彭漱墀

(韶關(guān)市防洪管理中心,廣東 韶關(guān) 512000)

1 區(qū)域供水現(xiàn)狀

翁源縣近年來建設(shè)的農(nóng)村飲水安全工程，由于丘陵及山區(qū)人口比較分散，受人口分布和資金的限制，比較難進(jìn)行聯(lián)片供水，主要以解決單個(gè)行政村或自然村的小型集中式供水工程為主，水源主要利用深井、低壩或直接取用本村附近的山溪水、山泉水，取水?dāng)嗝娴牧饔蚣昝娣e較小，來水量不足，遇到枯水期，存在嚴(yán)重缺水現(xiàn)象，水源保證率不達(dá)標(biāo)等問題。

龍仙鎮(zhèn)地處粵北山區(qū)，全市境內(nèi)兼有平原、丘陵、山地地形地貌，山多地少。由于自然條件原因，缺水問題一直是制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平提高的首要問題。

2 供水設(shè)計(jì)規(guī)模

2.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》(SL 310—2019)，工程類型為Ⅲ型。結(jié)合實(shí)際情況，綜合確定本工程水源設(shè)計(jì)取水量保證率為95% 。

2.2 供水量計(jì)算

本工程涉及的村為龍仙鎮(zhèn)的田心村、石背村、藍(lán)青村等16個(gè)行政村，擴(kuò)網(wǎng)水源為龍仙鎮(zhèn)龍仙水廠。龍仙水廠設(shè)計(jì)供水總規(guī)模為5.5萬m3/d，現(xiàn)狀供水人口約為31 428戶，約110 000人用水?，F(xiàn)狀供水規(guī)模為3.0萬m3/d。

設(shè)計(jì)供水量計(jì)算包括生活需水和工業(yè)需水。

本次設(shè)計(jì)主要針對(duì)農(nóng)村人口供水，并且考慮工業(yè)節(jié)水規(guī)劃措施，工業(yè)用水主要考慮企業(yè)生活用水量，按照規(guī)范SL 310—2019有關(guān)規(guī)定計(jì)算。

供水人口，本工程供水范圍為田心、石寨及藍(lán)青等16個(gè)行政村，以戶籍年均人口增加率為依據(jù)，來設(shè)定此次供水規(guī)劃年內(nèi)人口增長率。供水人口按式(1)計(jì)算：

P=P0(1+γ)n+P1

(1)

式中：P為設(shè)計(jì)用水居民人數(shù)，人；P0為供水范圍內(nèi)的現(xiàn)狀常住人口數(shù)，其中包括無當(dāng)?shù)貞艏某Ｗ∪丝?；γ為設(shè)計(jì)年限內(nèi)人口的自然增長率，根據(jù)當(dāng)?shù)亟陙淼娜丝谧匀辉鲩L率取0.63%；n為工程設(shè)計(jì)年限，取10 a；P1為設(shè)計(jì)年限內(nèi)人口的機(jī)械增長總數(shù)。

居民生活用水量計(jì)算如式(2)：

W=Pq/1000

(2)

式中：W為居民生活用水量，m3/d；P為設(shè)計(jì)用水居民人數(shù)，人；q為最高日居民生活用水定額,L/(人·d)。

考慮到龍仙鎮(zhèn)的實(shí)際情況，最高日居民生活用水定額取80 L/(人·d)。工程總供水規(guī)模為2356 m3/d，各供水點(diǎn)時(shí)變化系數(shù)取2。

經(jīng)供水量計(jì)算，最高日供水量為2356 m3/d，本工程供水總規(guī)模取為2500 m3/d.

2.3 供需平衡計(jì)算

本工程擴(kuò)網(wǎng)水源為龍仙鎮(zhèn)龍仙水廠與江尾鎮(zhèn)九仙水廠。

龍仙水廠設(shè)計(jì)供水總規(guī)模為0.45萬m3/d，現(xiàn)狀供水人口約為31 127人用水?，F(xiàn)狀供水規(guī)模為0.28萬m3/d。

九仙水廠設(shè)計(jì)供水總規(guī)模為5.50萬m3/d，現(xiàn)狀供水人口約為31 428戶，110 000人用水?，F(xiàn)狀供水規(guī)模為3.00萬m3/d。

翁源縣全域自然村集中供水工程(龍仙鎮(zhèn)擴(kuò)網(wǎng)工程)供水人口合計(jì)為20 873人，設(shè)計(jì)日用水量為2356 m3/d，供水水源為翁源縣龍仙水廠及翁源縣江尾鎮(zhèn)九仙水廠，設(shè)計(jì)供水能力合計(jì)達(dá)到5.95萬m3/d，大于田心村、石背村、藍(lán)青村等16個(gè) 行政村的需水量，故水量能滿足要求。

3 供水工程布置

翁源縣全域自然村集中供水工程2021年項(xiàng)目(龍仙鎮(zhèn)擴(kuò)網(wǎng)工程)為新建擴(kuò)網(wǎng)項(xiàng)目，由翁源縣龍仙鎮(zhèn)龍仙水廠及翁源縣江尾鎮(zhèn)九仙水廠擴(kuò)網(wǎng)供水至田心村、石背村、藍(lán)青村等16個(gè)行政村，受益人口共計(jì)20 873人，設(shè)計(jì)供水總規(guī)模為2356 m3/d。工程類型為Ⅲ型，主要建設(shè)內(nèi)容為：泵站3座、管網(wǎng)敷設(shè)96.318 km。

3.1 取水和凈水工程標(biāo)準(zhǔn)

工程涉及的擴(kuò)網(wǎng)水源為龍仙鎮(zhèn)龍仙水廠與江尾鎮(zhèn)九仙水廠。

翁源縣龍仙水廠設(shè)計(jì)供水總規(guī)模為5.50萬m3/d，現(xiàn)供水能力為3.00萬m3/d。

翁源縣全域自然村集中供水工程2021年項(xiàng)目(龍仙鎮(zhèn)擴(kuò)網(wǎng)工程)為擴(kuò)網(wǎng)新建項(xiàng)目。各水廠水源水質(zhì)檢測需滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)Ⅱ類地表水標(biāo)準(zhǔn)[1-3]。

3.2 調(diào)節(jié)構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

調(diào)節(jié)構(gòu)筑物主要包括清水池、高位水池。

在多水源井或?yàn)V池下游匯流處應(yīng)布設(shè)清水池。在地勢比較平緩的地段的規(guī)模較小的水廠可選擇水塔供水。若水廠周邊有合適的高地，則應(yīng)選高位水池。設(shè)置調(diào)節(jié)構(gòu)筑物在集中連片供水點(diǎn)的分壓供水工程，且同減壓池和加壓泵站結(jié)合[4]。

設(shè)置高水位池或清水池的有效容積，I～Ⅳ型工程可為最高日用水量的15%～25%,Ⅳ型工程可為25%～40%,V型工程可為40%～60%。同時(shí)設(shè)置清水池和高位水池時(shí),應(yīng)根據(jù)各池的調(diào)節(jié)作用合理分配有效容積,清水池應(yīng)比高位水池小,可按最高日用水量的5%～10%計(jì)算。

3.3 輸配水工程

3.3.1 布置原則

選擇較短的管線、滿足管道地埋要求、沿現(xiàn)有道路一側(cè)布置。施工、維護(hù)方便，降低造價(jià)，運(yùn)行安全可靠。輸水管一般按單管布置，雙管布置時(shí)，應(yīng)設(shè)連通管和檢修閥[4]。

翁源縣全域自然村集中供水工程2021年項(xiàng)目(龍仙鎮(zhèn)擴(kuò)網(wǎng)工程)為擴(kuò)網(wǎng)新建項(xiàng)目，各供水片區(qū)在接水點(diǎn)處設(shè)置三通管件，直接配水至各片區(qū)供水點(diǎn)用戶，供水水壓能滿足規(guī)范的要求。

3.3.2 水力計(jì)算

時(shí)變化系數(shù)按照規(guī)范SL 310—2019，本工程供水范圍內(nèi)各個(gè)供水點(diǎn)管網(wǎng)水力計(jì)算時(shí)，時(shí)變系數(shù)按照各供水點(diǎn)的實(shí)際規(guī)模來確定[5]。本工程總供水規(guī)模為2356 m3/d，各供水點(diǎn)時(shí)變化系數(shù)取2.0。

配水管網(wǎng)水力計(jì)算。根據(jù)供水方式、供水規(guī)模和管網(wǎng)布置特點(diǎn)進(jìn)行管網(wǎng)水力計(jì)算。水力計(jì)算首先是根據(jù)經(jīng)濟(jì)流速確定經(jīng)濟(jì)管徑，然后根據(jù)管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)之間的長度來計(jì)算水頭損失，再與節(jié)點(diǎn)地面平均高程比較確定是否加壓。

(1)經(jīng)濟(jì)流速。

重力流的經(jīng)濟(jì)流速應(yīng)充分利用地形高差確定，不應(yīng)>3 m/s，不宜<0.6 m/s。對(duì)于加壓流：dn<150 mm時(shí)，流速為0.6～1.0 m/s；150 300 mm，流速為1.0～1.5 m/s。

管徑小、管線長取低值；塑料管道流速可略高于金屬管和混凝土管流速。

(2)管網(wǎng)水頭損失。

①管道沿程水頭損失，見式(3)

hf=iL

(3)

式中：hf為沿程水頭損失，m；i為單位管長水頭損失，m/m；L為計(jì)算管段長度，m。

②UPVC、PE、SRTP等塑料管的單位管長水頭損失按式(4)計(jì)算：

i=0.000 915Q1.774/d4.774

(4)

式中：i為單位管長水頭損失，m/m；Q為管段流量，m3/s；d為管道內(nèi)徑，m。

③管道總水頭損失等于沿程損失加上局部損失，局部損失按沿程損失的5%～10%計(jì)算，本工程取10%。即總水頭損失，見式(5)：

h=(1+10%)iL

(5)

式中：h為總水頭損失，m;L為管段長度，m；i為水力梯度。

經(jīng)計(jì)算，總水頭損失為854.25 m。

4 輸水管道設(shè)計(jì)

本次原水輸送系統(tǒng)擬采用重力流方式[5]。取水點(diǎn)至龍仙鎮(zhèn)龍仙水廠與江尾鎮(zhèn)九仙水廠.原水輸水管線采用雙管平行敷設(shè)，為保證輸水管任一段發(fā)生故障時(shí)仍能滿足設(shè)計(jì)水量的70%輸水，平行敷設(shè)的兩條管線沿途設(shè)置連通管道，確保輸送的穩(wěn)定及安全性。龍水庫至濱海水廠原水輸水管線，按遠(yuǎn)期(2030年)15.5萬m3/d敷設(shè)，管線全長 52.3 km；至臨城水廠原水輸水管線，按遠(yuǎn)期(2030年)5.0為m3/d敷設(shè)，管長3.53 km。

4.1 管材選擇

結(jié)合工程特點(diǎn)及常用的給水管材進(jìn)行比選[6]。

球墨鑄鐵管具有強(qiáng)度高、延伸性好、抗腐能力強(qiáng)、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，但其施工復(fù)雜，對(duì)施工條件要求較高且安裝工期長；玻璃鋼管具有糙率小及抗腐能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但抗外荷載較差和對(duì)地基及回填要求高且造價(jià)較高；PE管具有糙率小、抗腐能力強(qiáng)及造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，但抗外荷載較差和對(duì)地基及回填要求高且受紫外線照射易老化；襯塑鋼管具有糙率小、抗腐能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但造價(jià)較高且安裝工期長；鋼管具有強(qiáng)度高、抗陷能力強(qiáng)及維修管理方便等優(yōu)點(diǎn)，但抗腐能力較差和耐久性一般且造價(jià)高[7-8]。PVC管具有造價(jià)低糙率小、抗腐能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但其使用過程中容易產(chǎn)生脆性，對(duì)人體產(chǎn)生危害。

綜合比降管材的經(jīng)濟(jì)、耐久度和施工便利程度等。推薦配水主管及主要支管采用墨鑄鐵管。

4.2 管道敷設(shè)設(shè)計(jì)

本工程主要配水管道敷設(shè)主要采用PE管，入戶部分管材采用襯塑鋼管，本工程管道敷設(shè)PE管采用地埋敷設(shè)，襯塑鋼管采用明敷敷設(shè)。

輸配水管道埋設(shè)于地下，要求管頂覆土不宜<1.0 m。當(dāng)管徑<75 mm，開挖溝槽溝寬≥0.5 m；當(dāng)管徑>75 mm，開挖溝槽溝寬≥管外徑加0.5 m，且總寬度≥0.7 m。如有局部超挖，需用符合要求的土壤夯實(shí)。

管線穿越縣道及以上時(shí)，需頂管作業(yè)，管道埋深為1.8 m，頂管采用氣壓平衡式作業(yè)。

管線跨越橋梁時(shí)，采用明敷方式，用托架固定，管道跨越橋梁兩岸需設(shè)置支墩或鎮(zhèn)墩等。

4.3 管道附屬設(shè)施

4.3.1 設(shè)計(jì)原則

工程管道附屬建筑物及配套設(shè)施主要是管線局部高點(diǎn)根據(jù)需要與否來布置調(diào)節(jié)池，如需要?jiǎng)t根據(jù)地形及供水點(diǎn)分段設(shè)置；其次地埋管道的排氣閥、排空閥等應(yīng)設(shè)置閥井進(jìn)行保護(hù)；漏出的排氣閥采用套管進(jìn)行保護(hù)。

4.3.2 設(shè)計(jì)要求

設(shè)置排氣閥在傳輸管道的凸起點(diǎn)位置，若運(yùn)輸距離過長的管段，則間隔1 km設(shè)置一個(gè)，若有壓力隆起點(diǎn)，則在相應(yīng)位置布設(shè)排氣閥，排除管理聚積空氣。同時(shí)未免產(chǎn)生負(fù)壓應(yīng)該使空氣自動(dòng)進(jìn)入在產(chǎn)生水錘的時(shí)候。

(1)據(jù)測量資料及沿線實(shí)際地形需要，在管道的低凹處應(yīng)設(shè)泄水閥。

(2)據(jù)測量資料及沿線實(shí)際地形需要，在配水干管分水點(diǎn)下游側(cè)的干管和分水支管上設(shè)檢修閥。

(3)管道上的排氣閥、泄水閥、檢修閥等根據(jù)管線布置情況均設(shè)置在閥門井內(nèi)，井徑為1.2 m。

(4)在入村的干管上分別設(shè)置水表，水表直徑同管徑；供水管入戶時(shí)均設(shè)置水表，每戶設(shè)一個(gè)水表。

(5)應(yīng)采用鑒定合格并具有生產(chǎn)許可證的水表，水表的常用流量應(yīng)略大于管道的設(shè)計(jì)流量。

4.4 管線穩(wěn)態(tài)水力分析

項(xiàng)目輸水為重力輸水，從龍仙水廠和九仙水廠取水，向龍仙鎮(zhèn)水廠供水，全程管道密閉重力輸水。參考長距離輸水管線末端調(diào)節(jié)閥水擊控制理想特性理論，所有末端調(diào)節(jié)閥均采用等百分比特性，即在龍仙水廠進(jìn)廠設(shè)置2×DN1000的活塞式調(diào)流閥；在九仙水廠進(jìn)廠設(shè)置2×DN700的活塞式調(diào)流閥。現(xiàn)采用海曾威廉公式對(duì)工程輸水方案進(jìn)行管線穩(wěn)態(tài)水力計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖1～圖2。

圖1 龍仙管線穩(wěn)態(tài)水力坡度線

圖2 九仙管線穩(wěn)態(tài)水力坡度線

該輸水管線遠(yuǎn)期總輸水量為5.5萬m3/d(考慮10%管網(wǎng)漏失率，5%水廠自用水量)，兩條管線同時(shí)運(yùn)行工況下，單條輸水管線輸水量為0.92 m3/s，流速0.45～1.35 m/s。管線設(shè)計(jì)總水頭損失約為41 m。不利工況下，當(dāng)輸水管任一段發(fā)生故障時(shí)另一段仍能滿足設(shè)計(jì)水量的70%輸水，管線輸水量為1.03 m3/s，流速 0.57～1.93 m/s。管線總水頭損失約為49 m。

由以上穩(wěn)態(tài)計(jì)算結(jié)果可以看出龍仙水廠設(shè)置2×DN1000，九仙水廠設(shè)置2×DN700的活塞式調(diào)流閥是合適的。

5 結(jié) 論

本文以翁源縣龍仙鎮(zhèn)供水?dāng)U建工程為研究背景，采用預(yù)測法對(duì)當(dāng)?shù)氐男钏窟M(jìn)行預(yù)測，項(xiàng)目供水規(guī)模約為2356 m3/d。

工程輸水管位為龍仙水廠和九仙水廠路管道向龍仙鎮(zhèn)。輸水方案設(shè)計(jì)原水輸水管線，按2500 m3/d雙管平行敷設(shè)，管徑 DN500～DN700球墨鑄鐵管，管線全長 36.3 km并采用海曾威廉公式對(duì)工程輸水方案進(jìn)行管線穩(wěn)態(tài)水力計(jì)算驗(yàn)證輸水方案有效可行。

本次研究針對(duì)輸水工程的綜合防護(hù)系統(tǒng)、水質(zhì)預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)較淺，后續(xù)應(yīng)該進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)論證以檢驗(yàn)方案的合理性。