天祝县南阳山片供水保障改造提升工程设计

王丽萍

摘要 为了掌握供水管线运行情况，实时掌控供水管线内供水压力及流量数据，根据工艺流程设置监测仪表站，并配套自动化监控系统。工程主要建设内容为水厂消毒设备更新改造1套，在线监测设备1套，改造提升输配水管道60.1 km，配套自动化监测、监控系统26套，修建各类分水井、阀门井、排气阀井及管道监测设备井115座。并通过对天祝县南阳山片供水保障工程设计的研究与分析，分析了人畜饮水工程设计中的原则和方法。

关键词 供水保障；工程设计；自动化监控系统

中图分类号：TU991.6 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2023）12–0-03

Design of Water Supply Guarantee Renovation and Improvement Project in Nanyang Mountain Area of Tianzhu County

Wang Li-ping （Water Affairs Bureau of Tianzhu Zangzu Autonomous County， Wuwei City， Gansu Province， Tianzhu， Gansu， 733200）

Abstract In order to grasp the operation of the water supply pipeline， real-time control of the water supply pressure and flow data inside the pipeline， set up monitoring instrument stations according to the process flow， and equip them with automated monitoring systems. The main construction content of the project includes updating and renovating one set of disinfection equipment for the water plant， one set of online monitoring equipment， renovating and upgrading 60.1 km of water transmission and distribution pipelines， supporting 26 sets of automated monitoring and control systems， and constructing 115 various water distribution wells， valve wells， exhaust valve wells， and pipeline monitoring equipment wells. And through the research and analysis of the water supply guarantee engineering design in the Nanyangshan area of Tianzhu County， the principles and methods in the design of human and animal drinking water engineering were analyzed.

Key words Water supply guarantee; Engineering design; Automated monitoring system

2014年通过实施《天祝县南阳山片农牧村饮水安全工程》，修建南阳水厂，水厂日供水量（即最高日供水量）为4 750.12 m3/d，水厂水处理规模按5 000 m3/d设计。工程以南阳山供水工程末端二道墩注入式水库为水源，铺设输水管自压输水至净水厂，经混合、絮凝、沉淀、过滤、消毒处理后，通过清水池调蓄，利用南阳山供水工程人饮主管道和铺设配水管网自压供水到户的工程措施。解决松山镇1～9号移民点30 000人，以及鞍子山村，鞍子山、土沟、大沟、马圈4个组、564戶2 311人的饮水不安全问题。一方面，饮水管道运行至今，部分村组管道出现渗漏现象，加之区域内人口增长，社会经济的高质量发展，需水量不断增加，致使供水能力已经难以满足区域内群众的生产、生活需水要求。另一方面，实施乡村振兴战略能够带动当地群众从事特色养殖业，牲畜数量增加，农村用水定额提高至80 L/d，需增加水量[1-3]。水厂消毒设施消毒能力已跟不上水处理能力，次氯酸钠发生器发生量远低于设计值，亟需更换消毒设备。

1 工程区域情况

工程区地处祁连山东部的褶皱带，北西—南东向延伸的中高山系，如马雅雪山、雷公山、毛毛山斜贯全区，海拔多在4 000 m以上，主峰白疙瘩高达4 447 m，山势高耸，构成工程区的外围高山区，工程区处于这些高山间的金强河槽地内，东部灌区北高南低，呈低山丘陵与条带状延伸的川滩地相间的地貌景观。本区地貌分带性明显，从高向低可分为侵蚀堆积垄岗状低中山丘陵区、山前洪积倾斜滩地及河（沟）谷川台区。工程区出露地层有新近系上新统临夏组（N2）和第四系上更新统（Q3）洪积、冲洪积及全新统（Q4）各种成因堆积物。

2 项目建设的必要性和可行性

按照中央关于全面推进乡村振兴、加快农业农村现代化的总体部署，全方位提升农村水利支撑保障能力，推进乡村产业振兴和高质量发展，天祝县经过进一步摸排普查发现个别乡镇村组供水管网存在建设年代久远、建设标准不高，为进一步提高居民生活用水保证率，减少管网漏损水量。通过此工程的实施将解决居民生产用水问题，提高项目区群众的用水保证率。

饮水是人类生存的基本需求，饮用水安全问题直接关系到广大人民群众的身心健康和生命安全，切实做好饮水安全保障工作是维护广大人民群众根本利益、落实科学发展观、坚定不移地走群众路线的基本要求。要将解决欠发达地区的饮水安全问题作为主要任务，着力打破制约贫困地区发展的体制机制性障碍，切实提高贫困地区人民群众生活质量。“十三五”以来，以“饮水安全有保障冲刺清零行动”为抓手，大力实施农村饮水安全巩固提升工程。

3 工程建设任务及供水范圍

3.1 工程建设任务

工程主要任务是更新改造水厂消毒设备1套，水厂消毒设备选用SYDC型电解法次氯酸钠发生器，巩固提升华藏寺镇南山村、中庄村、阳山村；松山镇阿岗湾村、德吉新村、祥瑞新村、达秀村、秀杰村、华吉唐村、藜香村、红石村、石塘村、鞍子山村（鞍子山组、大沟组、土沟组、马圈组）、中大沟村（月牙湾组、野雉沟组、红山根组、华尖滩）、滩口村（滩口组、河排水组）、红石村（崖头井组、一眼井组、红石组）、蕨麻村的人畜饮水保证率。为了掌握供水管线运行情况，实时掌控供水管线内供水压力及流量数据，根据工艺流程设置监测仪表站，站内仪表包括供水压力监测及供水流量监测，并配套自动化监控系统。

3.2 供水范围及对象

供水范围及对象为华藏寺镇南山村、中庄村、阳山村；松山镇阿岗湾村、德吉新村、祥瑞新村、达秀村、秀杰村、华吉唐村、藜香村、红石村、石塘村、鞍子山村（鞍子山组、大沟组、土沟组、马圈组）、中大沟村（月牙湾组、野雉沟组、红山根组、华尖滩）、滩口村（滩口组、河排水组）、红石村（崖头井组、一眼井组、红石组）、蕨麻村6 811户27 707人，大牲畜10 824头，小牲畜77 608只。

4 用水量的计算

4.1 居民生活用水量

依据天祝县2019年统计年鉴，当地人口自然增长率0.589%，此工程供水条件为“水龙头入户，有洗涤池，其他卫生设施较齐全”，根据《村镇供水工程技术规范》，居民生活用水定额取值范围为60～100 L/（人·d），结合当地实际情况取值为80 L/（人·d）（包括居民散养禽用水量、散用汽车和拖拉机用水量、家庭小作坊生产用水量）。

W1=Pq/1 000；P=P0（1+γ）n+P1（1）

式（1）中，W1表示居民生活用水量；P表示设计居民用水人数；P0表示供水范围内的现状常住人口，其中包括无当地户籍的常住人口；γ表示设计年限内县人口的自然增长率；n表示工程设计年限15年；P1表示设计年限内人口的机械增长总数；q表示最高日居民生活用水定额。

4.2 集体或专业户饲养畜禽用水量

依据《村镇供水工程技术规范》，饲养畜禽最高日用水定额，大牲畜日用水量按60 L/（头·d）计算，小牲畜日用水量10 L/（头·d）。

4.3 公共建筑用水量

公共建筑用水量根据《村镇供水工程技术规范》，按办公生活用水量的5%～25%概算，村庄为5%～10%，公共建筑用水量按居民生活用水量的10%计算。

4.4 管网损失及未预见水量

未预见水量和管网漏失水量之和按办公生活用水量、集体或专业户饲养畜禽用水量、公共建筑用水量之和的10%计算。

5 主要建设内容

工程主要建设内容为：为水厂消毒设备更新改造1套，在线监测设备1套，改造提升输配水管道60.1 km，配套自动化监测、监控系统26套，修建各类分水井、阀门井、排气阀井及管道监测设备井115座。

5.1 工程选址及选线

此工程为改造提升工程，工程选址及选线依据2014年已实施的天祝县农牧村饮水安全项目南阳山片饮水工程为准。

5.2 管材选择

供水管道管材的选择对工程的运行、管理和控制工程投资至关重要，管材选用时除考虑造价低廉外，还需考虑承压能力、施工难度及对地基适应性等因素。此工程设计中，管道的主要功能是给各居民供水，其综合保证率为95%。根据区域地形的不同，管道所承受的压力不同，大部分管道压力在1.0 MPa以上，属于中高压管道，结合此工程的实际地质与地形条件，保障供水的安全性和工程投资的合理性，结合目前饮水安全工程的设计经验，此工程配水管采用PE100级，PE管具有良好的耐腐蚀性和柔韧性，其抗无机物性能强于金属管，在埋地敷设时不需要采取防腐措施，施工方便，适应地基能力强。

5.3 输水管道设计

5.3.1 输水管线地质条件 此工程改造段输配水管线多布设于高山区，地基岩性主要为粉质壤土、砂壤土砂砾石层。

5.3.2 输水管线纵断面设计 重力流输水管道尽量顺地形布置，避免大的垫方或深挖方，尽量设计为顺坡。管线整体埋深应在冻土层以下。在管线起伏段的高出和向下弯处，设置排气阀。

5.3.3 输水管线横断面设计 项目区最大冻土深度在2.00 m左右，考虑管道埋设于冻土层以下，防止管道冬季发生冻胀破坏，管沟开挖采用梯形断面，管顶设计覆土高度2.0 m，管沟开挖边坡1∶（0.3～0.5）；根据地质勘察配水管线地层岩性为壤土及砂砾石层，对管基表层进行夯实处理；将管道置于压实层之上，压实层至管顶以上50 cm范围内采用原土回填，回填至管顶50 cm以上部位。

5.4 附属构筑物设计

为满足管道的检修及安全运行，在管道上设置减压阀井、排气阀井、管道监测设备井等附属建筑物。

5.4.1 减压阀井 减压阀井采用现浇钢筋砼矩形结构，根据井内设备安装尺寸，设计长2.1 m，宽1.5 m，井壁厚0.3 m，底板厚0.3 m，盖板厚0.2 m，全部用C25钢筋砼现浇，井盖为复合材料保温井盖。并在砼底板下部铺筑C15砼垫层。为防止冬季井内设备冻胀破坏，在盖板以上覆土0.5 m。

闸阀型号选为Z45X-16（暗杆式），公称压力1.6 MPa。减压阀型号为Y43X-16，公称压力1.6 MPa。

5.4.2 排气阀井 原则上在管道隆起点或最高点设置排气阀，依据《《城镇供水长距离输水管（渠）道工程技术规程》（CECS 193—2005）规定，输水管道在坡度＜1%时，宜每隔0.5～1.0 km设置进气排气阀，一般情况下，除在管道隆起点或最高点设置排气阀外，每隔1.0 km左右设置进气排气阀，进气排气阀的口径宜取输水管道直径的1/12～1/8。排气阀井采用PE装配式井，根据井内设备安装尺寸，设计内径0.8～1.2 m，深2.0 m，混凝土垫层0.15 m，井盖为复合材料保温井盖。

5.4.3 管道监测设备井 设备井采用现浇钢筋砼矩形结构，根据井内设备安装尺寸，设计长4.5 m，宽2.0 m，井壁厚0.3 m，底板厚0.3 m，盖板厚0.2 m，全部用C25钢筋砼现浇，井盖为复合材料保温井盖。并在砼底板下部铺筑C15砼垫层。为防止冬季井内设备冻胀破坏，在盖板以上覆土0.5 m。

5.4.4 入户井 水表井采用高分子纳米整体式工程塑料，根据井内设备安装尺寸，设计内径0.7～1.5 m，井深依管道埋深而异，底层设计为10 mm厚C15现浇混凝土，上层砌筑240 mm砖，砌筑高度根据底部穿过管径大小确定，其上安装井型号为（D1500/700）一套，在井口现浇1.2 m×1.2 m厚15 cm的方形井台，高分子纳米整体式工程塑料质量满足GB/T 8801—2007和Q/JJLS—2007技术规范。井内部设自来水阀门、智能水表等设备。

5.5 供水管线自动化检测、监控系统

为了掌握供水管线运行情况，实时掌控供水管线内供水压力及流量数据，根据工艺流程设置监测仪表站，站内仪表包括两路供水压力监测及两路供水流量监测。站内仪表的选型原则以满足工艺控制需要，安全可靠、经济实用为宗旨。

5.5.1 监测装置结构及参数 监测仪表站主要由两路供水压力变送器、两路供水流量传感器、遥测终端、蓄电池、充电控制器及太阳能板组成，分为3个部分，即测量部分、传输部分及供电部分。

5.5.2 测量部分 供水压力测量采用2088压力变送器完成。其将测量数据经转换输出，此模拟量信号可接入遥测终端进行测量数据采集。

供水流量测量采用插入式超声波流量计完成。其将测量数据经转换输出，此模拟量信号可接入遥测终端进行测量数据采集。

5.5.3 传输部分 测量数据采集传输部分采用遥测终端（RTU），一方面可以实现对测量传感器输出，模拟量进行采集、储存；另一方面可通过GPRS实现数据的无线传输，实现数据远传功能。同时，安装点的温度、压力应在传感器可工作范围以内，并充分考虑管内壁结垢状况，尽量选择无结垢的管道进行安装，如不能满足时，可将结垢考虑为衬里以求较好的测量精度。

5.5.4 安装位置及数量 监测仪表站共计安装8处，均匀分布于13.5 km的供水管线上。

6 施工组织设计

6.1 施工条件

6.1.1 工程条件 工程所需材料及设备可由汽车运至工地，交通便利。施工用水可从附近机井、渠道或河道拉运。施工用电可接附近低压线供给或小型发电机自发供给。各单项工程規模小，无永久性占地，施工简单，自然条件对施工影响较小。工程所需材料，水泥由就近水泥厂供给，钢材从武威或兰州市场购进。

6.1.2 施工布置 由于单项工程施工分散，为便于施工、易于管理、尽量少占用农田，建筑物施工在厂区附近闲滩地布置生产、生活用房、临时工棚及仓库等。管道工程分段施工，在受益区村庄附近布置。

6.2 主体工程施工方法

依据《村镇供水工程技术规范》（SL 310—2019）、《农村给水设计规范》（CEC S82—1996）、《砼结构设计规范》（GB 50010—2010）及《水工建筑物金属结构制造、安装及验收规范》（SLJ 201—80）等规范、规定进行。

6.3 施工总体布置

6.3.1 施工用电、水 施工期间用电：施工用电从附近村庄“T”形接线路即可，为保证施工顺利进行，配备1台30 kW柴油发电机作为备用电源，以满足施工用电的要求。

施工用水：附近人饮管道或机井拉运，水量满足施工用水要求，水质良好，一般对水泥不具有侵蚀性，水质符合施工标准。

6.3.2 施工交通 对外交通运输：项目区内乡村道路纵横交错，交通条件十分便利。

场内交通运输：此工程输水管线及建筑物布置虽线路较长，但工程沿线有县乡公路主要交通网络。

6.4 施工进度计划

根据项目区的实际情况、工程数量及施工难易程度，经统筹安排，综合平衡，确定总工期7个月。施工总工期包括施工准备期、主体工程施工期及工程竣工清理期。

施工准备期：2021年4月1—10日，主要完成临时道路、场地平整、临建房屋等工作。

主体工程施工期：2021年4月10—8月30日，主要完成输配水管网管沟开挖、阀门井土方开挖回填及管道安装。2021年6月1—10月1日，主要完成蓄水池修建、输配水管网管沟开挖、管材安装及打压试水、附属建筑物等工作。

工程竣工清理期：2021年10月1—30日，主要完成拆除和清理施工临时建筑物，以及试通水运行。

7 工程管理

项目实施前，应成立专门的管理机构，对工程的建设及管理实行项目法人责任制。为了确保项目工程的组织实施管理，由天祝藏族自治县水利建设管理站任项目法人，对工程的运行进行统一管理，制定具体管理措施，从工程设计方案编制、建设管理、质量管理、资金管理、项目验收等方面进行规范和细化，进一步增强操作性。

此工程竣工后分别交付天祝县水务局下设的水管处（所）负责工程的运行管理，此工程交由松山水管所管理。

8 工程概算

8.1 工程概算编制原则及依据

依据甘肃省水利厅发布的《甘肃省水利水电工程设计概（估）算编制规定》（甘水规计发〔2013〕1号）、《甘肃省水利工程营业税改征增值税计价依据调整办法》（甘水规计发〔2016〕260号）和《甘肃省水利厅关于调整水利工程计价依据增值税税率的通知》进行编制。此工程投资概算和计算均按小型工程计取。

8.2 投资概算的主要指标

工程总投资1 876.28万元，其中建筑工程1 414.81万元，设备及安装工程134.53万元，金属结构设备及安装工程59.36万元，临时工程24.13万元，独立费用118.87万元，基本预备费87.59万元，环保和水保部分投资36.99万元。

资金筹措：项目所需资金，通过申请中央预算内投资、地方配套、县级统筹整合等多渠道筹措解决。

参考文献

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