简析以水库水为水源的农村饮水安全工程设计要点

2017-03-12郑州市水利建筑勘测设计院

河南水利与南水北调 2017年1期

□（郑州市水利建筑勘测设计院）

□胡铁成（郑州市水利建筑勘测设计院）

水是生命之源，是人类赖以生存和社会经济发展不可替代的基础性资源，质佳量足的安全水对防止各种疾病的发生、保障人体健康以及维持和提高人民生活水平都具有重要的意义，特别是农村饮水安全问题，更是关系着全面建设小康社会宏伟目标的实现。因此，在“十一五”和“十二五”期间国家投资修建了大量的农村饮水安全工程，其水源一般分为中深层地下水和地表水两种，其中地表水水源多以泉水和水库水为主。文章以位于河南省巩义市的峡峪村供水工程为例，从供水规模确定、水量可靠性分析、工艺流程、机泵选型、净水设计等方面，对以水库水为水源的农村饮水安全工程设计要点进行了阐述说明。

水库水；农村饮水安全工程；可靠性分析；设计要点

1 项目概况

峡峪村位于河南省巩义市新中镇南部，辖12个村民小组，饮水不安全人口1 036人，耕地42 hm2，区域面积9.50 km2。由于地处山区，地下水埋藏较深，群众饮水困难，日常用水全靠屋顶接水、水窖蓄水和拉水来解决，饮水安全问题严重影响着群众的生产生活和制约着当地社会经济的发展。通过走访调查，该村区域内有一座峡峪水库，其位于黄河流域汜水河支流上，是一座以防洪为主、兼具灌溉、供水等综合利用的小（2）型水利枢纽工程，控制流域面积12.50 km2，总库容42.67万m3，兴利库容11.80万m3，按20 a一遇洪水标准设计，100 a一遇洪水校核，是不可多得的地表水源。峡峪村供水工程以峡峪水库水为水源，通过提水方式，将水引至高位水池，净化消毒后，铺设管网供给用户，以解决该村群众的饮水安全问题。

2 供水规模确定

2.1 居民生活用水量

居民生活用水量按照设计水平年人口数量与最高日用水定额之积计算得到，计算表式为：

式中：

Q1—居民生活用水量，m3/d；P—设计用水居民人数，人；P0—设计范围内的现状常住人口数，P0=1 036人；γ—设计年限内人口的自然增长率，γ=7‰；n—工程设计年限，n=15；q—最高日居民生活用水定额，依据《村镇供水工程设计规范》中“表4.1.2最高日居民生活用水定额”，巩义市属河南省辖区，按照气候和地域分区，项目区属于三区，峡峪村属于省级贫困村，位于山区，居民居住分散，最高日居民生活用水定额按照“水龙头入户，有洗涤池，少量卫生设施”条件进行选取，确定为60 L/（人·d）。

将各参数代入上式可得Q1=69 m3/d。

2.2 公共建筑用水量

公共建筑用水量按照居民生活用水量的10%进行计算，Q2=69×10%=6.90 m3/d。

2.3 管网漏失及未预见水量

管网漏失及未预见水量之和按照上述用水量之和的20%进行计算，Q3＝15.20 m3/d。

2.4 最高日用水量Qd

最高日用水量Qd=居民生活用水量Q1+公共建筑用水量Q2+管网漏失及未预见水量Q3，Qd=91.10 m3/d。

2.5 设计平均日用水量

3 水源可靠性分析

农村饮水安全工程水源需要满足水质和水量的要求，其中水质经净化消毒后需要满足《生活饮用水卫生标准》要求，同时水量的供水保证率不低于95%，严重缺水地区不低于90%。

3.1 水量可靠性分析

水量可靠性主要由95%供水保证率体现，由于峡峪水库所在流域无长系列径流资料，95%保证率的径流量采用等值线图法进行计算，查《河南省水资源》（2007年）得该流域多年平均径流深R=108 mm，查《河南省地表水资源附图》（1984年）得离差系数CV=0.56，偏差系数CS=2CV。

设计年径流深、年径流量由下式进行计算：

式中：KP——模比系数，可由PⅢ曲线查得；R——多年平均径流深，mm；RP——设计年径流深，mm；F——流域面积，F=12.50 km2；WP——设计年径流总量，万m3。

经计算，各种频率下径流量计算成果见表1所示。

表1 峡峪水库各频率径流量计算表

径流量年内分配按照同频率典型年降雨年内分配比例进行分配，参照巩义市坞罗水库1964-2003年共39 a的实测降雨长系列资料进行经验频率计算，按配线法推求理论频率，绘制理论频率曲线，详见图1所示。由理论频率曲线查得：保证率P＝95%时降雨量为300 mm，选取典型年为1987-1988年，其降雨量为309.20 mm。

图1 峡峪水库年降水量频率曲线图

峡峪村供水工程枯水年（95%保证率）径流年内分配按照典型年（1987-1988年）降雨量年内分配比例确定，详见表2所示。

峡峪村饮水不安全人口为1 036人，用水规模为91.10 m3/ d，日变化系数取1.30，设计平均日用水量为70.10 m3/d，设计平均月用水量为2 103 m3，设计平均年用水量为2.56万m3，由表1可知，95%保证率下年径流量为48.60万m3，远远大于设计平均年用水量；同时由表2可知，枯水年（95%保证率）最枯月份（12月）产水量为1.26万m3，大于设计平均月用水量2 103m3，即从水量方面说明，以峡峪水库水为水源满足95%供水保证率的要求，是可靠可行的。

表2 峡峪引提水工程枯水年（95%保证率）年径流年内分配表

3.2 水质可靠性分析

峡峪水库上游四周林木茂密，植被覆盖率高，具有良好的水源涵养能力，一年四季径流不断，且无人居住，无厂矿企业，无污染源，通过巩义市疾病预防控制中心进行取样检测，水质满足《生活饮用水卫生标准》的要求，即从水质方面说明以峡峪水库水为水源是可靠可行的。

4 工艺流程

峡峪村供水工程以峡峪水库水为水源，水质较好，但考虑到汛期降雨和径流增大，水库蓄水中可能含有一定的泥沙，浊度增大，当源水的浊度不满足直接接触过滤工艺时，在进入清水池前进行净化和消毒，同时考虑到现状农村的供电电源保证率普遍不高，若采用变频电泵直接通过配水管网向用户供水，保证率无法保证，而采用高位水池或水塔进行调节较为合适，工艺流程详见图2所示。

图2 工艺流程图

5 机泵选型

5.1 设计流量

水源到水厂的输水管设计流量，应按最高日工作时平均取水量确定，以峡峪水库水为水源，需采用潜水泵将水从水库中抽取至高位水池，水泵的日工作时间根据实际情况确定，一般每天≥8 h，取8 h计算，同时结合潜水泵的规格型号，确定设计流量Q=15 m3/h。

5.2 扬程计算

配套机泵计算扬程由下式进行计算：

式中：H—潜水电泵扬程，（m）；H1″—拦蓄液面至控制点（如高位水池水面）的高差（m），为42.36 m；∑h—拦蓄液面至控制点（高位水池）输水管的总水头损失（m），沿程水头损失按下式进行计算，局部水头损失按照沿程水头损失的10%计取。

式中：h1——沿程水头损失，m；L——计算管段的长度，m；i——单位管长水头损失，m/m；C——海曾威廉系数，钢管取125；Q——管段流量，m3/s；d——管道内径，m。

经计算，输水管道沿程水头损失h沿=3.35 m，输水管道水头损失h损=h沿+h局=3.69 m，计算扬程为H=H1″+∑h损=42.36+ 3.69=46.05 m。根据设计流量和计算扬程，选取1台型号为QS15-52/2-4型潜水泵，设计流量为15m3/h，扬程为52 m，功率为4 kW。

6 净水工程设计

峡峪村供水工程以峡峪水库水为水源，考虑到汛期降雨和径流较大，入库洪水不排除含沙量大、浊度高的情况，当源水的浊度不满足直接接触过滤工艺时，须进行絮凝、沉淀、过滤，因此该部分需要进行净化和消毒设计。

由于峡峪村供水工程供水规模为91.10 m3/d，供水规模较小，净化工艺选择将絮凝、沉淀、过滤工艺组合在一起的一体化净水设备来实现。一体化净水设备选用厂家定型设备，设备参数即净水能力为15 m3/h。

根据《村镇供水工程设计规范》11.1条文规定，生活饮用水必须消毒。村镇集中供水水厂的消毒方法有很多，根据原水水质和出水水质要求、消毒剂来源、消毒副产物形成的可能、水处理工艺，以及供水规模、管理条件和消毒成本等，并结合以往农村饮水安全工程的工程实例，参照相似条件下的运行经验，综合比较后确定，选用氯消毒。而氯消毒有多种形式，可采用液氯、商品次氯酸钠溶液、电解食盐现场准备消毒溶液、漂白粉、漂粉精或次氯酸钠片剂等，考虑到不同氯消毒方法的安全性、可靠性、管理方便程度以及成本，该工程选用电解食盐法制备二氧化氯消毒剂的方法进行消毒，对应常用的消毒设备为电解法二氧化氯发生器，设备参数为50 g/h。