飛畢聯(lián)合供水工程取水設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)分析

劉 瑞

(郎溪縣水利局，安徽 郎溪 242100)

0 引言

公共飲水關(guān)系到民生安全，是改善群眾生活質(zhì)量的需要。因此，如何長(zhǎng)期、持續(xù)、有效地為后續(xù)凈水廠提供足量、優(yōu)質(zhì)的原水是取水工程的重要任務(wù)[1]，也決定了供水工程的成敗。取水工程受水源地影響，根據(jù)各地的水資源條件、用水需求、地形條件、居民點(diǎn)分布等情況，應(yīng)本著“因地制宜、方便管理、節(jié)省投資、降低成本、安全可靠”的原則確定取水方案。本文基于郎溪縣飛畢聯(lián)合供水工程，就取水工程設(shè)計(jì)難點(diǎn)、要點(diǎn)予以詳細(xì)闡述分析。

1 工程概況

郎溪縣飛畢聯(lián)合供水工程覆蓋鄉(xiāng)村居民共76800人，其中農(nóng)村飲水不安全人口26100人和飲水不安全師生4400人。根據(jù)需水量預(yù)測(cè)確定郎溪縣飛畢聯(lián)合供水工程的取水規(guī)模為0.8萬(wàn)m3/d，年取水總量為292萬(wàn)m3，工程類型屬于集中供水Ⅱ型。輸水范圍為畢橋鎮(zhèn)新建水廠和飛鯉鎮(zhèn)為民水廠。其中，畢橋鎮(zhèn)新建水廠取水量為0.4萬(wàn)m3/d，飛鯉鎮(zhèn)為民水廠取水量為0.4萬(wàn)m3/d。供水到戶，集中供水水量保證率不低于95%。

2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

2.1 水源選擇

水源選擇主要從供水水量、水位、水質(zhì)的保證程度考慮。郎溪縣飛畢聯(lián)合供水工程位于郎溪縣，設(shè)計(jì)供水規(guī)模為0.8萬(wàn)m3/d，從水源的可靠性角度考慮，供水工程擬從塘埂頭水庫(kù)取水。塘埂頭水庫(kù)位于郎溪縣姚村境內(nèi)，距郎溪縣城約35 km，水庫(kù)控制流域面積49.5 km2，總庫(kù)容3180萬(wàn)m3，興利庫(kù)容1630萬(wàn)m3，死庫(kù)容200萬(wàn)m3，是一座以防洪、灌溉為主，兼顧供水、養(yǎng)殖等綜合利用的中型水庫(kù)。在保證區(qū)域灌溉用水、生產(chǎn)生活用水以及蒸發(fā)、滲漏損失的前提下，水庫(kù)最低水位為56.0 m，設(shè)計(jì)考慮到調(diào)節(jié)計(jì)算的不確定性，為保證取水的可靠性，擬定取水最低水位取死水位52.0 m。水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)均符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)Ⅲ類水體標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 供水方案

工程采用聯(lián)片集中供水，引水到戶的供水方式。主要任務(wù)是將塘埂頭水庫(kù)的原水分別輸送至畢橋鎮(zhèn)新建水廠以及飛鯉鎮(zhèn)水廠，主要建設(shè)內(nèi)容包括取水泵站、輸水管線、配水管線等。根據(jù)項(xiàng)目區(qū)的自然條件及實(shí)際情況，擬定三種供水方案。

(1)方案一：原水由一根DN350的球墨鑄鐵管從取水口經(jīng)過貓子山，輸送至毛家店附近，從毛家店附近接出兩根PE輸水管。其中，向西接出一根De280的PE管輸水至畢橋鎮(zhèn)新建水廠廠區(qū)凈水構(gòu)筑物，向北接出一根De315的PE管至畢橋鎮(zhèn)侯村，再由候村接出一De280的PE管至飛鯉鎮(zhèn)為民水廠廠區(qū)凈水構(gòu)筑物。到達(dá)兩座水廠的自由水頭為分別為54.41 m和5.12 m，均能滿足供水需求。但由于到達(dá)畢橋鎮(zhèn)水廠的自由水頭過高，需設(shè)置減壓閥一個(gè)，減壓閥型號(hào)為YJ416。

(2)方案二：原水由一根DN350 的球墨鑄鐵管從取水口經(jīng)過貓子山，輸送至十字鎮(zhèn)敬老院附近，從十字鎮(zhèn)敬老院附近附近接出一根De315的PE輸水管至毛家店。由毛家店附近接出兩根PE輸水管。其中，向西接出一根De280的PE管輸水至畢橋鎮(zhèn)新建水廠廠區(qū)凈水構(gòu)筑物，向北接出一根De315的PE管至楊竹山，再由楊竹山附近接出一根De280的PE管至飛鯉鎮(zhèn)為民水廠廠區(qū)凈水構(gòu)筑物。到達(dá)兩座水廠的自由水頭為分別為40.61 m和4.03 m，均能滿足供水需求。

(3)方案三：原水由一根DN350的球墨鑄鐵管從取水口經(jīng)過貓子山，輸送至十字鎮(zhèn)屋基沖附近，從屋基沖附近附近接出一根De315的PE輸水管至毛家店。由毛家店附近接出兩根PE輸水管。其中，向西接出一根De280的PE管輸水至畢橋鎮(zhèn)新建水廠廠區(qū)凈水建筑物，向北接出一根De315的PE管至飛鯉鎮(zhèn)為民水廠廠區(qū)凈水建筑物。到達(dá)兩座水廠的自由水頭為分別為29.43 m和4.06 m，均能滿足供水需求。

對(duì)于三種方案的比選主要從建設(shè)固定投資進(jìn)行比較。根據(jù)造價(jià)分析，方案一為最經(jīng)濟(jì)方案，因此推薦選擇方案一。輸水管線工程投資見表1。

表1 供水方案投資比選 單位：萬(wàn)元

2.3 取水工程布置

2.3.1 取水口位置選擇

從取水點(diǎn)岸邊流態(tài)、岸線沖刷情況按照“遠(yuǎn)近適宜、高低適中、保障有效、加強(qiáng)管理”的原則擬定工程取水口位于塘埂頭水庫(kù)壩址右側(cè)上游約150 m處，取水水源為塘埂頭水庫(kù)地表水。該位置岸邊開闊，周邊無(wú)養(yǎng)殖場(chǎng)及企業(yè)等，滿足取水要求和保護(hù)條件。

2.3.2 取水建筑物型式選擇

地表水取水的構(gòu)筑物型式可采用岸邊式取水建筑物或移動(dòng)式取水建筑物，現(xiàn)予以比選分析。

(1)岸邊式取水建筑物：適用于河(庫(kù)、湖等)岸坡較陡、穩(wěn)定、工程地質(zhì)條件良好，岸邊有足夠水深、水位變幅較小、水質(zhì)較好。優(yōu)點(diǎn)：取水可靠，維護(hù)管理簡(jiǎn)單，適應(yīng)范圍廣；缺點(diǎn)：投資較大，水下工程量較大，施工期長(zhǎng)。

(2)浮船式取水建筑物：適用于水源水位變幅大，但水位漲落速度小于2.0 m/h、水流不急、枯水期水深大于1 m、冬季無(wú)冰凌。優(yōu)點(diǎn)：投資少、建設(shè)快、易于施工(無(wú)復(fù)雜的水下工程)、有較大的適應(yīng)性和靈活性、能經(jīng)常取得含沙量少的表層水；泵站浮船由泵船和泵房組成，浮船通過搖臂棧橋及輸水管和岸邊支墩聯(lián)接，且通過2根鋼纜和岸邊錨固，水泵電機(jī)等設(shè)備不是置于露天，河流水位漲落時(shí)，無(wú)需移動(dòng)船位，操作管理較方便。

通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合比較，設(shè)計(jì)選用浮船式取水建筑物。浮船式泵站主要由浮船及搖臂聯(lián)絡(luò)管組成。浮船由泵船和泵房組成。泵船采用CCSA 船用鋼板焊接而成，結(jié)構(gòu)尺寸為14.2 m×7.4 m×1.5 m(長(zhǎng)×寬×高)；泵房采用夾芯彩鋼板焊接而成，結(jié)構(gòu)尺寸為11.2 m×3.8 m×3.2 m(長(zhǎng)×寬×高)。浮船通過搖臂聯(lián)絡(luò)管和岸邊支墩聯(lián)接，且通過2根鋼纜和岸邊錨固，搖臂聯(lián)絡(luò)管長(zhǎng)33 m，寬1.5 m。泵船設(shè)起吊裝置(檢修時(shí)使用)、配電系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、警示系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、救生系統(tǒng)等。

2.4 輸水線路布設(shè)

輸水管線是把塘埂頭水庫(kù)的原水分別輸送到畢橋鎮(zhèn)新建水廠和飛鯉鎮(zhèn)為民水廠，在考慮整個(gè)供水系統(tǒng)布局合理，盡量縮短線路長(zhǎng)度，盡量避開不良地質(zhì)構(gòu)造，充分利用地形條件，優(yōu)先采用重力流輸水。結(jié)合施工、運(yùn)行和維護(hù)方便等因素，設(shè)計(jì)采用單根管道輸水，輸水管線總長(zhǎng)31.35 km。

2.5 輸水管設(shè)計(jì)

2.5.1 管材選擇

管材的選擇要考慮施工方便、堅(jiān)固耐用、無(wú)污染等要求。根據(jù)近幾年來(lái)使用情況，球墨鑄鐵管和PE管符合以上要求。PE管材的優(yōu)點(diǎn)是管材強(qiáng)度高，工作壓力高，鋪設(shè)便利，適應(yīng)性強(qiáng)，可以穿越各種障礙，單位管長(zhǎng)重量較輕；缺點(diǎn)是陽(yáng)光直射時(shí)會(huì)影響其性能，故埋設(shè)時(shí)必須埋于地下并滿足最小覆土要求，單位管長(zhǎng)價(jià)格較高。球墨鑄鐵管(延性鑄鐵管)的優(yōu)點(diǎn)是：管壁較薄，較一般鑄鐵管的強(qiáng)度高，防腐能力較鋼管強(qiáng)，其強(qiáng)度比鋼管大，重量較混凝土管輕，延伸率也高出10%。有標(biāo)準(zhǔn)配件，適合于配件和支管較多的管段；但我國(guó)球墨鑄鐵管的產(chǎn)量較低，產(chǎn)品規(guī)格少。因此在本工程設(shè)計(jì)中，管徑≥350 mm的輸水管擬選用球墨鑄鐵管，其余規(guī)格管徑擬選用PE管。

2.5.2 管徑設(shè)計(jì)

原水由一根DN350的球墨鑄鐵管從取水口經(jīng)過貓子山，輸送至毛家店附近，管長(zhǎng)為12444 m。從毛家店附近接出兩根PE輸水管。其中，向西接出一根De280的PE管輸水至畢橋鎮(zhèn)新建水廠廠區(qū)凈水構(gòu)筑物，其管長(zhǎng)為105 m；向北接出一根De315的PE管至候村，管長(zhǎng)為8190 m；再由候村接出一根De280的PE管至飛鯉為民水廠廠區(qū)凈水構(gòu)筑物，管長(zhǎng)為10613 m。管道流速的計(jì)算采用式(1)：

V=4Q/(πD2)

(1)

式中：V為經(jīng)濟(jì)流速，m/s；D為管道計(jì)算內(nèi)徑，m；Q為輸水管道設(shè)計(jì)流量，m3/s。

則管徑為DN350的球墨鑄鐵管管道流速：V1=4×0.0925/(π×0.36262)=0.90 m/s

輸送至畢橋鎮(zhèn)新建水廠的De280的PE管管道流速：V2=4×0.0463/(π×0.25322)=0.92 m/s

輸送至飛鯉鎮(zhèn)老水廠的De315的PE管管道流速：V3=4×0.0463/(π×0.27762)=0.77 m/s

輸送至飛鯉鎮(zhèn)老水廠的De280的PE管管道流速：V4=4×0.0463/(π×0.25322)=0.92 m/s

輸水管道的流速宜采用經(jīng)濟(jì)流速，不宜大于2.0 m/s，設(shè)計(jì)速度要求大于0.6 m/s，因此新增輸水管的管道流速均符合輸水管道的經(jīng)濟(jì)流速。

2.5.3 輸水管的附屬設(shè)施設(shè)計(jì)

在壓力輸水管道上的最高點(diǎn)，設(shè)排氣閥，長(zhǎng)距離無(wú)凸起點(diǎn)的管段，每隔一定距離亦應(yīng)設(shè)自動(dòng)排氣閥，以便及時(shí)排除空氣和降低水錘產(chǎn)生的負(fù)壓危害；連接輸水管道和進(jìn)(排)氣閥的短管上應(yīng)設(shè)檢修閥。設(shè)置減壓設(shè)施時(shí)，輸送清水可采用既減動(dòng)壓又減靜壓的減壓閥。在輸水管的低洼處應(yīng)設(shè)置泄水閥及泄水管，泄水管接至河道或低洼處，泄水管直徑一般應(yīng)小于輸水管直徑， 約為輸水管直徑的三分之一左右。地埋管道在水

平轉(zhuǎn)彎、穿越公路、河流等障礙物處設(shè)標(biāo)志。

3 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)水源地基本情況、水文特性對(duì)取水點(diǎn)和取水設(shè)施進(jìn)行比選論證，按照聯(lián)片集中供水，引水到戶的供水方式綜合分析設(shè)計(jì)了供水方案，同時(shí)結(jié)合工程所處地形條件、考慮施工、運(yùn)行維護(hù)及投資因素綜合分析設(shè)計(jì)了管道輸水線路、管材及其附件設(shè)計(jì)方案，為供水工程的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)施奠定了基礎(chǔ)，其分析方法和設(shè)計(jì)要點(diǎn)對(duì)類似取水工程建設(shè)具有一定的借鑒意義。