重力輸水及供水系統設計研究

王　方

(太原市市政工程設計研究院，山西 太原　030001)

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重力輸水及供水系統設計研究

王方

(太原市市政工程設計研究院，山西 太原030001)

結合聞喜縣的水源概況，確定了該縣鑫源水廠的建設規模與廠址方案，從城區管網設計、凈水工藝、總圖設計等方面，闡述了重力輸水及供水系統設計方案，確保了供水的安全經濟性。

水廠，重力輸配水，供水管網，凈水工藝

聞喜縣城自來水廠采用深井地下水水源，實際供水能力只有0.3萬m3/d，與縣城實際需水量差距甚遠，無法滿足縣城人民生產、生活的需要。新建鑫源水廠源水取自小澗河水庫，水庫至縣城高差243 m，具有天然的重力供水優勢。如何充分利用水頭、減少能耗、保證系統安全經濟運行，成為設計研究的重點。

1　水源概況

小澗河是黃河的一級支流，位于垣曲縣西部，發源于聞喜縣石門鄉上陰里，入垣曲后流經朱家莊、毛家灣，在解峪匯入黃河。河流全長69.0 km，流域面積348.51 km2，平均縱坡為18.0‰，多年平均年排入黃河徑流量4 352萬m3。

石門河及橫榆河屬黃河流域小澗河水系，引水工程總控制流域面積117 km2，其中石門河39 km2，橫榆河78 km2。多年平均年徑流量1 392萬m3，P=95%年徑流量968萬m3，流域森林茂密，植被覆蓋較好，山溝內多有泉水流出，山澗溪流常年不斷，基流穩定。工程概況如下：在石門河跌水上游建閘壩1座，攔蓄石門河水，由石門河開鑿長3.225 km隧(涵)洞至橫榆河；在橫榆河建閘壩1座，兩河水量匯合后，開鑿長10.13 km穿越中條山的過嶺隧(涵)洞，引水至涑水河水系沙渠河已建成的小澗河水庫。小澗河水庫對引水進行日調節～月調節，自水庫輸水洞后接總長21.25 km的玻璃鋼管道(DN600)輸水至聞喜縣城。年總引水量為886萬m3，年供水量858萬m3。常年均可保證充足的水量，完全可以滿足新建地表水廠鑫源水廠2.0萬m3/d的源水需求。

2　建設規模

依據GB 50013—2006室外給水設計規范，按照縣城2020年規劃16萬的人口規模，人均綜合生活用水指標按二區中小城市考慮，確定最高日綜合生活用水指標為150 L/(人·d)。同時考慮工業用水量、管網漏損水量及未預見水量，確定供水規模4.0萬m3/d。依據縣城供水規劃，到2020年，聞喜縣自來水廠擴建至2.0萬m3/d，加上新建鑫源水廠2.0萬m3/d的供水規模，可滿足縣城供水需求。

3　水廠廠址方案比選

根據縣城供水規模及地區實際情況，采用生活、生產、消防統一的給水系統，形成由縣自來水廠及新建的鑫源水廠同時供水的多水源供水系統。新建鑫源水廠的選址主要有以下兩個方案：方案一：新水廠建在縣自來水廠旁。根據城區的發展規劃及現狀供水體系，由縣自來水廠負責整個城區供水，進行統一調度，統一管理。方案二：新水廠建在縣西吳村聞垣公路旁邊。根據城區的發展規劃及現狀供水體系，由縣自來水廠負責鐵西區的用水，新建水廠負責鐵東區的用水。

方案一：石門引水工程輸水管道重力流至自來水廠，泄壓入調節池。因自來水廠絕對高程為475 m，如供水至縣城，還需再次加壓40 m，浪費了大量水頭。新增拆遷征地費用、提升泵房動力費用。方案二：小澗河水庫最低水位713 m，考慮2 m的安全水位，取設計引水位715 m，到減壓站減壓至563 m，從減壓站至擬建鑫源水廠(縣城東3.3 km處西吳村的一處山地)，考慮30 m的水頭損失，到鑫源水廠自由水頭為533 m。水廠處理流程，水頭損失12 m，水廠出水水頭為521 m，與聞喜縣城仍有40 m～55 m的高差，具備重力供水的可能。因此，從減少拆遷、節約能耗的角度出發，鑫源水廠選址采用方案二的重力輸配水方案。

4　城區管網平差計算

配水管網的設計規模為4萬m3/d，一次規劃設計完成。根據城市發展的需要，再逐步實施完善城市配水管網系統。

經管網平差計算，鑫源水廠重力供水無法滿足鐵西區0.28 MPa的水壓要求，僅能滿足鐵東區供水要求，即自由水壓0.28 MPa、水量2萬m3/d。鑫源水廠建成后，逐步改造鐵東區供水管網，使鐵東區完全由鑫源水廠供水。其中，一部分水量輸送至原聞喜縣自來水廠清水池，通過加壓泵房輸送至用戶。到2020年，按照規劃，聞喜縣自來水廠擴建至2.0萬m3/d，可單獨滿足鐵西區供水需求；鑫源水廠將僅供水至鐵東區，實現雙水源單獨分區供水。配水管網按遠期規模和雙水源分區供水方式進行平差。根據平差結果，從鑫源水廠至聞喜縣城南環路環島之間的3.3 km輸水管線管徑為DN450，沿聞垣公路雙線敷設。

5　水廠凈水工藝

工藝技術方案參照太原市呼延水廠凈水工藝。工藝如下：原水→高效沉淀池→V型砂濾池→臭氧加活性炭吸附→消毒→出水，臭氧加活性炭吸附采用臭氧接觸池和活性炭濾池，消毒采用ClO2復合消毒劑，最大程度保證出水水質符合GB 5749—2006生活飲用水衛生標準。除無一級、二級提升泵房外，主要有以下幾個特點：

1)水庫至水廠之間的減壓站設計：經減壓閥后泄水至水池，水池再繼續重力輸送至水廠。該設計雖然浪費了部分水頭，但是卻最大程度的保證了下游輸水管路及凈水廠的運行安全，減少了減壓閥失效后下游爆管的事故危害。

2)上游小澗河水庫的取水頭部已經增設濾網，可以起到一定的過濾作用。由水庫至凈水廠之間的管路為密閉的玻璃鋼管，不存在新增樹葉等大型雜質的可能。因此，水廠前端未增設旋轉格網等格柵類處理設施。

3)充分的應急處理措施。增加粉末活性炭投加系統，在源水受到嚴重有機污染、色度增加時，應急投加于水廠進水管。增加高錳酸鉀投加系統，在源水受到嚴重有機污染、大量藻類增加時，應急投加于水廠進水管。

4)增加清水池事故容積。小澗河水庫采用單管向鑫源水廠輸水，根據GB 50013—2006室外給水設計規范的規定，應在鑫源水廠設置事故貯水池。考慮到輸水管的埋設環境和材質，事故搶修時間按8 h計，則所需事故容積W=20 000/24×8=6 667 m3。加上消防容積、調節容積，清水池總容積設計為10 000 m3。

6　總圖設計

擬建水廠位于聞垣公路東南側一處山地上，以充分利用水頭、盡量達到重力供水為原則，對廠區豎向進行設計。水廠由南向北分為四級階地：第一階地為預處理區、常規處理區及深度處理區(標高528.40～526.60)，第二階地為清水區及廠區供水泵房(標高527.00)，第三階地為污泥處理區(標高513.50)，第四階地為辦公及廠前區(標高505.00)。各區之間落差最高達13.5 m，采用道路、擋墻及植草邊坡分割，邊坡系數1∶2。廠區道路主干道寬6 m，人行道1.5 m。車行道路面材質為混凝土，道路橫坡1.0%～2.0%。受廠區高差影響，局部道路縱坡達到8%，為小區道路設計規范的最大值。廠區于聞垣公路一側開門兩處，一處為辦公區大門，一處為生產區大門。另外，在四級階地連接的綠化放坡上，新建室外臺階小路，便于員工出入生產區。廠內道路，人流、物流各行其道，互不交叉干擾，交通便捷。

7　結語

該供水工程是典型的重力輸水、供水工程，未建提升泵房和加壓泵站，節省能耗。通過減壓站中途水池的設置，保證了下游管路的運行安全。選擇了合理的清水池事故容積，確保了縣城用戶的供水安全。

[1]于澤高.利用周邊地形特點,探討重力供水模式[J].有色冶金節能,2007,24(4):49-53.

[2]趙紅書,賈景偉.復雜地形條件下重力流管道輸水管網設計研究進展[J].貴州水力發電,2012,26(2):68-71.

Research on gravity water supply and water supply system design

Wang Fang

(TaiyuanMunicipalEngineeringDesignResearchInstitute,Taiyuan030001,China)

Combining with the water situation of Wenxi, this paper identified the construction scale and site plan of Xinyuan waterworks in this county, from the urban pipe network design, water purification process, layout design and other aspects, elaborated the gravity water supply and water supply system design scheme, to ensure the safety and economy of water supply.

waterworks, gravity water distribution, water supply pipe network, water purification technology

1009-6825(2016)23-0127-02

2016-06-09

王方(1984- )，男，工程師

TU991

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