霍尔果斯经济开发区兵团分区供水管网改造工程设计

赵 明，张黎明，吕马飞

（镇江市规划设计研究院 江苏 镇江 212003）

霍尔果斯位于中国西北边陲，是“一带一路”的核心城市之一，也是我国与中亚国家交流的门户。霍尔果斯经济开发区成立于2012年，新疆生产建设兵团国家级霍尔果斯经济开发区兵团分区核心区（以下简称兵团分区）是其重要组成部分，位于霍尔果斯经济开发区的西南侧，东至霍都公路、南至经济开发区南部边界、西邻中哈国境边界、北靠精伊霍铁路，总面积约11.2km2（见图1）。

图1 项目位置图

兵团分区于2012年开工建设，生产、生活、绿化灌溉等用水采用一套供水系统，建成运行以来，遇到了比较多的问题，亟需进行改造。镇江市规划设计研究院针对系统中存在的问题，进行了细致分析，并结合现状条件，采取了竖向分区、分质供水、充分利用和保护既有设施的策略，对兵团分区的供水管网进行了改造设计。

1 问题分析

1.1 低区管网超压

兵团分区总体地形走势为北高南低，北部横一路标高在682m左右，南部横七路标高在652m左右，南北高差为30m左右，水源由东北角分两路进入管网。当水压满足了北部用户水压要求时，南部给水管道和用水设施已处于“超压”状态，经常发生管道接口或用水设施爆裂。

1.2 水量不足

兵团分区水源来自金边自来水厂，其现状规模为5.0万m3/d，源水来自霍尔果斯河（中哈界河），取水口位于红卡子三级电站。

金边自来水厂除供给兵团分区之外，还供应霍尔果斯市及周边地区，秋冬季节降雨和山坡雪溶量减少，霍尔果斯河来水量大幅减少，且需与哈方分享，导致金边自来水厂水源不足，目前已面临供不应求的局面。随着霍尔果斯市和兵团分区用水户的增多，水量不足的问题将不断加剧。

1.3 同质供水

兵团分区日照时间长、蒸发量大、降雨稀少、土壤渗透性高，导致其绿化用水的标准远超规范推荐值1.0～3.0L/（m2·d）[1]，达 到 了10.0L/（m2·d）左 右，其用水量占据了兵团分区总用水量的很大比例。

生产、生活用水需经过复杂的净化工艺，而绿化灌溉用水则不用经过净化流程，采用同质供水系统既浪费了净化水，又加剧了水源缺乏的矛盾。

同质供水还意味着同压供水，绿化管网阀门、喷头、接头很多，本来就容易漏水，过高的压力造成更大的漏水率。

2 设计方案

2.1 分质供水

将现状DN200～DN400供水管网保留作为生活、生产、消防等供水管网，增设一套独立的绿化灌溉系统。

（1）灌溉用水水源。兵团分区市政道路红线内绿化和道路外退让绿化总面积约150万m2，用水规模为1.5万m3/d。兵团分区所处地区属于山前冲、洪积扇平原区，地下水丰富，井内静水位深度在3～15m。通过抽水试验，在抽水量为150～170m3/h时，水位下降约25m。考虑兵团分区用地原来农作物灌溉用水是用分布在不同位置的11座机井供给的，该设计利用其中靠近市政道路、便于维护的7座机井改造后作为供水水源。

（2）灌溉管网建设。由于兵团分区内的道路和绿化基本建设完成，要尽可能地保护、利用既有各类设施，就要少破绿化、基本不破路、不破坏现状管线。在此约束条件下，又要将管道连续起来，设计人员将灌溉管道分为灌溉干管和灌溉支管，利用在交叉口预留的管线过路涵（数量较少）将在道路一侧敷设的灌溉干管连续起来，另一侧用灌溉支管（由灌溉干管引出，利用预留管线涵伸至另一侧）由交叉口向两交叉口之间延伸，最大延伸长度为200m，由此保证两侧均有灌溉管道敷设。①管网规模：兵团分区所处地区年温差大，设计日变化系数取“标准”推荐最大值1.5，管网工作时间为24h，因此设计时变化系数取1.0即可；管网建设总长度约50km，管道直径为DN100～DN300[1]。②管位：将管道布置在绿化带边缘，以最大限度减少对绿化的破坏。③埋深：“标准”要求给水管须埋设在冰冻线以下，防止管道冻胀损坏[2]；地区冻土属季节性冻土，最大深度为1.1m，因此管线埋设深度需在1.1m以上。这意味着管线埋深在1.3～1.5m，而现状各类管线服务地块的支管覆土一般在1.0～1.5m，导致灌溉管线埋深只能定位在0.8～1.2m，无法达标。经与兵团分区绿化管养部门协商后，采取冬季放空管网的方法解决管道冬季冻胀损坏的问题。

（3）灌溉管网水量、水压的保证。在水量保证方面：既要保证所有绿化表面上有一股水流能喷洒到，又要节约用水。考虑大多数绿化带宽度在3.0～15.0m，其中15.0m的宽度具有典型性，且数量较大，取之进行分析。灌溉支管布置在绿化带两侧向中间喷水，一侧喷头的服务宽度就是7.5m，设喷头间距为2a，则喷头浇洒半径为(7.52+a2)1/2。经分析：a越小，相邻两喷头服务面积重叠越多；a越大，喷至服务区域外的“外洒面积”越大，且浪费总面积也越来越大；取a=7.5m，得最经济效果，则R=10.6m（见图2）。喷头每天工作时间取12h，喷头的设计喷水强度为147.0L/h，射程为10.6m，查相关产品样本，可知喷头处压力在200kPa即可满足要求。因此，管网水量和水压控制标准为最不利点喷头处喷水强度≥147.0L/h、工作压力≥200kPa，并由此通过管网平差求出最高水压≤400kPa。

图2 喷头服务范围计算简图

2.2 竖向分区

（1）生产、生活供水管网竖向分区。根据高程关系，将保留作为生活、生产、消防的供水管网进行竖向分区，分界线选在中部纬三路（东西向）北侧道路红线位置，分界线以北供水区划为“高区”，分界线以南供水区划为“低区”。在所有穿越分界线的南北向给水干管上安装减压阀组，安装位置位于分界线上；对所有穿越分界线的南北向给水支管进行截断，截断位置位于分界线上。

减压阀组减压设计值取南北最大高差的一半即150kPa左右。减压阀采用效果好、体积小、维护安装便捷、寿命长的比例式减压阀[3]。为防止减压阀堵塞，在其前侧安装过滤器（见图3）。通过减压阀组的设置，使高、低区管网最低水压控制在280kPa以上，最高水压控制在500kPa以下[4]。

图3 减压阀组设置示意图

（2）灌溉管网竖向分区。灌溉管网是本次新设管网，分区界线亦位于纬三路，高区管网和低区管网独立设置，不相联系[5]。

3 结束语

该工程在充分分析现状供水管网存在问题的基础上，提出改造必要性，并对改造约束因素和可用条件进行了识别和分析，对用水定额和管道埋深进行了适应性调整与运用，兼顾了规范要求和客观实际情况，因地制宜地编制了经济合理的设计方案。同时，也提醒相关设计人员应注意到此类特殊地区在供水管网设计方面与一般地区的不同，需要全面深入地了解当地的用水需求和客观条件。