南方大石山区某村饮水工程设计

林春霞

【摘 要】受自然条件的限制，项目区村民长期以来都是依靠各自引用附近的山沟水饮用，饮用水质量得不到保证，严重影响了当地群众的生产、生活，所以必须通过建设农村饮水工程集中解决群众的饮水安全问题。文章通过对项目区经济、人口、牲畜、地理位置的分析，经过水力计算，得出该饮水工程的取水方式及供水方案，可为类似工程提供经验和参考。

【关键词】人畜饮水工程；大石山区；设计

【中图分类号】F426.1 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）07-0049-04

1 工程概述

项目所在地位于南方某省西北大石山区，易涝易旱，农业生产条件差。项目区群众长期以来都是依靠各自引用附近的山沟水饮用，时常受到季节性、天气干旱的影响，每到天气干旱或枯水季节，井水干涸、山溪水断流。并且随着生产的发展，人们使用化肥、农药增加，加上生活废水的随意排放，使可饮用水源变得越来越少。为解决生活用水问题，群众不得不花费大量的时间和精力去取水，这给当地群众生产、生活带来很大的影响。近年来，随着农村经济的发展，农民生活水平的提高，对饮用水水质的要求也相应提高，迫切需求饮用上洁净卫生的自来水。

本工程计划供水范围主要为某村，现状供水总人口为405，解决饮水不安全人口为405，设计人口为456（设计年限为15年，人口自然增长率为8%）。

2 自然条件

项目所在地属碳酸盐岩溶地貌，群峰林立，山势陡峻，山顶海拔多在600～800 m，多呈尖顶状和锯齿状。该地区地表无河系，地下河发育，十天不雨地望天，暴雨一场垌成渊。易涝易旱，农业生产条件差，历来是山穷水缺的大石山区。

该区域属亚热带季风气候区，总的气候特征为冬季短，夏季长，春秋相等；雨量充沛，气候温和。该地气象站1958～2006年实测资料统计表明：多年平均降雨量为1 560 mm，最大年降雨量为2 211.3 mm（1993年），最小年降雨量为1 066.5 mm（1963年），多年平均蒸发量为1 503.1 mm。但时空分配不均，降水集中在每年的5～8月，而9月上旬至次年3月多为少雨旱季，月降水量小于50 mm，这期间可出现连续1～2个月不降雨的情况，为农村饮水最困难时期。降雨的时空分布不均，是造成項目区缺水的主要原因之一。

由勘察可知，工程区周边不存在大型工业厂矿污染区。水源水检验均根据《地下水环境质量标准》（GB 3838—2002）、《生活饮用水标准检验方法》（GB/T 5750—2006）及《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）的规定，符合相关水质要求。

工程项目区地形复杂，岩溶发育，山顶海拔多在600～800 m，岩石主要属于碳酸盐岩类，厚度达500～1 000 m。本工程拟建的大口井、沉淀过滤池等取水系统建筑物地基均为岩石基础，且无断裂带，所以整个工程地质方面达到工程建设实施要求，工程地质条件良好。

3 人饮工程设计

从工程建设造价和运行成本方面考虑，本工程采用打大口井引水的取水方式，本次设计拟从大口井用潜水泵抽水将井水引至水池，然后通过配水管网重力直供用户家中。

根据本供水工程的自身特点，确定本工程工艺流程为井水→滤池→消毒→清水池→配水管网→用户。

3.1 供水量计算

本工程以考虑近期为主，并适当考虑远期发展，结合当地经济发展趋势，拟设计规划年限按15年设计。

该工程供水区域为1个自然村，现有人口为405，人口自然增长率按8‰计算。

（1）居民生活用水量W：

式中，W为居民生活用水量，m3/d；P为设计用水人口；P0为供水范围内的现状常住人口数，其中包括无当地户籍的常住人口；ν为设计年限内人口的自然增长率，可根据当地近年来的人口自然增长率确定；n为工程设计年限；P1为设计年限内人口的机械增长总数，可根据各村镇的人口规划及近年来流动人口和户籍迁移人口的变化情况按平均增长法确定；q为最高日居民生活用水定额，L/人·d。

本工程所在地为某省西北部地区，设计用水条件为全日供水，户内有洗涤池和部分其他卫生设施，根据《村镇供水工程设计规范》（SL 687—2014）中“4.1.2表”的规定，最高日居民生活用水定额取值范围为90.0～130.0 L/人·d，结合当地具体情况，最后取值为100.00 L/人·d（寄宿师生按40 L/人·d计）。

（2）公共建筑用水量（Q2）：公共建筑用水量主要考虑学校及幼儿园的公共用水量，经现场走访调查，该供水范围内无公共建筑，故不考虑公共建筑用水。

（3）畜禽用水量（Q3）：本工程设计居民用水量时，禽畜用水量已经考虑在内，故禽畜用水量取值为0。

（4）管网漏水与其他未预见用水量（Q4）：根据规范：管网漏失水量和未预见水量之和，宜按上述用水量之和的10%～25%取值，村庄取较低值、规模较大的镇区取较高值。结合当地的发展情况，管网漏失水量和未预见水量之和按上述用水量之和的10%取值。

（5）企业用水量：本工程项目区内不涉及企业用水和消防用水，故不单列出来。

（6）设计总供水规模（Q）：设计总供水规模（即最高日供水量）Q=居民生活用水量（Q1）+公共建筑用水量（Q2）+畜禽用水量（Q3）+管网漏失水量及其他未预见用水量（Q4）。水量计算结果见表1。

因此，设计供水规模取55.0 m3/d，即输水总管设计取水量为55.0 m3/d。

3.2 取水构筑物设计

3.2.1 取水构筑物形式和位置

根据项目区的自然环境及水源情况，经过实地勘察，本次设计在该村东部打一口大口井作为水源。

3.2.2 取水构筑物情况

本工程抽水井采用大口井，地面高程为256.00 m，本次设计初步确定水井内径为3 m，壁厚0.3 m，井深11.0 m，井底高程为245.35 m，井顶部为259.20 m高程。井上部为一层砖混结构圆形泵房，泵房内径为3.24 m，高3.0 m，采用M5浆砌砖砌筑，墙厚180 mm。泵房内主要布置水泵配套电气设备与二氧化氯消毒器。

由于潜水通过井壁进入井内，所以在井壁处每隔1 m做一水平进水孔，孔径为10 cm，孔里填充滤料，外层填细砂，内层填砂砾石。孔两端部用镀锌铁丝网封起。进水孔从247.00 m高程至251.00 m高程布设，孔与孔间按梅花形交错布设。

3.2.3 水井产水量估算

水井采用大口井形式，其计算参数如下：最低抽水水位为247.15 m，地层渗透系数根据《给排水设计手册》第3册“表3-2”，取1～5 m/d（粉砂）。

经计算，水井的来水量为Q=306.3 m3/d，大于最高日抽水量55 m3/d，来水量满足要求，所以本次设计大口井的井深为11 m，井径为3.0 m。

以上计算为水井的理论推测产水量，当水井按设计尺寸施工完成，而实际产水量不满足设计要求时，可增设多条辐射管来增加来水量。辐射管用DN100钢管，管长15 m，管上开孔率为20%。

3.2.4 抽水泵的选型

3.2.4.1 低位抽水泵选型

3.2.4.2 水泵设计流量的确定

水泵设计流量如下：

Q泵=Q净=Wdmax/t

考虑到乡镇供水规模小，集中用水时间较短，为减少运行人员，水泵每天工作时间取8 h。Q泵=55/8=6.875 m3/h。

3.2.4.3 水泵扬程的确定

水泵扬程计算：

H泵=H实+h损+h净

H泵为水泵设计扬程，m；H实为净化系统进口与抽水点水位差；h损为泵站进出口管道扬程损失；h净为净化系统所需水头。

经计算，H实=280.600-247.150=33.450 m，h损=4.616 m，h净=0 m；H泵=38.066 m。

3.2.4.4 水泵选择

水泵选用SQJ系列潜水泵，型号为100SQJ8-47.5/14，共2臺，一用一备。水泵特性见表2。

本工程输水管道总长270 m，设计输水管拟采用DN65镀锌钢管；配水管网已建有，故本次设计不考虑新建配水管。

3.3 水处理构筑物设计

3.3.1 水处理构筑物设计净水流量

处理系统每天工作按8 h计，净水构筑物或净水装置的生产能力应按最高日供水量+水厂自用水量、日工作时间确定。

上式中：Qah为水处理构筑物（设备）设计流量（m3/h）；Qd为最高日用水量（m3/d）；T为水处理构筑物（设备）每天的工作时间（h）；要求消毒处理设备净水能力为Qah=55/8=6.875 m3/h。

3.3.2 简易滤池

本次新建2 m3滤池采用C20钢筋砼箱形结构，地面高程为285.20 m，平面尺寸为2.65 m×1.80 m，高1.73 m，池壁厚150 mm，顶板厚100 mm，底板厚200 mm。按进水方向，滤池中间由厚150 mm隔墙分隔成2室，水流先经沉淀池，再进入过滤池，滤池埋深为1.4 m。

3.3.3 消毒设计

水净化消毒方式一般为滤前或滤后消毒，或泵前泵后（泵站吸水口或出水口）消毒。消毒液、剂常采用投放二氧化氯和漂白粉消毒。特殊水质如铁锰超标、pH值偏低、水硬度超标，可用暴气氧化法和接触氧化法（或专用除铁锰设备）去除铁锰；可用投加石灰水的方法解决pH值偏低、硬度超标问题。结合本工程的实际情况，本工程选用JY-10二氧化氯混合高效消毒器1套，具体操作由厂家指导或设备安装说明书进行。

3.3.4 清水池设计

由于本工程拟采用自压供水，根据工程实际情况，工程调节系统采用高位水池（兼作清水池）。根据规范要求，清水池的容量按最高日供水量的20%～40%设计，本工程最高日供水量为55 m3，清水池容量取日供水量的40%计，即55×40%=22 m3，由于当地较缺水，存在枯水期用水不足的现象，考虑到在枯水期来临前多蓄存清水以度枯水期，并考虑经济合理及长远利益，新建清水池容积取为100 m3。

水池采用钢筋混凝土结构，水池形状为圆形，内直径为6.4 m，池壁厚0.20 m，净高3.5 m，有效水深3.3 m，池底高程为278.55 m，池顶高程为282.53 m。

由于本工程采用自压供水，无需另行加压，因此清水池的高程的选定将关系到工程的供水范围及供水水压，而且将关系到工程管网的安全运行和管道工程的投资。本次新建清水池地面高程为280.0 m。

3.4 输水管设计

3.4.1 输水管径选择

管径选择原则：用经济流速（0.8～1.2 m/s）确定管径。根据《给水排水设计手册》第3册，一般对于输水管和管网，局部水头损失不做详细计算，按沿程损失10%计。输水管过流能力按引水时间24 h计算。

初选管径相接近的镀锌钢管进行输水管水头损失计算。

3.4.2 输水管水头损失计算

该段输水管沿程水头损失采用《村镇供水工程设计规范》（SL 687—2014）中“公式7.2.7-1及7.2.7-2”进行计算。

h1=iL

i=10.67C-1.852Q1.852d-4.87

上式中：h1为管段沿程水头损失，m；L为计算管段长度，m；i为单位管长水头损失，m/m；d为管道内径（m）；Q为管段流量（m3/s）；C为海曾威廉系数，按规范SL 687—2014中“表7.2.7”取值，镀锌钢管取125。

局部水头损失按沿程水头损失的10%计，故输水管路水头损失为hj=h1×10%。

则总水头损失∑h损失=h1+hj。

根据输水管进、出口水位差与输水管总水头损失之间的关系，通过试算确定设计采用的管径。管径选择及水头损失计算成果见表3。

3.4.3 输水管道铺设

本工程输水管总长270 m，管道采用镀锌钢管。输水管道内径为65 mm，管道敷设宜为地表明管。沿线地质情况基本一致，上部为黏土及残坡积土。若管线通过耕作区，应埋设PVC管，管内径与镀锌钢管大小一样，为65 mm，设计要求管预埋深度在耕作区大于1.0 m。

3.4.4 输水管附属建筑物

（1）镇墩输水管道在转弯（转弯角度>10°时）及地形变化较大处一般设置支墩，使压力管道在外力作用下，能安全运行，作用在支墩上外力主要如下：①水管自重力，分为轴向分力和垂直于轴向分力；②水管转弯处的内水压力；③管内水流对管内壁的摩擦力；④水管转弯引起水的离心力。

在以上合力的作用下验算镇墩的抗滑、抗倾稳定。经计算，镇墩尺寸长×宽×高为0.5 m×0.5 m×0.5 m，采用C20砼浇筑。

（2）管线标志。在显著的位置设置醒目的永久性管线标志，以防错挖破坏输水管。标志桩沿管道中心线每50 m（或适当位置）埋设150×150×700 mm砼桩，露出地面165 mm。

3.5 配水管網设计

经现场踏勘发现该屯已布置配水管网，故本次不再进行配水管网设计。

4 结语

水利是经济发展的命脉，也是人类赖以生存的基本物质条件之一，该工程建成后，可集中解决群众的饮水安全问题，解放大批的劳动力从事其他生产和经济活动，对提高农民经济收入、缩小城乡差距、保障农民身体健康、促进社会经济发展具有十分重要的意义。

建设农村饮水工程也是建设社会主义新农村所必需的基础设施，这对加强党的领导及维护地区特别是广大农村地区的稳定、促进地方经济的发展，以及对构筑和谐社会具有重要而深远的意义。

参 考 文 献

[1]SL 687—2014，村镇供水工程设计规范[S].

[2]上海市政工程设计研究院.给水排水设计手册·第3册·城镇给水[M].第2版.北京：中国建筑工业出版社，

2003.

[3]冉海涛.广西大石山区“饮水工程”调研报告[J].沿海企业与科技，2012（2）.

[责任编辑：钟声贤]