城鎮周邊農村地區供水設施提升改造實踐探討

□ 羅新海

農村地區的飲水安全長期以來相對薄弱，隨著社會經濟的發展，提升和保障農村地區的供水安全，已成為新時代實施國家鄉村振興戰略和新農村建設的重要內容。農村地區需要根據現有條件，探索適宜當地的供水方式，從水質、水量上充分保障供水安全。隨著廣西貴港市平南縣城鄉一體化建設的開展，以及為加強實現城鄉間“基礎設施互聯互通、公共服務共建共享”[1]，推進國家“鄉村振興”戰略規劃，平南縣政府統籌規劃，對縣城周邊農村地區供水設施進行了全面提升改造。

1 現狀建設條件

平南縣城的居民用水主要由江南水廠供水，其現狀規模為5萬m3/d，遠期規劃擴建規模為19.5萬m3/d。根據監測數據，江南水廠長期供水水量穩定、水質良好，滿足《生活飲用水衛生標準》（GB 5749—2006）的要求。江南水廠位處西江南岸，水源充足、取水便利，發展用地預留充足，具備較好的擴建條件。縣城現狀供水管網主要由DN200～DN700管道組成，縣城供水管網總體運行狀況較好，漏損率較低。

平南縣城周邊的農村主要呈點狀布置，分布分散，規模差異較大，大部分的村莊人口為300～2000人。臨近縣城的村莊用水由縣城供水管網供水，較遠的村莊由村民自建水井供水。調查情況顯示，第一，由縣城供水的村莊供水管網管徑總體偏小，主要為DN50～DN100，部分管道老舊、材質較差、漏水較嚴重，末端供水水壓較低，大部分村民自建二層樓房以上無自來水到達；第二，由自建水井供水的村莊，水量、水質隨季節變化較大且穩定性差，水中的鐵、錳、總硬度等指標偏高，總體不符合《生活飲用水衛生標準》（GB 5749—2006）的要求。平南縣城周邊農村民眾對改善供水設施、提升飲水質量的意愿十分強烈。

2 供水建設方案選擇

由于平南縣城周邊的村莊分散，為各處村莊分別新建獨立的凈水和供水設施投資較大，且水量水質且難以集中調控，運行管理也較為困難。為此，根據《鎮（鄉）村給水工程技術規程》（CJJ 123—2008）第1.0.5條“鎮（鄉）村給水應優先考慮采用城市給水管網延伸供水”[2]，采用城市給水管網延伸供水有著諸多優勢，水量、水質均能有較好的保證，且便于集約化管理、可以有效降低運行成本。同時，考慮到平南縣城水廠及供水管網具備較好的供水條件，江南水廠遠期進行擴建后可以充分保障縣城地區及周邊農村地區的用水需要。經綜合分析后，最終確定采用縣城管網延伸為平南縣城周邊農村供水的方式。

3 供水系統建設

平南縣城周邊大部分村莊尚未建有供水管網，需要從縣城新建供水管網至各處村落，而且臨近縣城的部分村莊雖然已建有供水管網，但由于已建管道偏小、破損嚴重，也需要同步進行改造擴容以保障供水能力。根據現狀相關監測數據，平南縣城供水管網末梢壓力較小，連接村莊供水管網后的剩余壓力無法滿足各處村落的用水需求，需要同步建設疊壓泵站提升供水水壓后再往村莊供水。

根據對平南縣城周邊各村落的調查，本次供水項目建設范圍內的村莊總人口約48500人，按人均用水定額公式計算最高日用水量，如式（1）所示。

式（1）中：W—居民生活用水量，m3/d；

P—設計用水人口數，人；

P0—供水范圍內的現狀常住人口數，人，本項目為48500人；

γ—設計年限內人口自然生長率，按調查數據取0.84%；

n—工程設計年限，年，本項目取10年；

P1—設計年限內人口的機械增長總數，人，按調查數據取900人；

q—最高日居民生活用水定額，L/（人·d），本項目取110L/（人·d）。

經計算，平南縣城周邊村莊的設計日生活用水量約為5900m3/d。

由于各處村莊分布分散，為優化供水路徑和提高供水效率，對平南縣城周邊農村進行了片區劃分，根據村莊的布置位置、地形地勢以及交通條件等，將縣城周邊農村劃分為四大供水片區，各片區設置供水主管與縣城供水管網連接，并在連接處設置疊壓泵站進行增壓后供往各處村莊。供水系統總體布置詳見圖1。

圖1 平南縣城周邊農村供水系統總體布置圖

3.1 供水管網

由圖1可見，平南縣城周邊村莊進行片區劃分后，各區供水線路和服務范圍較為明晰，分區后供水設施的施工、管理和維護也較為方便。根據對各片區村莊的用水量、供水距離等計算后，確定各片區供水主管規模，如表1所示。

表1 各供水分區主管道規模表

各片區村莊均按支狀管網供水，供水主管道敷設到村屯分叉口后，根據用水量大小設置DN80～DN125配水支管進入村屯，再在村屯內部設置DN32配水支管進入各戶。由于各村屯較為分散，為降低建設成本和保持管道流速的經濟性，供水主管道在一處較大的村屯或多處較小的村屯進行分流后，根據分流情況按減小1～2級管徑后繼續往前方村屯供水，為適當預留遠期的發展空間和滿足消防的相關要求，供水末端的村屯主管管徑設置應不小于DN100。

平南縣城現狀供水管道主要為預應力鋼筋混凝土管、球墨鑄鐵管和PE給水管。根據平南縣城供水主管部門的運行管理經驗和相關意見，為充分保證供水安全和衛生，本次農村供水管道統一采用耐久性和衛生性能均較好的PE給水管，給水管道接口統一采用熱熔對接連接；對于局部穿過道路的供水管道則采用焊接鋼管，焊接鋼管統一采用屏障系列GZ-2新型高分子涂料進行內外防腐處理以達到衛生要求。

供水管道總體沿已建的鄉村道路進行布置，埋設在道路外側便于維護和檢修的位置。并在管道低點設置排泥閥，在管道高點設置排氣閥。為便于供水管道的檢修，在交叉路口及適當位置設置給水檢修閥門井；為保障供水管道運行穩定，在管道轉彎（轉彎角度＞10°）、三通、端頭及閥門處設置支墩，支墩采用C15混凝土現澆而成。由于管道敷設的路徑較長、范圍較大，為保護供水管道免受破壞，在管道沿線按固定間距設置含有“下有供水管道、禁止開挖”等字樣的供水管道安全警示標志。

3.2 疊壓供水泵站

本項目需要設置疊壓供水泵站，從縣城供水管網取水后進行壓力疊加供水。疊壓泵站所需的揚程根據地形標高、水頭損失等進行計算后確定。一是根據現場調查和測量確定各片村落的最不利點用戶，二是根據各片區村落的最不利點用戶的供水路徑，按《鎮（鄉）村給水工程技術規程》計算最不利供水路徑的管道沿程水頭損失，如式列2所示。

式（2）中：h—沿程水頭損失（m）；

L—管段長度（m）；

D—管徑（m）；

q—流量（m3/s）；

C—系數，塑料管取140。

根據相關規范，供水管道局部水頭損失，按沿程水頭損失的10%進行計算。

根據最不利點的地面標高、管道總水頭損失以及縣城供水管網接入點的地面標高和供水水壓，并保證供水至各村屯最不利點水壓不低于0.1MPa，確定各片區疊壓供水泵站揚程，如表2所示。

表2 各供水分區疊壓供水泵站揚程表

為保證縣城供水管網運行安全、不產生負壓，本次新建疊壓供水泵站采用無負壓式泵站。另外，考慮到農村地區的供水變化系數較大，為保證持續穩定的供水能力，疊壓泵站采用箱式無負壓泵站，即每處疊壓泵站配套設置一定規模的供水水箱（容積按日供水量的5%），用于水量調節以及應急使用，平峰時段直接由縣城管網供水，高峰時段縣城管網供水量不足時由水箱進行補充供水，箱式無負壓供水設備的組成如圖2所示[3]。

圖2 箱式無負壓供水設備系統圖

本項目采用的箱式無負壓供水設備由廠家成套提供，具備自動控制功能、進出水水錘防護功能，配置有防負壓裝置、增壓裝置，并具備接入在線管理平臺的智能模塊，遠期可連接至水廠中控室進行集中監控和管理。配套的調節水箱采用不銹鋼材料，為保證水質，水箱的儲水停留時間設置為不大于12h進行設置。

由于本項目疊壓泵站規模較大（含調節水箱），泵房尺寸長×寬×高=10.6m×5.3m×3.9m，需要占用較大的用地。根據市政管理部門意見，為保持縣城周邊良好的環境風貌，疊壓泵站泵房布置在地下建設。泵站結構采用鋼筋混凝土結構，泵站內設置有集水坑并采用自動控制的排水系統，在地面上設置有檢修入口和通風口。泵站的供電電源采用單回路10kV電源，由電纜引入泵站，泵站內設置變配電室，電流經過變配電后，供給泵站內所有的動力和照明用電。地下泵站布置形式如圖3所示。

圖3 建設中的一處泵站及部分設備

4 運行效果

本項目供水管網和疊壓泵站投入運行后，平南縣城周邊農村地區的供水水質有了大幅度的提升，通過對各村屯水質的檢測，水質總體達到《生活飲用水衛生標準》（GB 5749—2006）要求。經過對各處村屯的最不利點供水水壓的檢測，最不利點供水水壓能夠保持在0.1MPa以上。根據對各村屯的調查結果，群眾對供水設施提升改造后的供水水量、水質和水壓均較為滿意。平南縣城周邊農村地區長期以來的飲水安全問題得到了解決，群眾幸福感也有了較大提升。

本項目疊壓泵站基本能夠實現全自動化的監測和運行，可以根據不同時段的水壓變化和用水量變化進行自動調整運行參數，保障設備和供水安全。疊壓泵站水箱在用水高峰時段的調節效果較為明顯，高峰時段縣城管網的供水量有所下降后，通過水箱補充供水后，距縣城較遠處的村屯用戶依然能獲得用水。

雖然供水設施提升改造后供水效果顯著，但在運行過程中發現了一些問題。

（1）由于縣城管網為支狀管網供水，當縣城的管網進行局部維修時，部分村莊的供水會受到較大影響，而解決該問題需要對縣城供水管網按環狀管網進行改造建設。由于涉及的工程量和投資較大，短期難以實施，近期僅能建議村民自備小型水箱儲水以備發生斷水事故時的應急使用。

（2）由于疊壓泵站設置在地下，在地面上設置的通風口離地面較近，部分揚塵、污染物等會從通風口進入泵站內部，對泵站內的設備運行和水質安全等造成一定的影響。所以需要定期對泵站內部進行清理、保潔和消毒，以保證供水設備的正常運行和水質安全。

（3）由于村莊分布分散，供水線路較長，其中最長的供水線路達4000m，沿途需要經過包括果林、菜地、山地等的多種地形，供水管道總體按0.7m～1.0m覆土進行埋設。雖然沿線每隔一定距離設置有警示標志，但村民在進行耙、鋤、耕、種等作業時，仍會挖到供水管道，造成管道破損、漏水并污染水質。為保障供水質量，一是要進一步加強對村民的宣傳和教育，不斷提高村民對公共供水管道的保護意識；二是要加強對供水管道的巡查和維護，對發生破損的管道及時進行修復以保障供水安全和避免因漏水造成的浪費。

5 結語

城鎮周邊農村地區通過合理利用城鎮供水系統建設和改造農村供水設施，可以更好地提高供水保障能力和供水安全。農村供水管網的建設，需要因地制宜、合理分區，通過多點位與城鎮管網進行銜接，形成經濟、穩定的供水系統。此外，采用箱式無負壓供水泵站，可以較好地保護城鎮供水管網，避免負壓供水；通過配套水箱的調節，可以有效地保障偏遠村屯的高峰時段用水需求。農村供水設施的長期高效、安全運行，需要不斷提高村民對供水設施的保護意識和加強對供水設施的管理維護。