農村飲水安全鞏固提升工程設計及施工效益分析

宋淑梅 劉玉慶 辛 龍

（呼倫貝爾市水利事業發展中心，內蒙古 呼倫貝爾 021000）

近年來，某縣由于降水量逐漸減少，地下水位受到嚴重影響［1-2］，再加上原供水管網逐年老化，跑冒滴漏現象頻頻出現，導致飲用水安全問題存在巨大隱患。為改善村民居住環境，保障生活飲用水安全，以某縣農村飲水安全鞏固提升供水工程為例，通過優化當地水資源配置［3-5］，保障農村居民正常生產生活用水安全。

1 工程概況

根據某縣地理情況和供水水源位置，優先考慮借助地形優勢，將管網敷設以重力傳輸為主，壓力傳輸為輔。

綜合考慮后期供水的安全性和維護的方便性，本次的飲水安全鞏固提升工程設計采用一條供水主干管負責居民日常供水，管徑為DN1500，既節省了大量建設成本，又保證了較高的供水效率。另外，還需加設加壓泵站，當重力引水無法滿足居民供水需求時，可利用加壓泵站進行加壓處理，實現對引水質量的調節，以保障居民飲用水的安全供給。該工程造價為1 524.26萬元，主要完成供水PE管道敷設21 210 m，土石方開挖回填8.48萬m3，混凝土80 m3。

2 供水工程設計

2.1 供水管網敷設方案確定

本項目實施主要為供水管網敷設，其主要道路及建筑均已修建完成，通過實地考察和勘測，調研水文資料，最終提出4種供水管網敷設方案。

一是利用部分現有供水管道，借助地形優勢，選擇建筑物較少、較為空曠的場地進行管網敷設。該方案的優點在于既可減少施工難度便于后期維護修理，又可利用現有管道節省成本。唯一的缺點在于新敷設管道所需占用空地，需要支出一定的占地補償費用。

二是規劃最短的敷設線路，保證供水管線敷設距離最短。但供水管線需要穿過人口密集的商業區域和主要城市道路，需對建筑物周邊和主要道路路面進行破壞，供水管網敷設完成后再進行恢復工作。該方案優點在于可有效減少占地的支出。但由于管道敷設于建筑物旁和主要道路下，后期修理和維護難度增加。

三是采取架空的方式敷設管道，這種方式可以保護管道不受地下水的腐蝕傷害，并且管道壽命長、坡度小、易保障。需要用的放水和專門排放氣體等設備較少，使用起來比較可靠，而且所需要的土方量小，在維護和管理上也較為方便。但架空敷設水管的方式只適用于地下水位較高，地區年降雨量大且當地土質濕潤度高的地區，否則極有可能會引起飲水工程崩壞，滿足不了農民群眾的水流量需求。

四是在地下空間進行管溝敷設。這種方案所需要用到的土地面積較大，但是檢查維修起來非常方便，而且在管道性質上也可以選取具有隔熱功能或者腐蝕性介質的管道。但是缺點也很明顯，占用土地面積大，涉及的費用較高，且需要在地下設置固定排水點，否則容易聚集污物，導致周圍環境清理困難。

綜合考慮上述4種供水管網敷設方案，以及供水管網的概算金額1 524萬元，在保證供水管網正常敷設的情況下，優先考慮節省施工成本及后期維護運行的難易程度，經過綜合比較，最終選用第一種方案作為施工的預選方案。

2.2 供水管材選取

飲用水安全供水工程管材需選擇無毒無害，耐腐蝕性好，承壓能力強的環保材料［6］。一方面，不會導致水質受到二次污染；另一方面，可以保障水資源供給安全。目前，水利工程中常用的管材有鋁塑管、聚氯乙烯管和PVC管。對這3種管材進行比較分析（DN110為例），如表1所示。根據表1管材對比，鋁塑管和PVC管雖然單價較為低廉，但其使用壽命較短，易老化，強度低，在后期供水管網運行中存在較大的安全隱患［7］。而聚乙烯塑料管（PE）具備較高的耐磨性，并且該材料無毒無害，使用壽命長，可二次回收。綜合考慮管材的使用安全系數和單價，最終選擇聚乙烯塑料管（PE）作為供水管管材，以保障農村飲用水供水安全。

表1 供水管網管材參數對比

2.3 供水水壓設計

通常農村飲水安全工程供水管網的供水壓力不得高于6個標準大氣壓。即加設的加壓泵站需控制好加壓力度，不得超過上限值，供水管材管徑大于110 mm時，選用PE100級管材，當管徑小于110 mm時，則選用PE63級管材，以保證供水管網可靠的承壓性，并降低管材成本。

2.4 供水規模計算

本飲水安全鞏固提升工程造價1 524.26萬元，某縣常住人口數量為9 386 705人，現通過供水管網將供水廠的飲用水通過供水主干管向各個居民住戶24 h供水。結合現場實際情況，確定供水規模主要由生活用水量、建筑用水量、其他用水量以及未預見水量組成。

居民生活用水量可按式（1）、式（2）計算：

式（1）、式（2）中：Q1為居民生活用水量，m3/d；Pq為供水規模用水人數，人；P0為常住人口數量，人；λ為涉及人口年平均增長率，取12%；n為工程設計年限，以15年計。其他用水量Q2和建筑用水量Q3取Q1的10%計。未預見水量Q4則按公式Q4=(Q1+Q2+Q3)×20%計算，則總設計用水量Q為Q=Q1+Q2+Q3+Q4。

2.5 管網水力計算

根據當地地形地貌和水原位置，本供水管網以枝狀網敷設方式為主，充分考慮施工難度和供水分區情況，結合最不利點水頭要求，供水管網管徑可按式（3）計算：

式（3）中：D為供水管管徑，Q為供水管段設計流量，V供水管水流流速。

沿程水力損失計算公式為：

式（4）中：hf為沿程損失，Q為供水管設計流量，D為供水管管徑，L為供水管長。f、m、b分別為硬聚氯乙烯管的經驗公式中的經驗值，其對應經驗值分別為94 800、1.77和4.77。

2.6 凈水工程設計

2.6.1 原水質達到飲用標準。以地下水水質條件為標準進行檢查，如果地下水符合衛生標準，經過紫外線消毒過后的水質安全，不含寄生蟲、病菌等有害體，在經過紫外線消毒后可直接供給居民飲用，無污染水源，可以更好地保障居民的飲水安全。

2.6.2 原水質不達標。依據地下水水質條件為標準進行檢查，如果地下水中化學元素含量超標，則引水工程在設計過程中需添加過濾罐去除地下水中超標的化學元素。經過過濾、消毒后，再供給居民使用。采用過濾罐消除多余的化學元素，不僅可以保證用水安全，而且過濾罐占地小，投資少，更利于農村飲水安全工程的鞏固和提升。

2.6.3 保護水流源頭。水流源頭周邊50 m范圍均化為飲用水水流源頭保護區域。相關行政部門和供水管理人員要加強對水流源頭的保護，嚴格防控，制止一切有可能會對水流源頭造成污染的危險因素。第一，在水流源頭的50 m范圍內，所有會產生污染源的建筑，如公共廁所、養殖基地、化糞池等全部遷移或取消。第二，供水工程在實施過程中要遠離水流源頭保護區域，并合理處置好供水工程建造過程中產生的廢水，禁止廢水流向水流源頭保護地。第三，在水流源頭保護區域的旁邊設立顯著標志牌，禁止人們在這里從事任何可能會污染水源安全的活動，并且在水流源頭的10 m范圍內設置防護欄，禁止閑雜人員等進一步接近水流源頭保護地。第四，供水單位要配備專業的管理人員，定期監測水流源頭地的水質情況。

3 供水管網施工

3.1 清理開挖土地表層

管槽開挖工程實施之前，應先對土地上的植物進行處理。先要把土地表面的一些垃圾、花草樹木等清理干凈，把有價值的材料和花草樹木安全挖掘出來并運到指定地點存放。在清理障礙物等垃圾時，把它們集中到安全的地點進行焚燒，注意做好防火措施。開挖時還要對土地表層的有機土進行存放，防止土壤流失，影響環境。

3.2 管道溝開挖工程

在開挖管溝之前，應先對地下施工作業區進行詳細檢查。檢查工程范圍內的地下是否有管道及電線覆蓋。如果有，應立即通知相關單位進行處理，并在電路覆蓋的區域增設標志。同時，通知工程設計師對檢查方案進行修改，經工程設計師核實無誤后，再進行開挖。

管溝開挖工程以機械開挖方式為主，以人工挖掘方式為輔。其中機械開挖管道溝時，挖溝底部寬需根據管徑確定，按管徑基礎上增加30 cm計；人工挖掘管道溝底部寬也需依據管徑而定，其下限值以管徑計。其有效開挖深度為覆土厚度、管徑與超挖深度之和。

3.3 管道敷設工程

首先，要對工程選用的鋼管質量進行檢查，鋼管必須具備制造廠的合格證明書并符合《碳素結構鋼》質量要求。其次，鋼管可以在制造廠加工或者根據工程要求在現場進行加工。在加工的過程中，要防止鋼管表面損傷，如果鋼管表面有嚴重磨痕，要進行打磨，使表面圓滑，并且打磨處的鋼管壁的厚度要大于初始設計鋼管壁的厚度。最后，在完成管道的焊接組接后，要對管道表面進行除銹和管道內部防腐工作。鋼管的表面可以噴射專用鐵砂進行除銹，在除銹完成后進行防腐處理。防腐時要注意，鋼管焊接表面處應是光滑的，并且在進行防腐處理時，要注意全面、均勻進行防腐，以保證水質的安全。

除了檢查鋼管之外，還需要檢查塑料管的質量。塑料管同樣要符合出廠標準及攜帶合格證書。塑料管的管材和配件均要符合國家給水用的管材要求。同時，還要觀察塑料管的插口表面是否平整，尺寸是否正確，這樣才能確保管道之間安插時比較容易，也能保證密封性能良好。

供水管線采用承插式連接方式，在供水管網敷設過程中，為方便管道敷設和安裝連接，需將供水管均勻牢固布置在土料上，使供水管敷設沿坡度變動。連接處要求零件對承壓要求較高，即保證管線連接、轉彎處不漏水，不堵塞。供水管線安裝完成后進行土方回填，回填時，要防止供水管線發生移位，變形，甚至嚴重受損而漏水。

3.4 加壓泵站施工

加壓泵站施工程序如下：準備工作、測量土地面積、土地開挖、處理廢棄物、安裝管道、機械設備下地、回填土地。加壓泵一般設置在地下水3 m左右，由于該地地形的原因，地下水比較豐富，考慮到施工人員以及設備的安全，要在加壓泵施工過程中不斷進行排水。將排水的設備布置在加壓泵兩側，均勻布置，現場工作人員要保證設備能夠持續運行，不影響工程如期完成。

加壓泵站的施工需滿足兩方面要求，一方面，加壓泵站結構要牢固可靠，外觀整潔大方。本項目采用磚石砌體為建筑材料，既滿足了美觀的外形設計，又保證了設計強度要求。另一方面，要符合供水量和安全用水要求，施工嚴格按照技術規范進行，以保證居民飲用水供水安全。

4 效益分析

4.1 保障飲水安全

飲水安全直接關系著村民的身體健康，農村飲水安全鞏固提升工程設計及施工的有效實施，可有效保障農民群眾的飲水安全。

4.2 改善群眾生活質量

農村飲水安全制約著農村經濟發展，農村飲水安全鞏固提升工程在保障農民群眾飲水安全的同時，也能改善他們的生活條件，繼而可以改善農村群眾的生活條件和衛生習慣。

4.3 促進農村社會和諧發展

促進社會和諧穩定發展，全面建設小康社會，離不開農村居民的生存環境。農村安全飲水工程，可以進一步保障農村群眾基本的生存條件，同時促進“三農”政策在農村具體落實。

5 結語

通過深入分析該工程供水管網設計、水力計算、管材管徑、施工工藝和技術參數，確保農村飲水安全鞏固提升供水改造工程的順利完成，以保障當地自來水的供水效率和飲水安全。解決農民群眾的飲水安全問題，可顯著改善農民群眾的衛生條件和生活環境，促進農村經濟發展，縮小農村和城市之間的差距。