张庄供水站工程总体布置与设计

黄振锁，李金松

（德州市水利局水利施工处，山东 德州 253000）

0 引言

随着城镇化水平的不断提高，城镇居民和企业的用水量在不断增加，城镇供水网点也在不断增多，城镇供水管网规模也在不断扩大。饮水不安全与人们健康和生活密切相关，对保障人体健康、提高居民生活水平、促进社会经济发展与建设社会主义和谐社会更具有重要意义。而供水工程可以提供整个城市的生产生活所必需的自来水，对于人们健康和城市建设具有重要意义。陈桥镇张庄农村供水工程在长年的运行中存在一些问题，为保障农村居民身体健康、提高居民生活水平、促进社会经济发展与建设社会主义和谐社会，迫切需要对供水工程进行设计与布置，好让广大农民群众吃上安全、便利的自来水，建设社会主义新农村。

1 工程概况

据封丘县实际情况，本着力争接近实际的原则，就封丘县的地形条件、水文地质条件和水源类型选取6个典型工程进行设计，此次规划新建联村供水4处，选取陈桥镇张庄供水站工程进行典型设计。

在管材选择方面，目前用于供水的管材有球墨铸铁管，预应力混凝土管、钢套筒混凝土管、PVC-M管、PE管等。对于供水管道管材的选择，应考虑管材的安全可靠性、施工难易程度、工程造价、运行维修以及寿命等因素。

2 工程水文与地质

工程区属温带半干旱大陆性季风型气候，四季分明，春季干旱多风少雨；夏季高温炎热，降雨集中；秋季天高气爽，气候宜人；冬季寒冷干燥，雨雪稀少。多年平均降雨量609.10 mm，年内降水多集中在6—9月份，占全年降水量的60%以上。

浅层含水组由全新统（Q4）及上更新统上段（Q32）冲积砂层组成，底板埋深74～101m，由西向东渐浅。含水介质为松散的细砂、中砂层，一般可见3～7层，单层厚度5～20m，总厚度30～55m。由西向东，含水层厚度渐小，富水性渐差。据单井涌水量（5m降深计）可划分为强富水区、富水区、中等富水区。根据舒卡列夫水化学分类法，境内分布有HCO3-Ca·Mg·Na、HCO3-Na·Mg、HCO3·Cl-Na·Mg、HCO3·SO4-Na·Mg及复杂类型五种类型水。

现辖19个乡（镇），608个行政村，总人口81.54 万人，其中农村人口68.13 万人。全县各项经济指标在新乡市和全省居于后列，综合经济实力在全省县（市）排第98位，是全省最贫困的地区之一，2001年被定为国家级扶贫开发工作重点县，目前农村贫困人口达6.18 万人，占全县总人口的7.60%。全县农业耕地总面积6.53 万hm2，主要以种植小麦、玉米、水稻等为主，农民人均纯收入7393元。县域内地势平坦，县乡公路四通八达，电力及水利设施比较完善。

3 陈桥镇张庄供水站工程

陈桥镇张庄供水站工程量包括：打350m机井一眼，建管理房60.02m2，安装30m3压力罐1台（套）。配备潜水泵1台，备用潜水泵1台，配备消毒设备1套，除氟设备1套，铺设管网25266m，土方开挖12554m3，土方回填12554m3。

陈桥镇张庄供水站工程总投资209.19 万元，其中建筑工程投资147.45 万元，机电设备与安装工程投资34.91 万元，临时工程投资2.28 万元，独立费用5.54 万元，基本预备费19.02 万元，人均投资559.64 元。

工程设计采用打井抽取地下水，联村供水的型式，按全日供水工程进行设计。

工程供水范围为张庄、东樊庄、西樊庄、南王庄4个村，解决其农村人口3738人的饮用高氟水的问题。

张庄供水站需水量和管网水力计算方法同应举镇凤坡水厂工程计算方法。张庄供水站工程供水规模和管网水力计算成果见表1。

表1 张庄供水站规模计算表

最高日供水量为253.90m3/d，根据规范，时变化系数在2.30 ～3.00 范围内，此处取2.50 。

Qh=253.90 ×2.50 /24＝26.45m3/h。

4 工程总体布置

4.1 供水系统

张庄供水站确定采用地下水源，供水系统拟定水源井+变频泵直接供水方案和水源井+压力罐二次加压供水方案。从技术角度分析两方案均为可行方案，水源井+变频泵直接供水方案所需潜水泵扬程较大，前期投资较小，单运行成本较高，水源井+压力罐二次加压供水方案所需潜水泵扬程较大，前期投资较大，单运行成本较小。张庄供水站设计时采用水源井+压力罐二次加压供水方案。

拟采用的方案系统图示意如图1。

图1 供水系统方案图

4.2 水源及取水工程

根据项目区附近陈桥村已打成井的资料看，水源井深度450m，地下含水层厚度为56.45m，该井深0～100m为DN273×8mm螺旋钢管，井深100～450m选取DN159×8mm螺旋钢管，出水量为50m3/h。由于水源井深度较深。故张庄供水站选用管井，设计井深350m，配井用潜水泵提水。

4.3 消毒工艺确定

由于水源水质完全符合饮用水标准，所以仅对原水进行消毒处理即可。根据《村镇供水工程技术规范》，对于IV型供水规模的供水站可直接在取水处进行消毒，其消毒液投加在压力灌进水口处。

4.4 配水系统和管材选择

项目区共涉陈桥镇4个行政村群众3738人生活饮用水问题，采用树枝状配水管网。项目区地势平坦，最大高差0.80m，供水站在管网北部，位于张庄村北，距离较近。输配水管考虑到质量及耐久性能，选用PE管埋地敷设。

4.5 征地拆除范围和数量

工程永久性占地主要是井房及管理房，项目占地400m2（合0.04 hm2）。项目区不涉及移民。

5 工程设计

5.1 水源井设计

参考附近已建陈桥村水源井资料，同时结合封丘县当地实际情况，按现状实际人口考虑，张庄供水站设计新打350m深机井1眼，动水位14.00m，静水位5.00m，单井出水量57.20m3/h，作为张庄供水站供水水源。水源井管材均采用钢管，井深0～100m之间选取DN273×8mm螺旋钢管，井深100～350m之间选取DN159×8mm无缝钢管，其中滤水管采用桥式镀锌滤水管，长度≥30m，取水层以上全部用优质黏土球回填。

5.1.1 水源井出水量计算

根据裘布依稳定井流承压水完整井出水量计算公式：

式（1）中：K—含水层渗透系数，细砂渗透系数为1～5m/d，取为2m/d；中砂渗透系数为5～20m/d，取为5m/d；M—承压含水层厚度，根据张庄村附近已成井陈桥村机井地质资料，中砂含水层厚度为23.70m，细砂含水层厚度为32.75m；S—抽水降深，取为9m；R—抽水影响半径，R=10SK1/2，当K=2时，R=103.40m，当K=5时，R=201.20m；r—管井半径，为0.08m。

经计算Q#=57.20m3/h。取Q#=32m3/h，符合设计要求。

5.1.2 滤水管过水能力计算

式（2）中：Qg—过滤器的进水能力，m3/s；Dg—过滤器外径，为0.16m；Lg—过滤器有效进水长度，Lg=50m；N—过滤器进水面层的有效孔隙率，根据《机井技术规范》钢管过滤器进水面层孔隙率取25%，有效孔隙率取进水面层孔隙率的50%，故N=0.13；Vg—允许过滤器进水流速，查《村镇供水工程技术规范》表4.1.3-2，为0.01m/s。

Qg=3.14 ×0.16 ×50×0.13 ×0.01 =0.03m3/s。

滤水管过水能力大于设计取水量，符合设计水量要求。

5.1.3 井孔直径计算

式（3）中：DK—井孔直径，m；Q—设计取水量，m3/s；Lg—过滤器长度，m；Vj—允许井壁进水流速，m/s。Vj=K1/2/15，K为开采含水层的渗透系数。

DK≥32/3600/［3.14 ×50×（5÷24÷3600）1/2/15］=0.12m

井孔直径0.16m大于设计孔径，符合设计要求。

5.2 取水泵站设计

根据上述压力罐的选型气压水罐压力计算成果，进行水泵选型。

5.2.1 水泵扬程确定H

水泵扬程H由下式计算：

由以上计算可知：P1－为0.44 MP

P2－为0.68 MP

故水泵扬程为：H=100×（0.44 +0.68 ）/2=56m

5.2.2 水泵型号选择

根据最高日最高时流量和计算水泵扬程，参考市场中的水泵型号标准，此典型工程选择型号为200QJ32-65/5的潜水电泵。电机功率11kW，可以满足张庄村供水站的供水要求。

5.3 输水管道设计

供水站位于项目区北边，输水管道向南走，管径de110，管材采用埋地PVC-M管。树枝状管网输水，管线没有明显凸起点和低凹处，且沿干管分支管较多，不需专设排气、排水阀门（井）。管道采用埋地暗敷，埋深1m，顶部覆土。穿越公路采用顶管施工。每个分支管道均设进水阀门（井）及水表（井）。

5.4 净配水工艺设计

5.4.1 消毒处理

此工程水源已符合《农村实施〈生活饮用水卫生标准〉准则》的要求，不必处理，但按《村镇供水工程技术规范》中9.13.1规定“生活饮用水应消毒”。

在水泵与取水井管之间的供水管道中采用次氯酸钠消毒柜，利用电脑微机控制，通过消毒柜内置加压泵，根据管道供水流量大小，自动调节次氯酸钠的加药量。消毒柜采用MBS/C—15/3或者JS—322型次氯酸钠消毒柜。

加药消毒后，保证水游离性余氯不低于0.10mg/L，管网末梢水游离性余氯不低于0.10mg/L。

5.4.2 除氟方案

此次除氟设备选用厂家定型设备，根据现状规模最高日工作时流量，拟选定20m3/h除氟罐2台。

除氟设备布置在井与压力罐之间，消毒管路之前，井水经除氟后入压力罐。

5.5 配电工程设计

架设380V电力线路300m，电路电器布置有总开关控制、下设有水泵控制开关、消毒柜控制开关、照明控制开关。

水表安装和入户设计同管网延伸部分。

5.6 建筑设计

此工程按净水工艺流程顺流布置，配水均匀，并留有足够的施工维修通道。

考虑到供水站工程规模较小，新建管理房一座，面积60.02m2，厕所一座，面积24.50m2，压力罐棚一座，面积45m2。

5.7 结构设计

①项目区位于封丘县，其风荷为0.40 kN/m2，雪荷0.35 kN/m2，工程地质条件良好，采用深层地下水，水冻深度0.18m，地震基本烈度Ⅶ度。②生产建筑使用荷载无特殊要求，地基承载力≥120kPa，抗震设防烈度按Ⅷ度设防。对结构设计无特殊要求。③结构形式均为砖混结构。

6 总结

陈桥镇张庄供水站工程顺利实施，将提升了整个农村的供水保证率和环境水平，同时，与现有其他水源联合调度，供水将不再受季节的影响，从而大大提高城市供水的保证程度，为陈桥镇张庄提供了充足的水源保障，对该区经济社会发展具有重要作用。