南方大石山區某村飲水工程設計

林春霞

【摘 要】受自然條件的限制，項目區村民長期以來都是依靠各自引用附近的山溝水飲用，飲用水質量得不到保證，嚴重影響了當地群眾的生產、生活，所以必須通過建設農村飲水工程集中解決群眾的飲水安全問題。文章通過對項目區經濟、人口、牲畜、地理位置的分析，經過水力計算，得出該飲水工程的取水方式及供水方案，可為類似工程提供經驗和參考。

【關鍵詞】人畜飲水工程；大石山區；設計

【中圖分類號】F426.1 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）07-0049-04

1 工程概述

項目所在地位于南方某省西北大石山區，易澇易旱，農業生產條件差。項目區群眾長期以來都是依靠各自引用附近的山溝水飲用，時常受到季節性、天氣干旱的影響，每到天氣干旱或枯水季節，井水干涸、山溪水斷流。并且隨著生產的發展，人們使用化肥、農藥增加，加上生活廢水的隨意排放，使可飲用水源變得越來越少。為解決生活用水問題，群眾不得不花費大量的時間和精力去取水，這給當地群眾生產、生活帶來很大的影響。近年來，隨著農村經濟的發展，農民生活水平的提高，對飲用水水質的要求也相應提高，迫切需求飲用上潔凈衛生的自來水。

本工程計劃供水范圍主要為某村，現狀供水總人口為405，解決飲水不安全人口為405，設計人口為456（設計年限為15年，人口自然增長率為8%）。

2 自然條件

項目所在地屬碳酸鹽巖溶地貌，群峰林立，山勢陡峻，山頂海拔多在600～800 m，多呈尖頂狀和鋸齒狀。該地區地表無河系，地下河發育，十天不雨地望天，暴雨一場垌成淵。易澇易旱，農業生產條件差，歷來是山窮水缺的大石山區。

該區域屬亞熱帶季風氣候區，總的氣候特征為冬季短，夏季長，春秋相等；雨量充沛，氣候溫和。該地氣象站1958～2006年實測資料統計表明：多年平均降雨量為1 560 mm，最大年降雨量為2 211.3 mm（1993年），最小年降雨量為1 066.5 mm（1963年），多年平均蒸發量為1 503.1 mm。但時空分配不均，降水集中在每年的5～8月，而9月上旬至次年3月多為少雨旱季，月降水量小于50 mm，這期間可出現連續1～2個月不降雨的情況，為農村飲水最困難時期。降雨的時空分布不均，是造成項目區缺水的主要原因之一。

由勘察可知，工程區周邊不存在大型工業廠礦污染區。水源水檢驗均根據《地下水環境質量標準》（GB 3838—2002）、《生活飲用水標準檢驗方法》（GB/T 5750—2006）及《生活飲用水衛生標準》（GB 5749—2006）的規定，符合相關水質要求。

工程項目區地形復雜，巖溶發育，山頂海拔多在600～800 m，巖石主要屬于碳酸鹽巖類，厚度達500～1 000 m。本工程擬建的大口井、沉淀過濾池等取水系統建筑物地基均為巖石基礎，且無斷裂帶，所以整個工程地質方面達到工程建設實施要求，工程地質條件良好。

3 人飲工程設計

從工程建設造價和運行成本方面考慮，本工程采用打大口井引水的取水方式，本次設計擬從大口井用潛水泵抽水將井水引至水池，然后通過配水管網重力直供用戶家中。

根據本供水工程的自身特點，確定本工程工藝流程為井水→濾池→消毒→清水池→配水管網→用戶。

3.1 供水量計算

本工程以考慮近期為主，并適當考慮遠期發展，結合當地經濟發展趨勢，擬設計規劃年限按15年設計。

該工程供水區域為1個自然村，現有人口為405，人口自然增長率按8‰計算。

（1）居民生活用水量W：

式中，W為居民生活用水量，m3/d；P為設計用水人口；P0為供水范圍內的現狀常住人口數，其中包括無當地戶籍的常住人口；ν為設計年限內人口的自然增長率，可根據當地近年來的人口自然增長率確定；n為工程設計年限；P1為設計年限內人口的機械增長總數，可根據各村鎮的人口規劃及近年來流動人口和戶籍遷移人口的變化情況按平均增長法確定；q為最高日居民生活用水定額，L/人·d。

本工程所在地為某省西北部地區，設計用水條件為全日供水，戶內有洗滌池和部分其他衛生設施，根據《村鎮供水工程設計規范》（SL 687—2014）中“4.1.2表”的規定，最高日居民生活用水定額取值范圍為90.0～130.0 L/人·d，結合當地具體情況，最后取值為100.00 L/人·d（寄宿師生按40 L/人·d計）。

（2）公共建筑用水量（Q2）：公共建筑用水量主要考慮學校及幼兒園的公共用水量，經現場走訪調查，該供水范圍內無公共建筑，故不考慮公共建筑用水。

（3）畜禽用水量（Q3）：本工程設計居民用水量時，禽畜用水量已經考慮在內，故禽畜用水量取值為0。

（4）管網漏水與其他未預見用水量（Q4）：根據規范：管網漏失水量和未預見水量之和，宜按上述用水量之和的10%～25%取值，村莊取較低值、規模較大的鎮區取較高值。結合當地的發展情況，管網漏失水量和未預見水量之和按上述用水量之和的10%取值。

（5）企業用水量：本工程項目區內不涉及企業用水和消防用水，故不單列出來。

（6）設計總供水規模（Q）：設計總供水規模（即最高日供水量）Q=居民生活用水量（Q1）+公共建筑用水量（Q2）+畜禽用水量（Q3）+管網漏失水量及其他未預見用水量（Q4）。水量計算結果見表1。

因此，設計供水規模取55.0 m3/d，即輸水總管設計取水量為55.0 m3/d。

3.2 取水構筑物設計

3.2.1 取水構筑物形式和位置

根據項目區的自然環境及水源情況，經過實地勘察，本次設計在該村東部打一口大口井作為水源。

3.2.2 取水構筑物情況

本工程抽水井采用大口井，地面高程為256.00 m，本次設計初步確定水井內徑為3 m，壁厚0.3 m，井深11.0 m，井底高程為245.35 m，井頂部為259.20 m高程。井上部為一層磚混結構圓形泵房，泵房內徑為3.24 m，高3.0 m，采用M5漿砌磚砌筑，墻厚180 mm。泵房內主要布置水泵配套電氣設備與二氧化氯消毒器。

由于潛水通過井壁進入井內，所以在井壁處每隔1 m做一水平進水孔，孔徑為10 cm，孔里填充濾料，外層填細砂，內層填砂礫石。孔兩端部用鍍鋅鐵絲網封起。進水孔從247.00 m高程至251.00 m高程布設，孔與孔間按梅花形交錯布設。

3.2.3 水井產水量估算

水井采用大口井形式，其計算參數如下：最低抽水水位為247.15 m，地層滲透系數根據《給排水設計手冊》第3冊“表3-2”，取1～5 m/d（粉砂）。

經計算，水井的來水量為Q=306.3 m3/d，大于最高日抽水量55 m3/d，來水量滿足要求，所以本次設計大口井的井深為11 m，井徑為3.0 m。

以上計算為水井的理論推測產水量，當水井按設計尺寸施工完成，而實際產水量不滿足設計要求時，可增設多條輻射管來增加來水量。輻射管用DN100鋼管，管長15 m，管上開孔率為20%。

3.2.4 抽水泵的選型

3.2.4.1 低位抽水泵選型

3.2.4.2 水泵設計流量的確定

水泵設計流量如下：

Q泵=Q凈=Wdmax/t

考慮到鄉鎮供水規模小，集中用水時間較短，為減少運行人員，水泵每天工作時間取8 h。Q泵=55/8=6.875 m3/h。

3.2.4.3 水泵揚程的確定

水泵揚程計算：

H泵=H實+h損+h凈

H泵為水泵設計揚程，m；H實為凈化系統進口與抽水點水位差；h損為泵站進出口管道揚程損失；h凈為凈化系統所需水頭。

經計算，H實=280.600-247.150=33.450 m，h損=4.616 m，h凈=0 m；H泵=38.066 m。

3.2.4.4 水泵選擇

水泵選用SQJ系列潛水泵，型號為100SQJ8-47.5/14，共2臺，一用一備。水泵特性見表2。

本工程輸水管道總長270 m，設計輸水管擬采用DN65鍍鋅鋼管；配水管網已建有，故本次設計不考慮新建配水管。

3.3 水處理構筑物設計

3.3.1 水處理構筑物設計凈水流量

處理系統每天工作按8 h計，凈水構筑物或凈水裝置的生產能力應按最高日供水量+水廠自用水量、日工作時間確定。

上式中：Qah為水處理構筑物（設備）設計流量（m3/h）；Qd為最高日用水量（m3/d）；T為水處理構筑物（設備）每天的工作時間（h）；要求消毒處理設備凈水能力為Qah=55/8=6.875 m3/h。

3.3.2 簡易濾池

本次新建2 m3濾池采用C20鋼筋砼箱形結構，地面高程為285.20 m，平面尺寸為2.65 m×1.80 m，高1.73 m，池壁厚150 mm，頂板厚100 mm，底板厚200 mm。按進水方向，濾池中間由厚150 mm隔墻分隔成2室，水流先經沉淀池，再進入過濾池，濾池埋深為1.4 m。

3.3.3 消毒設計

水凈化消毒方式一般為濾前或濾后消毒，或泵前泵后（泵站吸水口或出水口）消毒。消毒液、劑常采用投放二氧化氯和漂白粉消毒。特殊水質如鐵錳超標、pH值偏低、水硬度超標，可用暴氣氧化法和接觸氧化法（或專用除鐵錳設備）去除鐵錳；可用投加石灰水的方法解決pH值偏低、硬度超標問題。結合本工程的實際情況，本工程選用JY-10二氧化氯混合高效消毒器1套，具體操作由廠家指導或設備安裝說明書進行。

3.3.4 清水池設計

由于本工程擬采用自壓供水，根據工程實際情況，工程調節系統采用高位水池（兼作清水池）。根據規范要求，清水池的容量按最高日供水量的20%～40%設計，本工程最高日供水量為55 m3，清水池容量取日供水量的40%計，即55×40%=22 m3，由于當地較缺水，存在枯水期用水不足的現象，考慮到在枯水期來臨前多蓄存清水以度枯水期，并考慮經濟合理及長遠利益，新建清水池容積取為100 m3。

水池采用鋼筋混凝土結構，水池形狀為圓形，內直徑為6.4 m，池壁厚0.20 m，凈高3.5 m，有效水深3.3 m，池底高程為278.55 m，池頂高程為282.53 m。

由于本工程采用自壓供水，無需另行加壓，因此清水池的高程的選定將關系到工程的供水范圍及供水水壓，而且將關系到工程管網的安全運行和管道工程的投資。本次新建清水池地面高程為280.0 m。

3.4 輸水管設計

3.4.1 輸水管徑選擇

管徑選擇原則：用經濟流速（0.8～1.2 m/s）確定管徑。根據《給水排水設計手冊》第3冊，一般對于輸水管和管網，局部水頭損失不做詳細計算，按沿程損失10%計。輸水管過流能力按引水時間24 h計算。

初選管徑相接近的鍍鋅鋼管進行輸水管水頭損失計算。

3.4.2 輸水管水頭損失計算

該段輸水管沿程水頭損失采用《村鎮供水工程設計規范》（SL 687—2014）中“公式7.2.7-1及7.2.7-2”進行計算。

h1=iL

i=10.67C-1.852Q1.852d-4.87

上式中：h1為管段沿程水頭損失，m；L為計算管段長度，m；i為單位管長水頭損失，m/m；d為管道內徑（m）；Q為管段流量（m3/s）；C為海曾威廉系數，按規范SL 687—2014中“表7.2.7”取值，鍍鋅鋼管取125。

局部水頭損失按沿程水頭損失的10%計，故輸水管路水頭損失為hj=h1×10%。

則總水頭損失∑h損失=h1+hj。

根據輸水管進、出口水位差與輸水管總水頭損失之間的關系，通過試算確定設計采用的管徑。管徑選擇及水頭損失計算成果見表3。

3.4.3 輸水管道鋪設

本工程輸水管總長270 m，管道采用鍍鋅鋼管。輸水管道內徑為65 mm，管道敷設宜為地表明管。沿線地質情況基本一致，上部為黏土及殘坡積土。若管線通過耕作區，應埋設PVC管，管內徑與鍍鋅鋼管大小一樣，為65 mm，設計要求管預埋深度在耕作區大于1.0 m。

3.4.4 輸水管附屬建筑物

（1）鎮墩輸水管道在轉彎（轉彎角度>10°時）及地形變化較大處一般設置支墩，使壓力管道在外力作用下，能安全運行，作用在支墩上外力主要如下：①水管自重力，分為軸向分力和垂直于軸向分力；②水管轉彎處的內水壓力；③管內水流對管內壁的摩擦力；④水管轉彎引起水的離心力。

在以上合力的作用下驗算鎮墩的抗滑、抗傾穩定。經計算，鎮墩尺寸長×寬×高為0.5 m×0.5 m×0.5 m，采用C20砼澆筑。

（2）管線標志。在顯著的位置設置醒目的永久性管線標志，以防錯挖破壞輸水管。標志樁沿管道中心線每50 m（或適當位置）埋設150×150×700 mm砼樁，露出地面165 mm。

3.5 配水管網設計

經現場踏勘發現該屯已布置配水管網，故本次不再進行配水管網設計。

4 結語

水利是經濟發展的命脈，也是人類賴以生存的基本物質條件之一，該工程建成后，可集中解決群眾的飲水安全問題，解放大批的勞動力從事其他生產和經濟活動，對提高農民經濟收入、縮小城鄉差距、保障農民身體健康、促進社會經濟發展具有十分重要的意義。

建設農村飲水工程也是建設社會主義新農村所必需的基礎設施，這對加強黨的領導及維護地區特別是廣大農村地區的穩定、促進地方經濟的發展，以及對構筑和諧社會具有重要而深遠的意義。

參 考 文 獻

[1]SL 687—2014，村鎮供水工程設計規范[S].

[2]上海市政工程設計研究院.給水排水設計手冊·第3冊·城鎮給水[M].第2版.北京：中國建筑工業出版社，

2003.

[3]冉海濤.廣西大石山區“飲水工程”調研報告[J].沿海企業與科技，2012（2）.

[責任編輯：鐘聲賢]