簡析以水庫水為水源的農村飲水安全工程設計要點

□（鄭州市水利建筑勘測設計院）

簡析以水庫水為水源的農村飲水安全工程設計要點

□胡鐵成（鄭州市水利建筑勘測設計院）

水是生命之源，是人類賴以生存和社會經濟發展不可替代的基礎性資源，質佳量足的安全水對防止各種疾病的發生、保障人體健康以及維持和提高人民生活水平都具有重要的意義，特別是農村飲水安全問題，更是關系著全面建設小康社會宏偉目標的實現。因此，在“十一五”和“十二五”期間國家投資修建了大量的農村飲水安全工程，其水源一般分為中深層地下水和地表水兩種，其中地表水水源多以泉水和水庫水為主。文章以位于河南省鞏義市的峽峪村供水工程為例，從供水規模確定、水量可靠性分析、工藝流程、機泵選型、凈水設計等方面，對以水庫水為水源的農村飲水安全工程設計要點進行了闡述說明。

水庫水；農村飲水安全工程；可靠性分析；設計要點

1 項目概況

峽峪村位于河南省鞏義市新中鎮南部，轄12個村民小組，飲水不安全人口1 036人，耕地42 hm2，區域面積9.50 km2。由于地處山區，地下水埋藏較深，群眾飲水困難，日常用水全靠屋頂接水、水窖蓄水和拉水來解決，飲水安全問題嚴重影響著群眾的生產生活和制約著當地社會經濟的發展。通過走訪調查，該村區域內有一座峽峪水庫，其位于黃河流域汜水河支流上，是一座以防洪為主、兼具灌溉、供水等綜合利用的小（2）型水利樞紐工程，控制流域面積12.50 km2，總庫容42.67萬m3，興利庫容11.80萬m3，按20 a一遇洪水標準設計，100 a一遇洪水校核，是不可多得的地表水源。峽峪村供水工程以峽峪水庫水為水源，通過提水方式，將水引至高位水池，凈化消毒后，鋪設管網供給用戶，以解決該村群眾的飲水安全問題。

2 供水規模確定

2.1 居民生活用水量

居民生活用水量按照設計水平年人口數量與最高日用水定額之積計算得到，計算表式為：

式中：

Q1—居民生活用水量，m3/d；P—設計用水居民人數，人；P0—設計范圍內的現狀常住人口數，P0=1 036人；γ—設計年限內人口的自然增長率，γ=7‰；n—工程設計年限，n=15；q—最高日居民生活用水定額，依據《村鎮供水工程設計規范》中“表4.1.2最高日居民生活用水定額”，鞏義市屬河南省轄區，按照氣候和地域分區，項目區屬于三區，峽峪村屬于省級貧困村，位于山區，居民居住分散，最高日居民生活用水定額按照“水龍頭入戶，有洗滌池，少量衛生設施”條件進行選取，確定為60 L/（人·d）。

將各參數代入上式可得Q1=69 m3/d。

2.2 公共建筑用水量

公共建筑用水量按照居民生活用水量的10%進行計算，Q2=69×10%=6.90 m3/d。

2.3 管網漏失及未預見水量

管網漏失及未預見水量之和按照上述用水量之和的20%進行計算，Q3＝15.20 m3/d。

2.4 最高日用水量Qd

最高日用水量Qd=居民生活用水量Q1+公共建筑用水量Q2+管網漏失及未預見水量Q3，Qd=91.10 m3/d。

2.5 設計平均日用水量

3 水源可靠性分析

農村飲水安全工程水源需要滿足水質和水量的要求，其中水質經凈化消毒后需要滿足《生活飲用水衛生標準》要求，同時水量的供水保證率不低于95%，嚴重缺水地區不低于90%。

3.1 水量可靠性分析

水量可靠性主要由95%供水保證率體現，由于峽峪水庫所在流域無長系列徑流資料，95%保證率的徑流量采用等值線圖法進行計算，查《河南省水資源》（2007年）得該流域多年平均徑流深R=108 mm，查《河南省地表水資源附圖》（1984年）得離差系數CV=0.56，偏差系數CS=2CV。

設計年徑流深、年徑流量由下式進行計算：

式中：KP——模比系數，可由PⅢ曲線查得；R——多年平均徑流深，mm；RP——設計年徑流深，mm；F——流域面積，F=12.50 km2；WP——設計年徑流總量，萬m3。

經計算，各種頻率下徑流量計算成果見表1所示。

表1 峽峪水庫各頻率徑流量計算表

徑流量年內分配按照同頻率典型年降雨年內分配比例進行分配，參照鞏義市塢羅水庫1964-2003年共39 a的實測降雨長系列資料進行經驗頻率計算，按配線法推求理論頻率，繪制理論頻率曲線，詳見圖1所示。由理論頻率曲線查得：保證率P＝95%時降雨量為300 mm，選取典型年為1987-1988年，其降雨量為309.20 mm。

圖1 峽峪水庫年降水量頻率曲線圖

峽峪村供水工程枯水年（95%保證率）徑流年內分配按照典型年（1987-1988年）降雨量年內分配比例確定，詳見表2所示。

峽峪村飲水不安全人口為1 036人，用水規模為91.10 m3/ d，日變化系數取1.30，設計平均日用水量為70.10 m3/d，設計平均月用水量為2 103 m3，設計平均年用水量為2.56萬m3，由表1可知，95%保證率下年徑流量為48.60萬m3，遠遠大于設計平均年用水量；同時由表2可知，枯水年（95%保證率）最枯月份（12月）產水量為1.26萬m3，大于設計平均月用水量2 103m3，即從水量方面說明，以峽峪水庫水為水源滿足95%供水保證率的要求，是可靠可行的。

表2 峽峪引提水工程枯水年（95%保證率）年徑流年內分配表

3.2 水質可靠性分析

峽峪水庫上游四周林木茂密，植被覆蓋率高，具有良好的水源涵養能力，一年四季徑流不斷，且無人居住，無廠礦企業，無污染源，通過鞏義市疾病預防控制中心進行取樣檢測，水質滿足《生活飲用水衛生標準》的要求，即從水質方面說明以峽峪水庫水為水源是可靠可行的。

4 工藝流程

峽峪村供水工程以峽峪水庫水為水源，水質較好，但考慮到汛期降雨和徑流增大，水庫蓄水中可能含有一定的泥沙，濁度增大，當源水的濁度不滿足直接接觸過濾工藝時，在進入清水池前進行凈化和消毒，同時考慮到現狀農村的供電電源保證率普遍不高，若采用變頻電泵直接通過配水管網向用戶供水，保證率無法保證，而采用高位水池或水塔進行調節較為合適，工藝流程詳見圖2所示。

圖2 工藝流程圖

5 機泵選型

5.1 設計流量

水源到水廠的輸水管設計流量，應按最高日工作時平均取水量確定，以峽峪水庫水為水源，需采用潛水泵將水從水庫中抽取至高位水池，水泵的日工作時間根據實際情況確定，一般每天≥8 h，取8 h計算，同時結合潛水泵的規格型號，確定設計流量Q=15 m3/h。

5.2 揚程計算

配套機泵計算揚程由下式進行計算：

式中：H—潛水電泵揚程，（m）；H1″—攔蓄液面至控制點（如高位水池水面）的高差（m），為42.36 m；∑h—攔蓄液面至控制點（高位水池）輸水管的總水頭損失（m），沿程水頭損失按下式進行計算，局部水頭損失按照沿程水頭損失的10%計取。

式中：h1——沿程水頭損失，m；L——計算管段的長度，m；i——單位管長水頭損失，m/m；C——海曾威廉系數，鋼管取125；Q——管段流量，m3/s；d——管道內徑，m。

經計算，輸水管道沿程水頭損失h沿=3.35 m，輸水管道水頭損失h損=h沿+h局=3.69 m，計算揚程為H=H1″+∑h損=42.36+ 3.69=46.05 m。根據設計流量和計算揚程，選取1臺型號為QS15-52/2-4型潛水泵，設計流量為15m3/h，揚程為52 m，功率為4 kW。

6 凈水工程設計

峽峪村供水工程以峽峪水庫水為水源，考慮到汛期降雨和徑流較大，入庫洪水不排除含沙量大、濁度高的情況，當源水的濁度不滿足直接接觸過濾工藝時，須進行絮凝、沉淀、過濾，因此該部分需要進行凈化和消毒設計。

由于峽峪村供水工程供水規模為91.10 m3/d，供水規模較小，凈化工藝選擇將絮凝、沉淀、過濾工藝組合在一起的一體化凈水設備來實現。一體化凈水設備選用廠家定型設備，設備參數即凈水能力為15 m3/h。

根據《村鎮供水工程設計規范》11.1條文規定，生活飲用水必須消毒。村鎮集中供水水廠的消毒方法有很多，根據原水水質和出水水質要求、消毒劑來源、消毒副產物形成的可能、水處理工藝，以及供水規模、管理條件和消毒成本等，并結合以往農村飲水安全工程的工程實例，參照相似條件下的運行經驗，綜合比較后確定，選用氯消毒。而氯消毒有多種形式，可采用液氯、商品次氯酸鈉溶液、電解食鹽現場準備消毒溶液、漂白粉、漂粉精或次氯酸鈉片劑等，考慮到不同氯消毒方法的安全性、可靠性、管理方便程度以及成本，該工程選用電解食鹽法制備二氧化氯消毒劑的方法進行消毒，對應常用的消毒設備為電解法二氧化氯發生器，設備參數為50 g/h。

7 結語

文章以位于河南省鞏義市的峽峪供水工程為例，重點從供水規模確定、水源可靠性分析、工藝流程、機泵選型以及凈水設計等方面，闡述了以水庫水為水源的農村飲水安全工程中的設計要點，為同類工程設計提供了很好的借鑒和參考。

S277.7

：A

：1673-8853（2017）01-0028-03

2016-11-21

（編輯：左英勇）

胡鐵成（1981-），男，工程師，主要從事水利工程設計工作。