农村饮水安全巩固提升工程设计

张青霞

(泉州水务工程建设集团有限公司规划设计分公司，福建 泉州 362000)

1 前言

石井镇位于南安市最南部沿海地区，辖1个社区、25个行政村，全镇户籍总人口约8万多人。石井人民秉承先人艰苦创业的成功精神，围绕建设“现代化港口城镇”的总体目标，立足港口优势，挖掘区位潜力，壮大“石材、石化、航运渔业、新型轻工、旅游”五大支柱产业，充分发挥人文、区位、侨台优势，认真组织实施以发展乡镇企业为腾飞龙头的港口经济发展战略，推动经济社会全面发展。由于特殊的地理位置、地质条件和经济社会条件的制约，项目区存在严重的饮水安全问题。项目提升改造包含院前村和前坂村两个行政村，其中院前村由于水厂管网敷设范围不足，未能接入自来水，目前饮用机井水，但井水水质超标不宜作为饮用水源。前坂村虽有自来水入户，但配水管大部分管道材质为镀锌钢，由于管网敷设已有12 a，其末梢水质锈蚀、浑浊，经过水厂检测水质不能满足生活饮用水卫生标准要求。项目的实施能从根本上解决群众的饮水问题，向群众提供洁净、符合饮用水卫生标准的自来水，对改善当地居民的生活条件有着十分重要的作用。

设计通过水厂管网延伸向院内村和前坂村供水，新建De250～De40 PE管配水管网10 185 m；为院前村全村配备一户一表，配备De32 PE水表支管，每处30 m，共7 305 m；De20 PE入户管每户20 m，总长19 480 m；设置DN20水表974组，4～5个水表联合一处水表箱，共设水表箱244个；DN250～DN32阀门45个；排气阀4个；排泥阀11个；消火栓3套；阀门井45座。

2 工程地质

2.1 地形、地貌

项目供水管线基本沿现有道路边沿敷设。管网接入口位于院小公路及201省道旁，地形开阔，管网敷设范围内地形高差最大20 m左右，但范围较长，坡度平缓。

2.2 自然地理条件

项目区为亚热带海洋性季风气候，受东南季风影响，气候温暖潮湿，雨量充沛，区内昼夜温差不大，夏天炎热，冬天未见霜、雪，年平均气温约23℃。年平均降雨量1 890.00 mm，3-9月为雨季，5-6月份、8-9月份常见暴雨，9月至翌年2月为旱季。

2.3 地层条件

参照附近建筑工程勘察资料显示，项目区主要地层岩性如下：①粉质黏土：灰黄色，可塑，稍湿，以黏粉粒为主，含少量的细颗粒，切面光滑，干强度中等，中等韧性，无摇振反应，冲洪积而成，上部0.30 m为根植土或素填土(道路边)，主要分布在诗溪两岸冲积地表部。②坡残积层：主要为含碎石黏土，分布于丘陵的表面。工程区未发现不良地质情况，管线也不存在深挖方、高填方情况。场区工程地质条件符合工程建设需要。

根据1∶400万的《中国地震动反应谱特征周期区划图》和《中国地震峰值加速度区划图》，工程地震动反应谱特征周期为0.45 s，地震动峰值加速度为0.10 g，工程区地震基本烈度Ⅶ度。

3 工程规划

3.1 设计水平年的确定

项目以2015年为设计现状年，以2025年为设计水平年。

3.2 项目受益人口

根据《泉州市统计年鉴》石井镇近年来人口发展状况，本项目计算中，人口自然增长率取7‰，计算公式如下：

设计用水居民人数：

P=P0(1+γ)n+P1

(1)

式(1)中：P—设计用水居民人数，人；P0—供水范围内常住人口数，人；ϒ—设计年限内人口的自然增长率，此项目取7‰；n—工程设计年限，n=10 a；P1—设计年限内人口机械增长总数，根据各村的人口规划以及近年来流动人口和户籍迁移人口的变化情况，按年平均增长法确定，共249人。

其他各参数人口详见表1。

表1 供水人口统计表

3.3 供水规模

3.3.1 生活用水量

生活用水定额根据《村镇供水工程技术规范》中规定，根据实际调查项目村的主要用(供)水条件，石井镇为全日供水，户内有洗涤池和部分其他卫生设施，结合考虑当地居民日常生活用水情况及今后发展规划，因此最高日居民生活用水定额按取140 L/(人·d)。居民生活用水量可按下式计算：

W=Pq/1 000

(2)

式(2)中：W—居民生活用水量，m3/d；P—设计用水居民人数，人；q—最高日居民生活用水定额，L/(人·d)。

3.3.2 公共建筑用水量

村内有学校及活动广场等其他公用建筑物，但长期公共建筑用水量资料较少，按规范取居民生活用水量的10%计算。

3.3.3 消防用水量

消防用水量应按照《建筑设计防火规范》和《村镇建筑设计防火规范》的有关规定确定。消防用水按同一时间内火灾次数为1次，灭火10 L/s计算，火灾持续时间按2 h计算，消防用水量为72 m3/d。

行政村允许短时间间断供水，居民生活用水量与公共建筑用水量之和高于消防用水量，故供水规模不单列消防用水量。

3.3.4 管网漏失及未预见水量

管网漏失水量及未预见水量按上述三项用水量之和的15%计算。

3.3.5 配水管网变化系数

南安市石井镇自来水厂管网覆盖范围大，但此工程两个行政村分别处于水厂管网末端的两处末端，为提高供水保证率拟单个行政村日供水量规模来确定Kh值，根据计算院前村及前坂村日供水规模均<200 m3/d,因此取2.00。

经计算，设计水平年供水量见表2。

表2 受益人口供水量计算表

3.4 水质和水压

3.4.1 水质

项目水源为南安市石井镇自来水厂出厂水，出厂水水质检验结果详见南安市疾病预防控制中心检测的出厂水及末梢水水质检测报告书(编号HC16101～HC16103)。检测结果均满足国家标准《生活饮用水卫生标准》要求。项目需在院前村村委会内节点处增设二次加压泵站1处，项目建成后，应按规定定期清刷、清毒水箱及相应供水设施，以免造成自来水的二次污染，危害群众的身体健康。水厂将定期检测该片区的管网末梢水，检测结果必须满足国家标准《生活饮用水卫生标准》要求。

3.4.2 水压

工程2个行政村所涉及的自来水厂各接点处的水压值由水厂技术人员提供。其中，前坂村接口处水压0.30 MPa(地面标高约为6 m)，主管引至行政村东侧地势较高的地带，经计算，最不利点用户位于节点7处，其自由水头为15.25 m；院前村水厂接入口位置水压为0.25 MPa(位于郭前村)，将主管延伸至原已经敷设的管道进行衔接，从主管可分出配水干管至院前村东安上自然村，经计算，最不利点用户位于节点A3处，其自由水头为19.75 m。院前大村供水范围由于北面地形较高，地势高差达20 m左右，用水户范围较大，单根支管较长。为使地形高处的用户末端水压控制在15 m以上，且兼顾地形低处的用户水压不超过40 m,需将供水范围划分为南片不加压供水片区，及北面加压供水片区分别供水。经方案比选及试算后，确定在院前村村委会处设置一套无负压恒压变频供水设备，出口恒压38.00 m。经计算，院前大村南片不加压供水片区最不利点位于节点B7处，其自由水头为15.05 m。北片加压供水片区最不利点位于节点C12处，自由水头17.00 m。因此，院前村和前坂村的管网布置方案能够满足最不利点用户末端水头不低于15 m的规范要求。

3.5 水量平衡分析

石井镇自来水厂水源购买于南安市实康水务公司，其源水来自泉州市石壁水库等，该水务公司合并沿海三镇(官桥镇、水头镇、石井镇)供水管网。石井镇水厂目前的供水能力为5万m3/d，日供水量仅1万m3/d，仍有较大的富余水量。项目受益人口达6 790人，最高日用水量需1 202.40 m3。因此，自来水厂的供水能力能满足需水要求。

4 工程设计

4.1 管径选择

配水管网时变化系数Kh取2.00，配水管起始设计流量按下式计算：

q=Q×Kh/T

(3)

式(3)中：q—配水管设计流量(m3/h)；Q—项目村配水管供水规模(m3/d)；T—供水时间(24 h)。

配水支管的管径初选按下式：

(4)

式(4)中：v—经济流速，根据规范<500 mm以下管道可取0.50～1.00 m，工程取用0.60 m/s作为初选管径的依据。

管径初选结果见表3和表4。

表3 前坂村配水管管径初选表

表4 院前村配水管管径初选表

4.2 管材选择

工程建设内容是通往各个行政村的配水支管，配水支管管线走向基本沿现有道路布设，现对管材进行比选。市场上可供选择的管材品种较多，常用的有球墨铸铁、PPR管、PVC管、PE管。比较这4种管材的优缺点，球墨铸铁管每米造价较高，且需防腐，一般用于管道直径>500 mm时才从价格方面有优势；PVC给水管虽然造价较低，但硬聚乙烯材料较脆，且连接方式一般为胶接或者弹性密封圈连接，管线压力较大时，较容易出现接口爆裂问题，考虑工程的实际埋地情况和使用年限，应保证管材的可靠性，因此不考虑采用PVC管。PE管和PPR管造价适中，属柔性管、延伸性能好、适应地基能力强，有承压能力较强、重量轻、安装、起吊运输方便、内壁光滑、粗糙系数较低等优点，相比较而言PE管价格更具备优势，因此工程埋地均选用PE管，PE管接口方式采用热熔连接。

4.3 配水管道

4.3.1 管网布置

①院前村：管道接入口位于自来水厂管网末端，现已预留有一处阀门井，阀门直径DN250，从阀门井管道出口处接入，经实测该点的水压为0.25MPa，采用De250 PE管。管道沿院小路铺设，共设De250 PE管1 300 m，接至现已敷设的院前村De250 PVC主管处。②前坂村：管道接入口位于村口处阀门井，阀门直径DN150，该点水压为0.27 MPa。沿村东北面河边埋设主管，管径从De160～De63 PE管，沿线在各路口位置分配出支管，采用De75～De63 PE管(1.0MPa)，全村共布置配水干、支管3 415 m，均为破混凝土路面施工，管道埋设完成后混凝土路面恢复。③水表支管、水表箱及水表设置。为院前村全村配备一户一表，配备De32 PE水表支管，4～5个水表联合1处水表箱，共设水表箱244个；设置DN20水表974组；DN250～DN32阀门45个；排气阀4个；排泥阀11个；消火栓3套；阀门井45座。

4.3.2 加压泵选择

北片加压供水片区经选址及方案比选，确定在院前村村委会处设置1套无负压管网增压温流变频供水设备，出口恒压0.38 MPa，供水设备型号：ZBY-38/20-11×3,供水参数为：Q=20 m3/h、H=38 m、N=3×11 kW(增压泵为二用一备)。无负压管网增压稳流变频供水设备主要包含：微机控制器、变频器、水泵电机。设备与自来水管网直接串接，利用水泵工作的叠压原理，使设备可以充分利用自来水原有的压力，增加了变频调速给水设备的节能点。当自来水压力不足使用户末端压力低于设定的工作压力时，将通过真空抑制器及稳流补偿器中的检测装置采集稳流补偿器内的真空度及水文信号，通过微机控制真空抑制器及稳流补偿器中的特置装置动作，抑制负压产生，保证对管网不产生任何影响。

4.4 附属建筑物

4.4.1 阀门布置

阀门在配水管网中除了调节管道的流量和水压外，还要求在事故发生时能切断水源，保证维修。因此，阀门布置规定：管网中的阀门布置，应满足事故检修时隔断的需要，一般靠近管网节点布置，安装在连接管的下游；阀门间距原则上为200～500 m，但应结合具体地形起伏、穿越障碍物等实际情况适当调整，且阀门距离不应超过5个消火栓，消火栓连接管上应设置阀门。设计中阀门采用法兰闸阀，其阀径为DN50～DN150，型号选用Z45T-10，阀径DN50以下的选用黄铜闸阀，共布置各种检修阀门45个。阀门采用手动、暗杆阀门，以免启闭时阀门升降带来不便。阀门放置在阀门井内，阀门井大小应满足安装检修的需要。

4.4.2 消火栓

消火栓采用地上式，型号为SS100/65-1.0，消火栓与主管道之间采用Z45T-10DN100闸阀控制，阀门井规格同检修阀门井。具体安装参照《01S201室外消火栓安装图集》。消火栓的布置根据居民和主要建筑物分布情况而定，设于通行方便的街道边缘，室外消火栓距路边≤2 m，距房屋外墙≥5 m。工程共布置消火栓3处。

4.4.3 排气阀

排气阀的设置是为有效排除管内气体或在管道检修、放气时进入空气，以保持排水通畅，同时在产生水锤时自动进入空气，避免产生负压。工程考虑布设DN25口径CARX复合型排气阀，排气阀安装在同管段位置较高的阀门井内，不再单独设井。工程共布置自动进排气阀4个。

4.4.4 排泥阀

排泥阀的设置是为检修管道时放空管内积水、排出管道淤泥，另外当管道检修完毕恢复通水时可利用排泥阀排除不符合要求的水质和沉淀物。其布置原则为输水管、配水管网的低洼处须设置排泥阀；相邻两个阀门之间的管段的最低点应设置排泥阀。工程共布置11个。

4.4.5 镇墩

管道在其弯头和三通后背，采用C15素混凝土浇筑到管顶以上0.50 m，加固后背土壤，尽量利用管道与土壤的摩擦力抵抗水压对三通、弯头的推力，若受场地或其他条件所限，需设混凝土镇墩。管线转角>5°处，均设置混凝土支墩，管线转角<5°时，则用承插管自身逐渐借转，每节管转角控制≤1°。

5 结语

作为解决农村饮水安全巩固提升工程设计，工程结合南安市石井镇的工程地质和自然地理实际条件进行了详细的工程规划、设计及方案论证，同时依据规范合理选用市场新生的供水设备、输水管材和辅助设备，为农村饮水安全建设提供了更先进的设备和工艺。

工程建成后，可以向项目区群众提供洁净、符合饮用水卫生标准的自来水，将有效降低项目区居民的疾病发病率，促进项目区经济大发展，同时提高了农民的生活质量和健康水平，是党和政府为民办实事的重要举措。