蒙山云蒙景区森林防火管网工程设计

2016-11-11杨国瑞孙媛媛

森林防火 2016年2期

关键词：消防用水水窖蒙山

聂　晶，杨国瑞，刘　楠，孙媛媛

（山东省水利勘测设计院，山东　济南　250013）

蒙山云蒙景区森林防火管网工程设计

聂晶，杨国瑞，刘楠，孙媛媛

（山东省水利勘测设计院，山东济南250013）

随着森林火灾预防和扑救方式的不断丰富完善，水灭火管网工程建设逐渐成为提升森林防火能力的重要措施。蒙山云蒙景区水灭火管网工程依托景区内现有水源，结合林火特点合理确定了用水量标准，通过建设供水泵站、消防水窖及消防用水管线等，引水上山，管道沿线合理布设消火栓，并且以水管网为主干，以高压串联泵为延伸，逐步建成覆盖核心林区的水灭火管网。该工程的建设将迅速提升林火的扑救效率，有利于进一步落实保障蒙山生态安全的重任。

水源；森林防火；水灭火管网；供水泵站；云蒙景区

1　概述

山东省17个地市中有14个省级森林防火重点市，86个森林防火重点县，106个国有林场，566个森林防火重点乡，有蒙山、泰山、徂徕山、沂山等重点林区和风景名胜区，全省森林防火任务十分繁重。据统计，“十二五”期间，山东省内共发生森林火灾86起，受害森林面积1187.3hm2。自2011年莱芜“4·16”、济南“4·18”两起重大森林火灾后，山东省对森林防火工作更加重视，从完善法规政策、健全监测体系、壮大专业队伍、加密林区道路、增加林区水源等多个方面加强防火灭火能力建设，并逐步对十几个地市的防火道路、以水灭火工程、林火阻隔网络等进行了规划。其中，以水灭火工程作为规划工程的一部分，将结合实际情况，重点以各大林区为主进行建设。蒙山作为重要风景名胜区之一被列入水灭火工程建设区，该景区位于山东省蒙阴县境内，是国家5A级旅游区。景区内景观资源十分丰富，森林覆盖率达95%以上，且多为生态公益林，林木以黑松、侧柏等易燃树种为主。由于区内山高坡陡，林木集中成片，一旦发生火灾扑救十分困难，所以被定为重点火险区。本次确定将蒙山旅游区内云蒙景区作为临沂市水灭火管网工程建设第一个试点区。

2　蒙山景区森林防火现状及工程建设必要性

2.1森林防火现状

针对蒙山重点火险区，临沂市政府先后实施了两期综合治理工程项目，加强了森林防火基础设施建设，储备了森林消防物资，提高了蒙山森林火灾的防控和扑救能力。但近年来，随着生态公益林建设等林业工程的实施，森林面积不断扩大，森林蓄积量快速增加，林下可燃物越积越多，森林火灾隐患也不断增加。加之防火季节少雨多风，气候干燥，增加了火灾隐患和诱发森林火灾的系列因素，火情火险不断出现。据统计，近5年来项目区共发生森林火灾21起，其中一般森林火灾10起，较大森林火灾11起，过火面积超过82.6hm2，火灾损失190多万元，防火压力越来越大。

蒙山旅游区已根据有关要求成立了相应的森林防火组织机构以及云蒙办事处森林扑火专业队等专业防火队伍，并根据划分的不同防火区域设立视频监控点、瞭望塔、护林房、防火检查站等相应防火设施。另外，项目区建有防火道路418.2km，防火林带22km，具备了一般性火灾的扑火灭火条件。但还存在诸多问题：①火源管理和监控难度较大。项目区内重点林区面积大，分布偏远；居民依山而居，农事活动频繁；随着旅游业发展，入山人员增加，野外用火增多；防火检查站管理不严；基层防火责任落实存在断层。②防火经费不足，防火基础设施建设相对滞后，宣教设施、物资储备存在缺口。③森林防火宣传有待进一步加强。

2.2工程建设必要性

随着社会经济的不断发展和科技水平的逐步提高，森林火灾的预防和扑救方式也在不断变化，传统的预防和扑救手段与森林防火的实际需要已不相适应。而相较于其他灭火方法，用水进行灭火是最普通、最常规的方法，且应用方便、价格低廉，具备有效的灭火性能。发挥以水灭火这一扑救森林火灾的最有效手段，推广其在森林火灾扑救中的应用，将提升林火的扑救效率，丰富扑救手段，降低火灾对扑救人员的人身安全威胁，保障林业生态建设，维护区域生态安全。水灭火管网的建设也是顺应蒙山森林防火形势发展、保护重点林区野生动植物资源、促进社会主义新农村建设、开发森林生态旅游的迫切需要。

3　总体设计思路

云蒙景区水资源较为丰富，有一定规模的供水水源，具备水灭火管网建设条件，结合景区地形地貌，可进行水灭火工程的建设。通过建设供水泵站、山顶消防水窖、水箱、供水管线等，引水至山顶水窖，然后靠自流供给消防用水。沿线合理设置消火栓，并且以水管网为主干，以高压串联泵为延伸，形成覆盖主要旅游线路及核心林区的水灭火管网。

根据云蒙景区地形及植被分布情况，合理确定用水量标准，共敷设6条消防用水管线，建成后可保证每条管道沿线发生火灾时的水灭火需求。消防水窖及管道内时刻有水，泵站提水及消防用水共用一条主管道。火灾发生时，首先由山顶消防水窖供水，水窖内消防用水下降到一定水位后，启动供水泵站的消防水泵向山顶水窖提水。

3.1用水量标准的确定

由于森林水灭火系统建设无相应规范，本次设计参考虞山国家森林公园［1］、《消防给水及消火栓系统技术规范》［2］及《建筑设计防火规范》［3］的规定，采用木材等可燃材料露天堆场室外消火栓用水量设计。

根据第八次全国森林资源清查（2009—2013），单位面积森林蓄积量为89.79m3/hm2，综合考虑灌木、草本植物、枯枝落叶等林下可燃物，本工程取木材等可燃材料为100m3/hm2，森林火灾火线蔓延长度为1km、火带宽度100m，则火灾区域内可燃物数量为1000m3，室外消火栓设计流量为20L/s。考虑充分发挥山顶消防水窖的潜力（受风景区环境及地质条件制约，山顶消防水窖容量确定为500m3）及水泵及时开启供水的综合效力，确定一次室外消火栓设计用水量为50L/s，火灾延续时间为3h，可保证1km火线长度内同时连接10个消火栓，每个消火栓出水量5L/s的消防用水量需求。

3.2水源选择

本工程消防水源为天池、鹿苑两处水库塘坝。其中天池位于景区西北部，已建成，库底高程约808.00m，兴利库容约20000m3，提供4条管道线路消防用水；拟建鹿苑塘坝位于景区中东部，库底高程约380.80m，兴利库容约15000m3，提供2条管道线路消防用水。

3.3工程总体布置

本项目建设内容包括：供水泵站3处，分别位于天池、鹿苑、邵家寨；消防水窖及水池6处，分别位于栖凤山、天海、邵家寨、兔子头山、卧佛山顶、茅棚沟；铺设6条消防管道，分别为天池—栖凤山—翠林道—北门—鸡冠山—东门，天池—邵家寨—云蒙峰—小云蒙峰，天池—天海—大二郎帽—小二郎帽，天海—卧佛，鹿苑—兔子头山，鹿苑—茅棚沟，管线总长度10.8km，管道沿线设置室外消火栓，共109套。考虑消防需要并便于施工和管理，管线布置尽量选择有利地形和地质条件，沿山体坡度较缓处和道路附近铺设敷设，管道线路设置分别如图1、图2所示。

图1　天池水源区消防管道原理示意

图2　鹿苑水源区消防管道原理示意

4　工程设计方案

4.1供水泵站

综合考虑供水线路走向及水泵扬程范围，本项目建设泵站3处，其中天池泵站供水方向分为2路，分别为天池通过泵站提升进入栖凤山水窖、天海（邵家寨）水窖；邵家寨泵站用于将邵家寨水窖内用水提升输送至云蒙峰稳压水箱；鹿苑泵站供水方向2路，分别为鹿苑塘坝通过泵站提升进入兔子头山水窖、茅棚沟塘坝。

根据国内水泵生产情况，针对本工程流量小、扬程高的特点，经综合比较确定各泵站均选用机井泵，水窖内均设液位变送器，泵站水泵的运行根据蓄水池内水位，由液位变送器自动控制机组启停。水泵出水管上设阀门井1处，井内安装多功能止回阀、传力伸缩器、手动检修闸阀，并设水锤泄放阀、传力伸缩器，出口设压力变送器。泵站供电采用Ⅲ级负荷，单电源供电，水泵采用软启动方式启动。

4.2消防水窖、水箱

在栖凤山、天海、邵家寨、兔子头山、卧佛山顶均新建水窖1座，茅棚沟建设塘坝1座，用作消防水池，供给火灾延续时间内消防用水，水窖容积均为500m3。邵家寨水窖以上在云蒙峰山顶设置一座有效容积为18m3的消防水箱用于稳压，出现火灾时，消防用水由山顶消防水窖（水箱）供给，水窖内消防用水下降到一定水位后由消防水泵启动补水。

由于局部线路高差过大，管道内水压较大，需采用分区供水，经综合比较选用消能水池减压方式，栖凤山—翠林道—北门—鸡冠山—东门线路及天海—大二郎帽—小二郎帽方向，分别在高程下降60～70m处，设置1座18m3消能水箱。

4.3消防供水管道

4.3.1管材及管径的确定

管道沿线基本为风化岩，地形复杂，管道弯头较多，同时多数供水管道采用自流方式，管道承受较大静水压力，综合考虑管道水压及地质条件，选用钢管更为合理。为便于工程施工同时尽量减少焊接产生火星引发火灾隐患，本工程管道连接方式以柔性卡箍连接为主焊接为辅。

为防止发生过大水锤现象，输水管道内最大流速不超过2.5～3.0m/s；当输送浑水时，为避免管内淤积，最小流速应不小于0.6m/s。根据《室外给水设计规范》［4］、《村镇供水工程技术规范》［5］，采用甫· 阿·舍维列夫公式计算管道水头损失，局部水头损失按其沿程水头损失的20%计算。其中，水泵提水与消防用水共用管道，提水流量80～160m3/h，DN200管径流速为0.69～1.39m/s，管长200～912m，损失2.02～9.15m；其余自流管道根据消火栓出流情况分别计算，管道内最大流速1.56m/s，流速较低可防止产生水锤。因DN200为常规管径，供货及维修都较为方便，所以，本工程给水干管采用管径DN200螺旋钢管，压力等级4.0MPa。

4.3.2管道敷设及阀门设置

考虑到冬季山顶持续低温时间较长，为防止管道冻结，管道均采用聚氨酯发泡保温，保温层厚度50mm，聚氨酯发泡材料导热系数（平均温度为0℃）≤0.038W/（m·K），并尽量埋地铺设，覆土厚度主要考虑确保管身安全和尽量节省工程投资，最小管顶覆土深度为0.7m，穿越公路处管顶覆土深度应大于1.5m；对于无法采用埋管形式铺设的，采用架空安装方式，架空管道节间采用法兰盘连接，为适应管道的热胀冷缩，管道中间间隔设置波纹管限位补偿器，架空段管道除采用聚氨酯发泡材料保温外，极端低温天气还应采取提前放空的措施。消防水窖、阀井、检查井均采取相应保温措施。架空管道及水窖外均采用仿真PU树皮、石头等进行装饰，与周边环境相协调。

为了使系统管道充水时不存留空气，保证灭火时消火栓及时出水，消防管道高处设置排气阀井；除利用低处消火栓外，在地势低洼处设置专用排水阀井。考虑管道自身检修和事故维修，输水管道每连接5个消火栓，设置1座阀门井。

4.4消火栓布置

本工程结合实际情况，依托道路和现有植被将消火栓间距确定为80～100m。其中天池—北门段，植被主要为黑松等易燃树种，防火任务较为艰巨，此条线路消火栓间距为80m；其余线路大多设置植物防火隔离带，火源较少，消火栓间距为100m，且消火栓宜布置在防火隔离带中。

综合考虑工程现场道路等情况，消火栓采用SS100/65-1.6型室外消火栓，支管安装，室外地上式消火栓应有一个直径为100mm和两个直径为65mm的栓口。给水压力超过0.5MPa时水枪反作用力较大，增设减压装置。本工程采用减压阀减压，阀前设检修闸阀、Y型过滤器；无须减压消火栓前端支管均设检修阀门，以方便运行维护并最大程度保证某支管管路故障时可利用消火栓数量。山顶水池附近消火栓压力不足，需结合高压水泵使用。