永修縣云山水廠改造工程設計分析

王 飛

(江西省永修縣水利局農電站，江西 九江 330300)

1 項目概況

云山水庫位于江西省永修縣灘溪鎮沙垅村陳家垅，坐落在潦河支流的龍安河中游段，是一座以供水、灌溉為主兼有防洪、發電等綜合效益的中型水庫。云山水庫目前正常蓄水位51.00m，設計洪水位54.56m，校核洪水位56.69m，總庫容5934萬m3，壩址控制流域面積172km2，壩址處多年平均流量4.67m3/s。

2 供水現狀

2.1 燕山水廠供水現狀

燕山水廠建于2010年12月，設計供水規模為10000m3/d，現狀規模5000m3/d。

1)現狀水源及原水水質：

燕山水廠最初水源為燕山水庫，燕山水庫水量充足，水質良好，由于燕山水庫龍源峽景區旅游開發帶動了燕山鎮的社會經濟發展，同時為滿足環保要求，燕山水廠水源遷移至羅石源山泉，取水口位于下徐家，取水口水質優良，但隨季節變化水量變化十分明顯，枯水季節水量不足，嚴重阻礙云山、燕山鎮的經濟發展，供水安全性較低。

羅石源水源為山泉水，洪水季節水量充沛，枯水季節水量不足，水質較好。

2)管網現狀：

由燕山水廠至云山敷設一條DN400/DN300管道，全長約20km供云山用水，同時由于燕山鎮至云山中途地勢較高，因此，在赤石崗建設了一座加壓泵站，出站水壓力為0.70MPa左右。

其中，燕山水廠至赤石崗加壓站段，管徑為DN400，管長約為8.42Km，水廠出水自流管道，現狀管道壓力為0.6MPaPE管，但由于管道使用年限較久，此管道經常爆管，改造迫在眉睫。

赤石崗加壓站至峽坪村段，為DN300壓力管道，目前此管段運轉正常，不納入該工程改造范圍內。

2.2 存在的問題

1)水源供水保障率不高，燕山水廠水源遷移至羅石源山泉，取水口位于下徐家，取水口水質優良，但隨季節變化水量變化十分明顯，枯水季節水量不足，嚴重阻礙云山、燕山鎮的經濟發展，供水安全性較低。

2)供水方式能耗相對較高，水廠距離主用水區較遠，大部分的用水量需要通過中途加壓泵站提升后，進行供給，整體能耗較高。

3)供水方案改變后，對現有管網需要重新復核。

3 設計規模和水源選擇

3.1 供水范圍和供水人口

根據燕山農場及云山集團居民居住情況及飲人口的分布及水資源分布特點，該項目擬異地改建云山自來水廠，解決當地集鎮及周邊農村的人民生活用水及工業生產用水[1]。

1)設計年限：

根據《村鎮供水工程技術規范》規定，農村供水工程設計年限一般可按10～15年計算，本次項目工程設計年限按10年考慮，以2021年為現狀水平年，以2030年為設計水平年。

2)設計人口：

現狀人口為23504人，其中集鎮人口11032人，農村人口12472人，縣城及集鎮人口增長率按8‰考慮，農村人口增長率約3‰考慮，存在人口的機械轉移；規劃水平年為2030年，供水區內總人口為24798人，其中集鎮區人口11947人，農村人口12851人。

3)居民生活用水量Q1：

生活用水量也就是滿足群眾日常生活所必須的水量，根據最高日人均用水定額與設計人口數進行計算，即：

Q1=p*q/1000

(1)

式中：Q1為居民生活用水量，m3/d；p為設計年限內設計人口數；q為最高日居民生活用水定額，本工程所在地范圍，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《村鎮供水工程技術規范》(GB310-2004)的規定，最高日居民生活用水定額取值范圍為60.0～140.0L/人·d，結合周邊農村發展區的實際情況，鎮區居民用水定額取140L/人·d，農村居民用水定額取90L/人·d。

Q1=(11947×140+12851×80)/1000=2829.17m3/d

4)其他公共建筑用水量Q2：

項目工程公共建筑用水量取集鎮區居民生活用水量的10%以及農村地區居民生活用水量的5%。公共建筑用水量計算如下：

Q2=鄉鎮所在地需水量×10%+鄉鎮以下區域需水量×5%=(11947×140×10%+12851×90×5%)/1000=225.09m3/d

5)企業、旅游開發等用水量Q3：

規劃工業企業用水為各供水范圍內需自來水工程供水的相關工業企業的生產用水(不包括自備水源的工業企業)。工業企業發展規模預測(產值增加值)主要依據相應區域(或工業企業)發展規劃確定。對沒有相應工業企業發展規劃的區域，則以現狀工業增加值(不含建筑業增加值)為基數，按9%平均年增長速度預測規劃水平年工業生產規模,萬元工業增加值用水定額取值為30m3/萬元。

供水區范圍內，利用自來水生產的現狀工業生產增加值為23991.20萬元，至規劃水平年2030年，工業產業增加值為56795.89萬元。

Q3=56795.89×30/365=4668.16m3/d

6)管網漏失水量Q4：

管網漏損水量：按用戶總需水量的12%計算。

Q4=(Q1+Q2+Q3)×12%=(2829.17+225.09+4668.16)×12%=926.69m3/d

7)未預見水量Q5：

未預見水量：按用戶總需水量與管網漏損水量之和的10%計算。

Q5=(Q1+Q2+Q3+Q4)×10%=(2829.17+225.09+4668.16+926.69)×10%=864.91m3/d

8)供水規模：

供水規模即供水工程的設計供水能力，也就是工程運行過程中所應達到的最大生產能力，包括居民生活用水量、公共建筑用水量、管網漏失水量和未預見水量之和。即：

Q=(Q1+Q2+Q3+Q4+Q5)=2829.17+225.09+4668.16+926.69+864.91=9514.01m3/d

根據以上計算結果，確定云山水廠設計供水規模為10000m3/d，本工程分期實施，近期設計供水規模為5000m3/d，遠期再實施5000m3/d。

9)人均綜合用水量：

至遠期2030年，云山水廠供水區域內人均綜合用水量=供水規模/設計人口=10000/24798=403.26L/d。

3.2 供水水壓

供水水壓需滿足配水管網中用戶接管點的最小服務水頭；設計時對很高或很遠的個別用戶所需的水壓不宜為控制條件，可采取局部加壓或設集中供水點等措施滿足其用水需要。

配水管網中用戶接管點最小服務水頭，單層建筑物為5～10m，兩層建筑物為10～12m，二層以上每增高一層增加3.5～4.0m。根據本工程特點最小服務水頭取24m。用戶水龍頭的最大靜水頭≥40m，超過時宜采取減壓措施。

4 總體布置方案的選擇

4.1 供水方案的選擇

根據對現場可用水源實地踏勘，經對比分析，有2個可行的供水系統方案，具體如下：

方案一：利用現狀燕山水廠，取水自云山水庫水，原水經加壓至燕山水廠。

為保證取水水源的水質水量，方案一利用現狀燕山水廠，采用云山水庫作為燕山水廠的取水水源，原水經取水泵房加壓，經DN400L=16.3km的渾水管道敷設至燕山水廠，再利用燕山水廠現有供水設施，經過常規處理工藝凈化，由送水泵房加壓后打入配水管網，供給燕山和云山居民用水，同時位于赤石崗的加壓站仍需保留，燕山水廠水需經過赤石崗加壓站二次加壓方可供至云山。同時改造羅石源攔水壩，當豐水季節時可用羅石源水，枯水季節時則采用云山水庫水。

方案二：新建云山水廠

1)取水部分：取水自云山水庫至永修第二水廠原水管線，原水管線長約8.3km，中途設置加壓泵站，采用疊壓供水設備，并設置超越管；2)利用現有廠區，新建水廠一座，遠期供水規模為1萬m3/d，近期規模為5000m3/d。

3)配水管道：①自水廠鋪設一條DN400供水管線，與現狀DN300環管相連接；②在省道S511歐山廟附近設置加壓站，向燕山農場供水；③在赤石崗加壓站、峽坪村調節水池附近將配水主管相連通；④燕山農場至赤石崗段，部分管網進行改造，⑤燕山農場地勢較低的配水支管設置支管減壓閥。

4.2 方案比選

表1 兩種方案對比表

綜合比較工程建設成本以及后期運維成本等，考慮到兩種方案建設成本相當，但方案二運營成本相對較小，且靠近主用水區，供水更安全，因此，本工程推薦采用方案二，原燕山水廠可作為應急水源。

5 工程設計

5.1 主要建設內容

結合工程現狀，選擇方案二本工程主要建設內容有：

1)取水部分：取水自云山水庫至永修第二水廠原水管線，原水管線長約8.3km，中途設置加壓泵站，采用疊壓供水設備，并設置超越管。

2)利用現有廠區，新建水廠一座，遠期供水規模為1萬m3/d，近期規模為5000m3/d。

3)配水管道：①自水廠鋪設一條DN400供水管線，與現狀DN300環管相連接；②在省道S511歐山廟附近設置加壓站，向燕山農場供水；③在赤石崗加壓站、峽坪村調節水池附近將配水主管相連通；④燕山農場至赤石崗段，部分管網進行改造，⑤燕山農場地勢較低的配水支管設置支管減壓閥。

5.2 取水工程

取水工程按遠期1萬m3/d設計，近期規模5000m3/d。取水自云山水廠至永修二水廠DN1000原水管道，鋪設一條原水管道至水廠。

5.3 原水管設計

1)原水管設計：

本工程輸水管擬建1根。管材擬采用球墨鑄鐵管，按設計流量10000m3/d計，水廠自用水量按5%計，全日制工作，輸水管長度約8.3km。

2)水力坡降線：

水力坡降，單位管道長度的壓力水頭線或重力水頭線的降低值。在排水管渠計算時(假定管集中的水流為均勻流)，即為計算管段中水面坡降與管段長度之比，在給水管道計算時(壓力流)為壓力水頭線的下降率。

各工況情況如下：

工況一：近期取水量55000m3/d(永修二水廠50000m3/d，云山水廠5000m3/d)常水位情況下，若永修二水廠取水泵揚程為32m，則原水可通過超越管自流至云山水廠。

工況二：近期取水量55000m3/d(永修二水廠50000m3/d，云山水廠5000m3/d)死水位情況下，若永修二水廠取水泵揚程為32m，則需加壓提升至云山水廠，加壓泵采用罐式疊壓設備。

工況三：遠期取水量110000m3/d(永修二水廠100000m3/d，云山水廠10000m3/d)常水位情況下，現有設施無法滿足要求，需要重新調整取水設備。

3)取水泵站：

根據水力坡降線，取水泵站按近期用水需要配備取水泵。

取水泵站土建按1萬m3/d設計，尺寸為B×L×H=5.0m×6.0m×4.0m；設旁通管，當水庫水位能夠滿足自流時，直接由水庫自流供水，當水位滿足不了要求是，由取水泵站提水。

4)原水輸送方案：

豐水期原水采用重力流輸送，枯水期采用水泵提升，配水管網一次鋪設到位，沿途高處設置排氣閥，低處設泄水閥。管道壓力等級為1.0MPa。

5)管道工程結構設計：

管槽開挖底寬為1400mm，開挖邊坡的坡度按地質條件的不同分別設計，黏土、坡積土地段管槽坡度為1∶0.33，雜填土、碎石類土地段管槽坡度為1∶0.5，巖石地段管槽坡度為1∶0.2。管道基礎在非機動車道下采用原土基礎，若遇淤泥時采用300mm厚碎石灌砂置換淤泥，在機動車道下采用碎石灌砂基礎。在非機動車道下管腔回填采用原土回填，分層夯實，密實度達90%以上，在機動車道下管腔回填采用中砂回填，密實度達92%以上。

管道支墩采用毛石混凝土，混凝土強度等級為C15，毛石摻量為30%。在管道彎頭、三通、堵頭處均應設置毛石混凝土支墩。管道的閥門井、泄水井、排氣閥井均采用MU10青磚，M10水泥砂漿砌筑。

5.4 配水管道校對

5.4.1 工程設計基礎資料

1)基礎參數：

云山水廠配水主管網總供水規模為1萬m3/d，近期規模為5000m3/d。近期時變化系數K時取1.6，遠期時變化系數K時取1.4。現狀管道已經建設完成，本工程分為近遠期兩種工況進行復核。

2)現狀管道：

云山集團方向現狀管道成環狀布置，管徑為DN300；燕山農場成支狀布置，主管網現狀管道，管徑為DN300及DN400管道。

5.4.2 平差計算結果分析

1)工況一：近期規模5000m3/d，時變化系數1.6，最不利點壓力16m，此時水廠揚程為35m,主管網壓力在40m左右，能夠滿足供水需要。根據計算結果，此時管道壓力小于現有管道承受的壓力，能夠滿足供水需要。

2)工況二：遠期規模10000m3/d，時變化系數1.4，最不利點壓力16m，此時水廠揚程為38m,主管網壓力在38m左右，能夠滿足供水需要。

3)云山農場方向：供水規模為1500m3/d，時變化系數取1.6，現有管道管徑能夠滿足設計要求，各管道工作壓力如下：①歐山廟附近設置加壓站，加壓站系統壓力為64m(可疊壓0.15MPa)，最高點自由水頭為5.00m。②歐山廟至赤石崗加壓站段，管道工作壓力與現狀管道工作壓力基本相同，能夠滿足管道供水要求；③赤石崗加壓站至燕山水廠段，根據現場調查，現有管道壓力等級為1.0MPa，根據平差計算結果，管道最低點最大自由水頭為0.72MPa，自由水頭在0.6-0.72MPa之間的管段，長約4.0Km；現有管道能夠滿足壓力需求；具體施工前，建議對管道承壓能力進行檢測。

根據計算結果，在各種工況下，現有管道能夠滿足改造后供水壓力需要，因此，配水管網不納入給水管道改造范圍。

5.4.3 配水管網核對結果

1)云山農場方向(現狀管道平差結果)：供水規模為1500m3/d，時變化系數取1.6，現有管道管徑能夠滿足設計要求，各管道工作壓力如下：①歐山廟附近設置加壓站，加壓站系統壓力為64m(可疊壓0.15MPa)，最高點自由水頭為5.00m。②歐山廟至赤石崗加壓站段，管道工作壓力與現狀管道工作壓力基本相同，能夠滿足管道供水要求；③赤石崗加壓站至燕山水廠段，根據現場調查，現有管道壓力等級為0.6MPa，且現狀管道經常爆管，本次改造后，根據平差計算結果，管道最低點最大自由水頭為0.72MPa，自由水頭在0.35-0.72MPa之間，超出了原有管道工作壓力；因此，該工程建議對赤石崗至燕山水廠段進行改造。

2)云山農場方向(改造后平差結果)：根據平差結果，本工程建議對赤石崗加壓站至燕山水廠段，進行改造，將現狀DN400給水管道改造為DN250管道。改造后赤石崗加壓站至燕山水廠段管道工作壓力為0.70-0.20MPa。

5.4.4 歐山廟加壓站

根據水力計算結果，建議在歐山廟附近設置加壓站。

加壓系統揚程為64.0m，流量為100m3/h。

該工程建議采用罐式疊壓供水設備，設備型號：150ZWG3/APV64-30(HSZ1)。

6 結 論

該工程是永修縣國民經濟發展規劃和基礎設施的重要部分，項目的建設將提高永修縣城鄉一體化供水工程水源供水保證率，對促進廬山市經濟的發展有著深遠的意義。項目建設條件基本具備，項目的各項技術經濟指標較為合理，有較好的經濟效益，保障用水需求。