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化遠(yuǎn)程管理，無人值守。④材質(zhì)環(huán)保，外墻為304 不銹鋼材質(zhì)，內(nèi)墻為環(huán)保生態(tài)墻板。墻板材料具有清潔方便、綠色環(huán)保、安裝快捷、時(shí)尚美觀、防火防潮等特點(diǎn)，地板為熱鍍鋅壓花鋼板，美觀堅(jiān)固。

2.2.2 一體化送水泵房的適用場(chǎng)景

一體化送水泵房主要適用于鎮(zhèn)級(jí)水廠集中連片模式下的送水工程，主要配合新建一體化設(shè)備水廠的清水池出水使用，也可配合舊水廠改造工程單獨(dú)應(yīng)用。一體化送水泵房緊鄰一體化凈水裝置和一體化清水池，將處理后的清水加壓后輸送至市政管網(wǎng)。

2.2.3 一體化送水泵房的應(yīng)用案例研究

在某市城鄉(xiāng)供水一體化集中供水工程中，由于建設(shè)工期緊張，為縮短施工周期，新改建7 座水廠的送水泵房均采用一體化集裝箱形式，設(shè)計(jì)規(guī)模為2000～22 000 m3/d。根據(jù)一體化水廠規(guī)模，設(shè)計(jì)供水泵3 臺(tái)（兩用一備），變化系數(shù)為1.6，額定流量為135 m3/h，揚(yáng)程為60 m，額定功率為37 kW。供水泵配備變頻器，通過壓力控制運(yùn)行，并設(shè)計(jì)控制柜3 臺(tái)。

由于農(nóng)村建設(shè)用地緊張且存在征借地困難等一系列問題，因此一體化送水泵站多使用立式離心泵，盡可能減少占地面積。控制柜前需留有不小于1500 mm 的通道，側(cè)面距離墻壁不應(yīng)小于500 mm。此外，通往泵房的所有通道寬度不應(yīng)小于1500 mm，高度不低于2500 mm。

2.3 一體化二次（多次）加壓泵站

為解決長(zhǎng)距離輸水市政供水管網(wǎng)造成的壓力缺乏問題，保障沿程用戶供水壓力需求，一般需在輸水管網(wǎng)合適位置設(shè)置二次加壓泵站。近年來，為了施工方便，節(jié)省用地，降低工程造價(jià)，村鎮(zhèn)供水工程二次加壓泵站可使用一體化箱式泵站[5]。

一體化箱式泵站主要由箱式殼體、水泵、變頻控制系統(tǒng)、傳感器及儀表、閥門、通風(fēng)系統(tǒng)、隔熱防噪系統(tǒng)、保溫加熱系統(tǒng)等組成。設(shè)備在運(yùn)行時(shí)借助市政自來水的壓力，并在此基礎(chǔ)上增壓，與從普通蓄水池吸水相比設(shè)備運(yùn)行能耗更低。

2.3.1 一體化二次加壓泵站的特點(diǎn)

一體化二次加壓泵站與傳統(tǒng)土建類泵房相比，具有以下特點(diǎn)。

①衛(wèi)生安全：設(shè)備整機(jī)采用全不銹鋼過流部件，保證輸配水水質(zhì)衛(wèi)生安全，符合飲用水衛(wèi)生安全標(biāo)準(zhǔn)。②設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：只需要幾平方米的混凝土地基即可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的安裝與固定，方便受建設(shè)場(chǎng)地制約的場(chǎng)合安裝與使用。③節(jié)約土建投資：設(shè)備無須專門設(shè)計(jì)泵房，可直接安裝在戶外。不需要專門建設(shè)土建設(shè)施，自帶箱式殼體，防日曬雨淋，模塊化安裝就位，節(jié)約土建投資。④高度智能化：設(shè)備配置有水泵專用數(shù)字集成控制器、全中文菜單式人機(jī)對(duì)話操作界面、變頻器報(bào)警自動(dòng)復(fù)位、瞬時(shí)停電自動(dòng)復(fù)位、高/低溫保護(hù)、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制等功能。⑤隔熱與降噪：箱（殼）體四周及頂部均有隔熱層及隔音層，有效減少室外惡劣環(huán)境對(duì)設(shè)備運(yùn)行的影響，有效減少設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的噪聲。⑥維護(hù)便捷：箱體采用模塊化設(shè)計(jì)的拼裝結(jié)構(gòu)，可快速安裝與拆卸，設(shè)備維護(hù)更方便。

2.3.2 一體化二次加壓泵站的適用場(chǎng)景

一體化箱式泵站主要適用于城市管網(wǎng)長(zhǎng)距離延伸或鎮(zhèn)級(jí)水廠集中連片的二次加壓，流量范圍為1000～20 000 m3/d 的中小型泵站。當(dāng)選址場(chǎng)地用地較為緊張，施工條件有限，或供水工程工期較短時(shí)，宜使用一體化箱式泵站。

2.3.3 一體化二次加壓泵站的案例應(yīng)用研究

在某市城鄉(xiāng)供水一體化集中供水工程中，由于農(nóng)村地區(qū)建設(shè)工期和用地緊張，為縮短施工周期，節(jié)約用地，市政管網(wǎng)延伸中的4 座中型二次加壓泵站均使用一體化箱式泵站，設(shè)計(jì)規(guī)模為2500～20 000 m3/d。該市A 片區(qū)由新建水廠進(jìn)行供水，由于供水終點(diǎn)B村地勢(shì)較高，與新建水廠高差約為71 m，因此需建設(shè)二次加壓泵站，滿足末端用戶水壓數(shù)量需求。本次項(xiàng)目二次加壓設(shè)施選址為留洞村空地，進(jìn)站壓力為34.17 m，加壓站距離供水末端約為7.68 km，沿程水損為0.96 m，高差約為59 m。因此，本二次加壓泵站設(shè)計(jì)揚(yáng)程為45 m，經(jīng)二次加壓后，供水末端B 村終點(diǎn)壓力可達(dá)34.17+45-0.96-59=19.21 m。

2.4 小型一體化疊壓泵站

小型一體化疊壓泵站主要用于行政村或自然村區(qū)域內(nèi)1000 m3/d 流量的管網(wǎng)延伸，設(shè)備與市政管網(wǎng)或其他有壓供水管網(wǎng)連接，工期短，占地少。

2.4.1 小型一體化疊壓泵站的特點(diǎn)

小型一體化疊壓泵站與市政管網(wǎng)或其他有壓供水管網(wǎng)連接，配置高性能全變頻供水機(jī)組，集成變壓變量和恒壓變量智能控制系統(tǒng)，充分利用管網(wǎng)原有壓力勢(shì)能，遵循“差多少，補(bǔ)多少”的原則向用戶供水，高效節(jié)能[6]。

小型一體化疊壓泵站占地面積小，節(jié)約土地成本，土建只需要一個(gè)混凝土基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)即可承載設(shè)備的大小。同時(shí)，充分考慮戶外、防雨、隔熱、降噪、安防等因素進(jìn)行系統(tǒng)化設(shè)計(jì)和開發(fā)，并借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和智能運(yùn)維。

2.4.2 小型一體化疊壓泵站的適用場(chǎng)景

小型一體化疊壓泵站主要適用于村級(jí)水廠集中供水模式的加壓，行政村或自然村區(qū)域內(nèi)1000 m3/d流量的管網(wǎng)延伸。

3 結(jié)語

在新一輪村鎮(zhèn)一體化供水工程實(shí)施過程中，應(yīng)根據(jù)不同一體化加壓設(shè)施特點(diǎn)，經(jīng)方案比選后，選擇合適的加壓設(shè)施，確保經(jīng)改造的農(nóng)村水壓水量滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，最終全面實(shí)現(xiàn)農(nóng)村供水安全保障的目標(biāo)。