重力输水及供水系统设计研究

王　方

(太原市市政工程设计研究院，山西 太原　030001)



重力输水及供水系统设计研究

王方

(太原市市政工程设计研究院，山西 太原030001)

结合闻喜县的水源概况，确定了该县鑫源水厂的建设规模与厂址方案，从城区管网设计、净水工艺、总图设计等方面，阐述了重力输水及供水系统设计方案，确保了供水的安全经济性。

水厂，重力输配水，供水管网，净水工艺

闻喜县城自来水厂采用深井地下水水源，实际供水能力只有0.3万m3/d，与县城实际需水量差距甚远，无法满足县城人民生产、生活的需要。新建鑫源水厂源水取自小涧河水库，水库至县城高差243 m，具有天然的重力供水优势。如何充分利用水头、减少能耗、保证系统安全经济运行，成为设计研究的重点。

1　水源概况

小涧河是黄河的一级支流，位于垣曲县西部，发源于闻喜县石门乡上阴里，入垣曲后流经朱家庄、毛家湾，在解峪汇入黄河。河流全长69.0 km，流域面积348.51 km2，平均纵坡为18.0‰，多年平均年排入黄河径流量4 352万m3。

石门河及横榆河属黄河流域小涧河水系，引水工程总控制流域面积117 km2，其中石门河39 km2，横榆河78 km2。多年平均年径流量1 392万m3，P=95%年径流量968万m3，流域森林茂密，植被覆盖较好，山沟内多有泉水流出，山涧溪流常年不断，基流稳定。工程概况如下：在石门河跌水上游建闸坝1座，拦蓄石门河水，由石门河开凿长3.225 km隧(涵)洞至横榆河；在横榆河建闸坝1座，两河水量汇合后，开凿长10.13 km穿越中条山的过岭隧(涵)洞，引水至涑水河水系沙渠河已建成的小涧河水库。小涧河水库对引水进行日调节～月调节，自水库输水洞后接总长21.25 km的玻璃钢管道(DN600)输水至闻喜县城。年总引水量为886万m3，年供水量858万m3。常年均可保证充足的水量，完全可以满足新建地表水厂鑫源水厂2.0万m3/d的源水需求。

2　建设规模

依据GB 50013—2006室外给水设计规范，按照县城2020年规划16万的人口规模，人均综合生活用水指标按二区中小城市考虑，确定最高日综合生活用水指标为150 L/(人·d)。同时考虑工业用水量、管网漏损水量及未预见水量，确定供水规模4.0万m3/d。依据县城供水规划，到2020年，闻喜县自来水厂扩建至2.0万m3/d，加上新建鑫源水厂2.0万m3/d的供水规模，可满足县城供水需求。

3　水厂厂址方案比选

根据县城供水规模及地区实际情况，采用生活、生产、消防统一的给水系统，形成由县自来水厂及新建的鑫源水厂同时供水的多水源供水系统。新建鑫源水厂的选址主要有以下两个方案：方案一：新水厂建在县自来水厂旁。根据城区的发展规划及现状供水体系，由县自来水厂负责整个城区供水，进行统一调度，统一管理。方案二：新水厂建在县西吴村闻垣公路旁边。根据城区的发展规划及现状供水体系，由县自来水厂负责铁西区的用水，新建水厂负责铁东区的用水。

方案一：石门引水工程输水管道重力流至自来水厂，泄压入调节池。因自来水厂绝对高程为475 m，如供水至县城，还需再次加压40 m，浪费了大量水头。新增拆迁征地费用、提升泵房动力费用。方案二：小涧河水库最低水位713 m，考虑2 m的安全水位，取设计引水位715 m，到减压站减压至563 m，从减压站至拟建鑫源水厂(县城东3.3 km处西吴村的一处山地)，考虑30 m的水头损失，到鑫源水厂自由水头为533 m。水厂处理流程，水头损失12 m，水厂出水水头为521 m，与闻喜县城仍有40 m～55 m的高差，具备重力供水的可能。因此，从减少拆迁、节约能耗的角度出发，鑫源水厂选址采用方案二的重力输配水方案。

4　城区管网平差计算

配水管网的设计规模为4万m3/d，一次规划设计完成。根据城市发展的需要，再逐步实施完善城市配水管网系统。

经管网平差计算，鑫源水厂重力供水无法满足铁西区0.28 MPa的水压要求，仅能满足铁东区供水要求，即自由水压0.28 MPa、水量2万m3/d。鑫源水厂建成后，逐步改造铁东区供水管网，使铁东区完全由鑫源水厂供水。其中，一部分水量输送至原闻喜县自来水厂清水池，通过加压泵房输送至用户。到2020年，按照规划，闻喜县自来水厂扩建至2.0万m3/d，可单独满足铁西区供水需求；鑫源水厂将仅供水至铁东区，实现双水源单独分区供水。配水管网按远期规模和双水源分区供水方式进行平差。根据平差结果，从鑫源水厂至闻喜县城南环路环岛之间的3.3 km输水管线管径为DN450，沿闻垣公路双线敷设。

5　水厂净水工艺

工艺技术方案参照太原市呼延水厂净水工艺。工艺如下：原水→高效沉淀池→V型砂滤池→臭氧加活性炭吸附→消毒→出水，臭氧加活性炭吸附采用臭氧接触池和活性炭滤池，消毒采用ClO2复合消毒剂，最大程度保证出水水质符合GB 5749—2006生活饮用水卫生标准。除无一级、二级提升泵房外，主要有以下几个特点：

1)水库至水厂之间的减压站设计：经减压阀后泄水至水池，水池再继续重力输送至水厂。该设计虽然浪费了部分水头，但是却最大程度的保证了下游输水管路及净水厂的运行安全，减少了减压阀失效后下游爆管的事故危害。

2)上游小涧河水库的取水头部已经增设滤网，可以起到一定的过滤作用。由水库至净水厂之间的管路为密闭的玻璃钢管，不存在新增树叶等大型杂质的可能。因此，水厂前端未增设旋转格网等格栅类处理设施。

3)充分的应急处理措施。增加粉末活性炭投加系统，在源水受到严重有机污染、色度增加时，应急投加于水厂进水管。增加高锰酸钾投加系统，在源水受到严重有机污染、大量藻类增加时，应急投加于水厂进水管。

4)增加清水池事故容积。小涧河水库采用单管向鑫源水厂输水，根据GB 50013—2006室外给水设计规范的规定，应在鑫源水厂设置事故贮水池。考虑到输水管的埋设环境和材质，事故抢修时间按8 h计，则所需事故容积W=20 000/24×8=6 667 m3。加上消防容积、调节容积，清水池总容积设计为10 000 m3。

6　总图设计

拟建水厂位于闻垣公路东南侧一处山地上，以充分利用水头、尽量达到重力供水为原则，对厂区竖向进行设计。水厂由南向北分为四级阶地：第一阶地为预处理区、常规处理区及深度处理区(标高528.40～526.60)，第二阶地为清水区及厂区供水泵房(标高527.00)，第三阶地为污泥处理区(标高513.50)，第四阶地为办公及厂前区(标高505.00)。各区之间落差最高达13.5 m，采用道路、挡墙及植草边坡分割，边坡系数1∶2。厂区道路主干道宽6 m，人行道1.5 m。车行道路面材质为混凝土，道路横坡1.0%～2.0%。受厂区高差影响，局部道路纵坡达到8%，为小区道路设计规范的最大值。厂区于闻垣公路一侧开门两处，一处为办公区大门，一处为生产区大门。另外，在四级阶地连接的绿化放坡上，新建室外台阶小路，便于员工出入生产区。厂内道路，人流、物流各行其道，互不交叉干扰，交通便捷。

7　结语

该供水工程是典型的重力输水、供水工程，未建提升泵房和加压泵站，节省能耗。通过减压站中途水池的设置，保证了下游管路的运行安全。选择了合理的清水池事故容积，确保了县城用户的供水安全。

[1]于泽高.利用周边地形特点,探讨重力供水模式[J].有色冶金节能,2007,24(4):49-53.

[2]赵红书,贾景伟.复杂地形条件下重力流管道输水管网设计研究进展[J].贵州水力发电,2012,26(2):68-71.

Research on gravity water supply and water supply system design

Wang Fang

(TaiyuanMunicipalEngineeringDesignResearchInstitute,Taiyuan030001,China)

Combining with the water situation of Wenxi, this paper identified the construction scale and site plan of Xinyuan waterworks in this county, from the urban pipe network design, water purification process, layout design and other aspects, elaborated the gravity water supply and water supply system design scheme, to ensure the safety and economy of water supply.

waterworks, gravity water distribution, water supply pipe network, water purification technology

1009-6825(2016)23-0127-02

2016-06-09

王方(1984- )，男，工程师

TU991

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