淺談吳起縣城區(qū)供水管網(wǎng)改擴建工程設計

李 蓉

（陜西水環(huán)境工程勘測設計研究院，陜西 西安 710018）

0 引言

吳起縣位于陜西省延安市的西北部，該縣地處黃土高原黃河中游無定河和北洛河源頭地區(qū)、毛烏素沙漠南緣，西北鄰定邊縣，東南接志丹縣，東北接靖邊縣，西南毗鄰甘肅華池縣。南北長93.4 km，東西寬79.89 km，總面積3791.5 km2。縣域中部，即吳起縣的核心區(qū)域，是全縣政治、經(jīng)濟、文化中心，已建成面積2.9 km2，行政管轄區(qū)面積24 km2。

1 項目概況

吳起縣城區(qū)供水管網(wǎng)改擴建工程供水對象為吳定高速北連接線至北過境道路吳起北互通立交連接線工程沿途居民生活用水。供水水源為薛岔水源地和縣城應急水源，供水規(guī)模為1651 m3/d。配水管線總長7.38 km，其中干管線路總長22 m（北苑水廠至管線1 和管線2 分叉口）；干管1（水廠至吳王公路段）線路總長318 m；干管2（水廠至管理站蓄水池）線路總長6600 m（過溝倒虹6 處，總長600 m，采用雙管布置）；支管42處，總長440 m。管線附屬構筑物包括：鎮(zhèn)墩68 座；閥門井56座，排氣井8 座，泄水井8 座，消火栓32 座。

2 用水量計算和工程規(guī)模

根據(jù)供水范圍及供水對象，計算本工程設計水平年受水區(qū)供水規(guī)模（最高日需水量）為1651 m3/d。預測成果見表1。

表1 設計水平年受水區(qū)需水量預測成果表

3 工程水源

吳起縣供水范圍為吳定高速北連接線至北過境道路吳起北互通立交連接線沿途。吳起縣自來水公司建于1974年，擁有兩套供水水源系統(tǒng)，即薛岔水源地供水系統(tǒng)和縣城應急水源供水系統(tǒng)，供水人口7.4 萬人，年供水量285 萬t，管網(wǎng)延伸東至和居小區(qū)、西至劉河灣、南至崖窯臺、北至白石咀，管網(wǎng)總長度102.9 km，形成貫穿縣城的樹枝狀管網(wǎng)。薛岔水源地供水系統(tǒng)共有水源深井21 眼，2 萬t 調(diào)蓄池一個，設計供水能力為8500 t/d 供水廠一座，dn110 mm～450 mm 輸水管網(wǎng)51.5 km。目前向縣城供水8000 t/d，能夠充分保障縣城居民的生產(chǎn)生活用水，使吳起縣自來水水質(zhì)低劣的問題得到根本性解決。縣城應急水源供水系統(tǒng)主要為原縣城供水的北苑水廠、劉渠子水廠和楊青川口供水站，在薛岔水源地供水工程投入運行后，即做為縣城應急后備水源使用，在應急時期可充分保證縣城供水。

一水廠（北苑水廠）位于老城區(qū)，水廠地面高程1292.0 m，設計水處理規(guī)模5000 m3/d。水廠現(xiàn)有水源井3 座，單井出水量為50 m3/h，每日開20 h，現(xiàn)在每日供水量僅為3000 m3/d 左右。水廠水處理工藝為常規(guī)地下水處理工藝，井水經(jīng)提升后加氯消毒，經(jīng)二級泵房加壓后供給老城區(qū)。廠區(qū)現(xiàn)有面積狹小，建有容積1000 m3清水池一座。

二水廠（劉渠子凈水廠）占地5.6 畝，設計水處理規(guī)模8000 m3/d。廠內(nèi)建有1000 m3清水池2 座。水廠地面高程1285.501 m，現(xiàn)有水源井4 座，單井出水量為50 m3/d，最遠水源井在水廠以南2.0 km 處，依次向北布設，井距500 m 左右。但是由于受水源井取水能力限制，實際供水能力目前只有4000 m3/d。

玉皇廟水庫和大樹梁水庫主要作為備用水源，玉皇廟水庫設計供水規(guī)模3000 m3/d，主要用于玉皇廟與大樹梁水庫沿途村民用水，并補給大樹梁水庫水量，同時通過大樹梁水庫至一水廠（北苑水廠）管線（包括本次設計管線）作為轉輸管線給吳起縣城供水。大樹梁水庫設計供水規(guī)模為750 m3/d，主要用于一水廠（北苑水廠）的供水補給。

通過上述水源及水廠的修建，吳起縣城的供水水量有了充分的保障。

4 工程方案

4.1 設計水平年

本工程設計水平年為2030年。

4.2 工程總體布置

4.2.1 干管及支管

工程改造主要為2 段，分別為北苑水廠至吳王公路管線和北苑水廠至管理站蓄水池管線，其中北苑水廠出水沿北苑東路往西與吳王公路和現(xiàn)狀給水管道銜接，另一路管線從北苑水廠出水沿北苑東路往東，沿預修建的吳定高速北連接線至北過境道路工程吳起北互通立交連接線工程鋪設管線，一直到管理站的蓄水池處，與管理站水廠連通。

本工程線路總長7.38 km。主干管總長6.94 km，支管線路總長0.44 km，基本沿道路布設。

表2 管線管徑比較表

4.2.2 管材選擇

供水管道的材料一般根據(jù)輸水流量、壓力、地形地質(zhì)條件等情況選用，本項目是地形復雜的高揚程、遠距離輸水工程，管道占投資的比重較大，管材選用不當會造成事故或增加不必要的資金投入。所以管材的選擇對于工程投資及施工難度影響較大，供水管道最大工作壓力為1.0 MPa。

聚乙烯PE 管是一種新興的環(huán)保型管材，其壁光滑，水力性能好，又具有良好的抗壓抗裂性能，同時重量輕，耐老化，無毒、衛(wèi)生、易安裝，正被廣泛的應用在給水、燃氣、化工等行業(yè)。PE管采用中粗砂管床，球墨鑄鐵采用混凝土管床，綜合對比，DN300 管道兩者費用相當，然PE 管施工方便，后期維護容易，使用壽命長等優(yōu)勢，本次設計推薦工程區(qū)管道采用PE 管。

4.2.3 水力計算

沿程水頭損失常用海曾- 威廉公式計算，其形式為：

式中：h1為沿程水頭損失，m；L 為計算管段長度，m；i 為單位管長水頭損失，m/m；C 為海曾威廉系數(shù)；Q 為管段流量，m3/s；d 為管道內(nèi)徑，m。

本次管道局部損失按照沿程損失的10%計算。

本工程管徑確定計算表見表2～表4。

表3 平均經(jīng)濟流速

表4 界限流量表

由于實際管網(wǎng)的復雜性，要在理論上計算管網(wǎng)造價和年管理費用相當復雜且有一定難度，給水管徑選擇常采用經(jīng)濟管徑進行確定。結合表3 及表4 可知，管徑在100 mm～400 mm，平均經(jīng)濟流速0.6 m/s～0.9 m/s；管徑大于等于400 mm，平均經(jīng)濟流速0.9 m/s～1.4 m/s；根據(jù)經(jīng)濟流速，本次工程采用PE 管，結合總水頭損失，主干管總水頭損失7.89 m，支管總水頭損失0.06 m。

根據(jù)《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》（GB 50268-2008）規(guī)定，管道設計內(nèi)水壓力按最大工作壓力P 計算確定，塑料管設計內(nèi)水壓力為1.5 倍最大工作壓力。

干管采用PE 管，管徑為de315，設計壓力為1.0 MPa，管規(guī)格為SDR17，壁厚18.7 mm；支管采用dn160PE 管PE100 級，管道設計壓力為1.0 MPa，管規(guī)格為SDR17，管道壁厚9.5 mm。

4.2.4 管道埋設

1）地形平坦段

①管道埋深確定

根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程設計規(guī)范》規(guī)定：管頂覆土應根據(jù)冰凍情況、外部荷載、管材強度、與其他管道交叉等因素確定。寒冷地區(qū)，管頂應埋設于凍深線以下至少15 cm。本工程管線地區(qū)凍土深度為0.95 m，最終確定本次設計管頂覆土不小于1.5 m。

②管溝斷面形式

對于全部為土基的管線，采用開挖管溝鋪設管道方法施工，管溝兩側臨時開挖坡比1∶0.3，管床及管道以上50 cm 內(nèi)均采用中粗砂，管床厚度15 cm，管道四周包裹至管頂高度，壓實度≥95%，其下依次采用30 cm3∶7 灰土墊層，15 cm 素土壓實，壓實度均≥95%，管道正上方50 cm 段中粗砂壓實度≥85%，其余上方50 cm 段中粗砂壓實度≥90%。上部按道路路基要求恢復至原地面。

對于全部為巖基的管線，斷面形式和土基相似，開挖邊坡改為1∶0.2，管床下30 cm3∶7 灰土墊層，15 cm 素土壓實去掉。

管道在橫穿機動車道段外套鋼筋砼管，采用承插式Ⅱ級管，其中供水管徑為dn160 的，采用DN200 鋼筋砼套管，供水管徑為dn315 的，采用DN350 鋼筋砼套管。

2）跨河等地形復雜段

①橫跨方案選擇

常見的跨河建筑物有河底穿越、河面穿越，河底穿越的型式為倒虹管，河面跨越的型式有管橋式、支墩式、拱管式等。根據(jù)地形條件、施工難易、運行管理等因素綜合考慮，本工程采用開挖管溝埋設管道施工方案。

②跨河段

本供水管線工程共穿河6 次。本次為保障供水安全性，此次跨河段倒虹采用雙管布設，管材選用DN300 鋼管，壁厚9 mm。

亂石頭川汛期洪水流量大，水流對河床沖刷嚴重，但河床基巖埋深較淺，因此本次設計將管道基礎均在基巖面以下。

管線穿越河床部分，管道均能坐落在基巖上，管溝兩側開挖坡比1∶0.2，管底鋪設中粗砂墊層及管床，墊層厚度10 cm，管槽開挖底部寬度1.7 m，并聯(lián)管道間距50 cm，管槽兩側采用砂礫石回填至管頂以上50 cm，壓實度不小于0.92，上部采用原土機械壓實回填，壓實度不小于0.90。管頂以上設50 cm厚的C20 混凝土蓋板，倒虹底部水平段蓋板寬度2.9 m。

兩側岸坡部分采用40 cm 厚C20 混凝土護坡，護坡寬度2.5 m。管道基礎均為下部基巖。基巖部分開挖坡比1∶0.2，基巖部分管道埋設同河床部分。

4.2.5 消火栓

本次采用生活、消防共用的給水系統(tǒng)，即室外市政消火栓直接從給水管網(wǎng)中接管取水，消火栓應布置在人行道上，按間距不大于120 m 布置，并盡量靠近道路交叉口。采用室外地下式消火栓（SS100/65-1.6 型），詳見室外消火栓及消防水鶴標準圖集13S201。本次共設32 處消火栓。

5 結語

因吳定高速北連接線至北過境道路工程吳起北互通立交連接線工程的施工要求，需將施工路段的自來水管線在路基建成之前改遷至道路紅線以外，目前此連接道路工程施工圖已經(jīng)完成，且招標完畢，準備施工，故吳起縣城此段應急管網(wǎng)工程非常緊迫。工程建成后將會提高該段的供水能力，增強當?shù)仫嬎踩瑴p少風險和損失，改善飲水條件，對經(jīng)濟發(fā)展將起到積極的促進作用。因此，該項工程是可行的。