农村饮水安全巩固提升工程设计及施工效益分析

2021-03-25宋淑梅刘玉庆

乡村科技 2021年31期

宋淑梅刘玉庆辛龙

（呼伦贝尔市水利事业发展中心，内蒙古呼伦贝尔 021000）

近年来，某县由于降水量逐渐减少，地下水位受到严重影响［1-2］，再加上原供水管网逐年老化，跑冒滴漏现象频频出现，导致饮用水安全问题存在巨大隐患。为改善村民居住环境，保障生活饮用水安全，以某县农村饮水安全巩固提升供水工程为例，通过优化当地水资源配置［3-5］，保障农村居民正常生产生活用水安全。

1 工程概况

根据某县地理情况和供水水源位置，优先考虑借助地形优势，将管网敷设以重力传输为主，压力传输为辅。

综合考虑后期供水的安全性和维护的方便性，本次的饮水安全巩固提升工程设计采用一条供水主干管负责居民日常供水，管径为DN1500，既节省了大量建设成本，又保证了较高的供水效率。另外，还需加设加压泵站，当重力引水无法满足居民供水需求时，可利用加压泵站进行加压处理，实现对引水质量的调节，以保障居民饮用水的安全供给。该工程造价为1 524.26万元，主要完成供水PE管道敷设21 210 m，土石方开挖回填8.48万m3，混凝土80 m3。

2 供水工程设计

2.1 供水管网敷设方案确定

本项目实施主要为供水管网敷设，其主要道路及建筑均已修建完成，通过实地考察和勘测，调研水文资料，最终提出4种供水管网敷设方案。

一是利用部分现有供水管道，借助地形优势，选择建筑物较少、较为空旷的场地进行管网敷设。该方案的优点在于既可减少施工难度便于后期维护修理，又可利用现有管道节省成本。唯一的缺点在于新敷设管道所需占用空地，需要支出一定的占地补偿费用。

二是规划最短的敷设线路，保证供水管线敷设距离最短。但供水管线需要穿过人口密集的商业区域和主要城市道路，需对建筑物周边和主要道路路面进行破坏，供水管网敷设完成后再进行恢复工作。该方案优点在于可有效减少占地的支出。但由于管道敷设于建筑物旁和主要道路下，后期修理和维护难度增加。

三是采取架空的方式敷设管道，这种方式可以保护管道不受地下水的腐蚀伤害，并且管道寿命长、坡度小、易保障。需要用的放水和专门排放气体等设备较少，使用起来比较可靠，而且所需要的土方量小，在维护和管理上也较为方便。但架空敷设水管的方式只适用于地下水位较高，地区年降雨量大且当地土质湿润度高的地区，否则极有可能会引起饮水工程崩坏，满足不了农民群众的水流量需求。

四是在地下空间进行管沟敷设。这种方案所需要用到的土地面积较大，但是检查维修起来非常方便，而且在管道性质上也可以选取具有隔热功能或者腐蚀性介质的管道。但是缺点也很明显，占用土地面积大，涉及的费用较高，且需要在地下设置固定排水点，否则容易聚集污物，导致周围环境清理困难。

综合考虑上述4种供水管网敷设方案，以及供水管网的概算金额1 524万元，在保证供水管网正常敷设的情况下，优先考虑节省施工成本及后期维护运行的难易程度，经过综合比较，最终选用第一种方案作为施工的预选方案。

2.2 供水管材选取

饮用水安全供水工程管材需选择无毒无害，耐腐蚀性好，承压能力强的环保材料［6］。一方面，不会导致水质受到二次污染；另一方面，可以保障水资源供给安全。目前，水利工程中常用的管材有铝塑管、聚氯乙烯管和PVC管。对这3种管材进行比较分析（DN110为例），如表1所示。根据表1管材对比，铝塑管和PVC管虽然单价较为低廉，但其使用寿命较短，易老化，强度低，在后期供水管网运行中存在较大的安全隐患［7］。而聚乙烯塑料管（PE）具备较高的耐磨性，并且该材料无毒无害，使用寿命长，可二次回收。综合考虑管材的使用安全系数和单价，最终选择聚乙烯塑料管（PE）作为供水管管材，以保障农村饮用水供水安全。

表1 供水管网管材参数对比

2.3 供水水压设计

通常农村饮水安全工程供水管网的供水压力不得高于6个标准大气压。即加设的加压泵站需控制好加压力度，不得超过上限值，供水管材管径大于110 mm时，选用PE100级管材，当管径小于110 mm时，则选用PE63级管材，以保证供水管网可靠的承压性，并降低管材成本。

2.4 供水规模计算

本饮水安全巩固提升工程造价1 524.26万元，某县常住人口数量为9 386 705人，现通过供水管网将供水厂的饮用水通过供水主干管向各个居民住户24 h供水。结合现场实际情况，确定供水规模主要由生活用水量、建筑用水量、其他用水量以及未预见水量组成。

居民生活用水量可按式（1）、式（2）计算：

式（1）、式（2）中：Q1为居民生活用水量，m3/d；Pq为供水规模用水人数，人；P0为常住人口数量，人；λ为涉及人口年平均增长率，取12%；n为工程设计年限，以15年计。其他用水量Q2和建筑用水量Q3取Q1的10%计。未预见水量Q4则按公式Q4=(Q1+Q2+Q3)×20%计算，则总设计用水量Q为Q=Q1+Q2+Q3+Q4。

2.5 管网水力计算

根据当地地形地貌和水原位置，本供水管网以枝状网敷设方式为主，充分考虑施工难度和供水分区情况，结合最不利点水头要求，供水管网管径可按式（3）计算：

式（3）中：D为供水管管径，Q为供水管段设计流量，V供水管水流流速。

沿程水力损失计算公式为：

式（4）中：hf为沿程损失，Q为供水管设计流量，D为供水管管径，L为供水管长。f、m、b分别为硬聚氯乙烯管的经验公式中的经验值，其对应经验值分别为94 800、1.77和4.77。

2.6 净水工程设计

2.6.1 原水质达到饮用标准。以地下水水质条件为标准进行检查，如果地下水符合卫生标准，经过紫外线消毒过后的水质安全，不含寄生虫、病菌等有害体，在经过紫外线消毒后可直接供给居民饮用，无污染水源，可以更好地保障居民的饮水安全。

2.6.2 原水质不达标。依据地下水水质条件为标准进行检查，如果地下水中化学元素含量超标，则引水工程在设计过程中需添加过滤罐去除地下水中超标的化学元素。经过过滤、消毒后，再供给居民使用。采用过滤罐消除多余的化学元素，不仅可以保证用水安全，而且过滤罐占地小，投资少，更利于农村饮水安全工程的巩固和提升。

2.6.3 保护水流源头。水流源头周边50 m范围均化为饮用水水流源头保护区域。相关行政部门和供水管理人员要加强对水流源头的保护，严格防控，制止一切有可能会对水流源头造成污染的危险因素。第一，在水流源头的50 m范围内，所有会产生污染源的建筑，如公共厕所、养殖基地、化粪池等全部迁移或取消。第二，供水工程在实施过程中要远离水流源头保护区域，并合理处置好供水工程建造过程中产生的废水，禁止废水流向水流源头保护地。第三，在水流源头保护区域的旁边设立显著标志牌，禁止人们在这里从事任何可能会污染水源安全的活动，并且在水流源头的10 m范围内设置防护栏，禁止闲杂人员等进一步接近水流源头保护地。第四，供水单位要配备专业的管理人员，定期监测水流源头地的水质情况。

3 供水管网施工

3.1 清理开挖土地表层

管槽开挖工程实施之前，应先对土地上的植物进行处理。先要把土地表面的一些垃圾、花草树木等清理干净，把有价值的材料和花草树木安全挖掘出来并运到指定地点存放。在清理障碍物等垃圾时，把它们集中到安全的地点进行焚烧，注意做好防火措施。开挖时还要对土地表层的有机土进行存放，防止土壤流失，影响环境。

3.2 管道沟开挖工程

在开挖管沟之前，应先对地下施工作业区进行详细检查。检查工程范围内的地下是否有管道及电线覆盖。如果有，应立即通知相关单位进行处理，并在电路覆盖的区域增设标志。同时，通知工程设计师对检查方案进行修改，经工程设计师核实无误后，再进行开挖。

管沟开挖工程以机械开挖方式为主，以人工挖掘方式为辅。其中机械开挖管道沟时，挖沟底部宽需根据管径确定，按管径基础上增加30 cm计；人工挖掘管道沟底部宽也需依据管径而定，其下限值以管径计。其有效开挖深度为覆土厚度、管径与超挖深度之和。

3.3 管道敷设工程

首先，要对工程选用的钢管质量进行检查，钢管必须具备制造厂的合格证明书并符合《碳素结构钢》质量要求。其次，钢管可以在制造厂加工或者根据工程要求在现场进行加工。在加工的过程中，要防止钢管表面损伤，如果钢管表面有严重磨痕，要进行打磨，使表面圆滑，并且打磨处的钢管壁的厚度要大于初始设计钢管壁的厚度。最后，在完成管道的焊接组接后，要对管道表面进行除锈和管道内部防腐工作。钢管的表面可以喷射专用铁砂进行除锈，在除锈完成后进行防腐处理。防腐时要注意，钢管焊接表面处应是光滑的，并且在进行防腐处理时，要注意全面、均匀进行防腐，以保证水质的安全。

除了检查钢管之外，还需要检查塑料管的质量。塑料管同样要符合出厂标准及携带合格证书。塑料管的管材和配件均要符合国家给水用的管材要求。同时，还要观察塑料管的插口表面是否平整，尺寸是否正确，这样才能确保管道之间安插时比较容易，也能保证密封性能良好。

供水管线采用承插式连接方式，在供水管网敷设过程中，为方便管道敷设和安装连接，需将供水管均匀牢固布置在土料上，使供水管敷设沿坡度变动。连接处要求零件对承压要求较高，即保证管线连接、转弯处不漏水，不堵塞。供水管线安装完成后进行土方回填，回填时，要防止供水管线发生移位，变形，甚至严重受损而漏水。

3.4 加压泵站施工

加压泵站施工程序如下：准备工作、测量土地面积、土地开挖、处理废弃物、安装管道、机械设备下地、回填土地。加压泵一般设置在地下水3 m左右，由于该地地形的原因，地下水比较丰富，考虑到施工人员以及设备的安全，要在加压泵施工过程中不断进行排水。将排水的设备布置在加压泵两侧，均匀布置，现场工作人员要保证设备能够持续运行，不影响工程如期完成。

加压泵站的施工需满足两方面要求，一方面，加压泵站结构要牢固可靠，外观整洁大方。本项目采用砖石砌体为建筑材料，既满足了美观的外形设计，又保证了设计强度要求。另一方面，要符合供水量和安全用水要求，施工严格按照技术规范进行，以保证居民饮用水供水安全。