山區飲水安全小型集中供水工程設計分析

賴昌平

（興國縣水利局，江西 贛州342400）

1 工程規模

某山區位于高海拔地區，受地形條件、氣候條件多樣性的影響，山區內水資源分布不均勻，干濕季節差異非常明顯。全縣平均降水量為883.5 mm，常年平均徑流深度為184.5 mm。在降水條件的影響下，東部山區的年平均徑流為500.7 mm，南部山區年平均徑流深度為50～100 mm；水資源隨著干濕季節的變化差異尤為明顯，枯水季節為每年11月至來年5月，水資源為年均水資源的15%，汛期占年均水資源的75%。受海拔的影響，枯水季用水相對集中，在季節性干旱季候的影響下水量較少，容易激發水資源干涸、水資源突然減少的情況。山區縣內地勢的起伏相對較大，山區水利工程供水能力差，蓄水水平也相對較低，故整體取水難度較大。目前，采用的水凈化系統使用效果較差，其他分散式供水工程無水凈化系統，帶消毒設備的水凈化系統8個[1]。

2 現階段山區飲水工程設計的主要問題

工程維護難度大是目前山區飲用水管理的主要問題，具體體現在以下幾方面：

1）山區地勢廣闊，目前無法滿足所有居民的飲水要求（共計166個村委會，2 188個村民小組）。參照相關資料，發現每個居中村小組服務人口約4 000人，所以解決山區農村居民飲水工程量相對較大，前期投資較高，解決水量仍然不足。

2）部分山區的總降水量較少，并且供水保障效果不足。山區居民大多居住在半山腰或山腳，部落居民更喜好采用山箐水、雨水解決部落的飲水問題，但地形、地勢問題限制了山區就居民的飲水質量。比如，山區河流資源較少，儲水、蓄水條件較差；水資源空間分布較為分散，干旱季節的降水量相對不足，甚至無降水，解決這些問題，處理旱季嚴重缺水問題的影響，要借用距離較遠的河流，利用集中供水工程來解決[2]。

3）山區飲水工程的日常維護難度相對較大。在復雜地勢的影響下，地勢高山區的飲用水資源非常缺乏。目前，一般采用灌溉引水管道引山箐水進入高位水池積蓄，在水管重力條件下進行水資源輸送，來滿足居民的飲水要求。但由于村落分布范圍相對較廣，有保障的水資源儲備量較少，并且后期維護、養護難度較大，容易在供水落差的影響下導致管道發生損壞，所以整體維護的難度較高。

3 山區飲水安全小型集中供水工程設計措施

3.1 確定供水規模

為保障山區飲水的供水規模，相關人員要參照SL 310—2019《村鎮供水工程技術規范》的技術要點，再結合以下要點予以優化：

1）在確定用水標準時，先要分析出用水量指標，再參照有關山區供水技術的規定，確定出最大日供水定額，保證每人日供水定額在90～130 L。本區農村集中供水設計中，選擇每人日供水額110 L左右即可。

2）確定公共用水標準時，村民日生活用水量取值應當控制在全村飲水水平的8%左右。在山區各村落公共用水量協調中，要保證居民的每人用水量需求為全村飲水水平7%。

3）管網損失確定中，要參照管網的損失情況，結合現有供水方案、管網功能及使用材料屬性，做好管網的基本設計。在管網損失水量確定中，可采用總水量的10%界定。

4）日變化系數標準確定中，取值應當控制在1.5左右，保證工程的年供水量變化指標，注意本次設計中飲用水資源的日變化系數（日變化系數≈1.4）。

3.2 水源水量平衡

飲水工程設計中，要分析山區已存在水庫的位置，探討水庫的供水量平衡問題，再對其進行計算。注意以下要點：（1）分析水庫原功能蓄水量指標，核算需水量變化，采用年供水量及有效庫容指標計算水源水量，確保供水保證率超過95%。（2）水處理系統選擇中，要注意分析山區的地勢、空間、降水等因素，探討影響水源水量的運行、維護成本。在農村飲用水安全集中供水工程設計中，可采用具有沉淀、過濾、凈水于一體的沉淀池，對當前水資源進行凈化，消除水體中的顆粒物、雜質、微生物及富氧化物質，并注意處理水體中的重金屬物質，包括鐵、錳等，滿足水質凈化的要點。水處理系統所占據的空間較小，前期投入、管理所需求的費用較高，但采用沉淀池處理水資源，具有較好的應用效果，并且整體維護管理操作相對便捷。所以，水處理系統選擇中，要根據場地的大小做出一定區分，若場地空間較小，可采用一體化水處理系統；若山區的作業空間較大，可采用沉淀池處理系統，所以本工程規劃中選擇沉淀池的效果更佳。

3.3 輸配水管方案

輸配水管道應用中，要事先確定好輸配水管道的安裝要求，通過確定水廠位置及輸水口和取水口的方向，確保取水口高度高于輸水孔，確保原水在重力作用下自動流到凈水廠中。若輸水管道的長度過長，可利用雙管結構，可避免管道檢修期間停水問題的影響，提高供水的穩定性。同時，要分析管徑的大小，利用綜合考量的方式分析水體的流速、水頭流失指標，確定粗糙度參數；若供水工程為集中式，那么可選用樹枝形規劃模式。

3.4 管材選擇

由于配水管道的種類相對復雜，故管材選擇中要盡可能保障管道的承載力、承壓水平，注意考慮管道設計中項目的成本投入要求，滿足環境保護的要求。要選擇承壓效果好、耐腐蝕較好的管材，尤其是要考慮項目的投資成本，注意貫徹可持續發展的理念，因此，選擇聚乙烯管、預應力鋼桶混凝土管等材料都符合要求。但要注意分析供水總管的指標，若供水總管、干管的管徑大于400 mm，那么選擇PCCP管效果較好；若管徑在400 mm以內，則選用聚乙烯PE管的效果相對較好。

3.5 混合供水模式設計要點

該工程作業區域的干濕季節非常分明，在每年年初至當年5月份的降水量較少，故水源非常短缺，相關人員要了解山區居民飲用水的實際情況，側重對山箐水資源進行處理，保證居民的用水安全。但目前山箐水資源儲備相對較少，所以這一小水源無法滿足用水需求，分析干旱時期人們的飲水情況，需要增加水資源工程建設。針對這一問題，相關人員可利用集中供水混合水窖蓄水的模式，聯合處理供水不足的問題。（1）如可利用混合供水的模式，在該山區水資源汛期進行多余水資源的分散處理及收集操作，并將此類水資源存儲于水窖當中，待旱季時期使用水資源，保證整體供水效率。汛期管理中，需要將山箐水作為供水資源，再將余下的山箐水資源導入水窖中；旱季管理中，山箐水會逐漸枯竭，此時要調取水窖中的山箐水，并對水窖進行補水管理，再將這些水資源導入沉淀池中，確保水資源的清澈度。檢測顯示，經該方法處理后，水窖中的水資源并不會受到污染，也不需要經過大規模的消殺管理，微生物指標僅有大腸桿菌超過既定標準，但其余標準均滿足飲用水的基本需求。（2）可利用房頂收集雨水，或采用直接蓄積水窖的方式，可保證水資源的利用效率，且利用房頂收集雨水并簡易處理的模式的整體效果更佳。

3.6 分級供水模式設計

山區的地勢、海拔差異懸殊，山坡、山腳、山頂均有村落覆蓋。統計顯示，居民居住范圍的垂直度超過50 m。

目前，集中供水模式主要在山頂某一區域修建大型蓄水池，通過供水管道將水資源疏導至居民的村落，達到供水的目的，但大跨度、長距離的供水模式需要更高強度的管道，一旦管道的承壓不足，或者是內部受到劇烈的振動，在水壓、負壓、水錘作用下管網下端的水壓就會提升，容易撐破管道構件，也不利于后期的維護。管道中上方的水壓相對較小，水資源的含量也少，容易受到重力及水壓的影響。當管道上方沒有水資源通過時，那么整體用水的保障效果較差，可使用減壓恒壓閥、緩閉蝶閥、空氣閥等防護設備，控制水錘的壓力參數。

小規模供水設施應用中，設備的維護性能較差，若長期沒有對閥門進行關閉，很容易導致閥門、管網內部有空氣進入，對管道有一定破壞力。在實地考察中發現，當前工程管網的上半部分是污水狀態，但水閥長期處于開啟的狀態，可能出現管道破裂問題，且后期維修難度較大。同時發現，當開啟閘門后，管道甚至還有抖動的現象出現，為控制海拔差對片區供水安全的影響，需要合理協調水壓、水錘方面的壓力。

采用分級供水模式，即在不同海拔、不同地區分別修建蓄水池，采用分段供水的模式進行處理，保證整體供水等級為2級或3級。修建二級水池時，確保各水池的間隔參數在25 m，并注意分析居民的用水、居住情況，保證整體用水、供水的安全性，提高管道的功能性。確定分段式設計模式，還需要注意以下要點：

1）確定定期、定時的巡查管理方案，分析居民是否均衡用水，同時使用衛星定位技術進行監控。在此過程中，要注意分級供水總水池的容積設計要小于原來的水池容積，但兩組水池的容積并不會發生變化。如二級水池可采用20 m3容積的水池，可滿足山區內所有居民的飲水需求。

2）分級管理模式降低了水管被壓爆的風險，通過確定水權的指標，解除高處居民無處用水的窘境，一旦有管網出現損壞時，系統也可控制水資源的浪費問題，可避免管道破裂對其他村落的影響。

3）完善工程資料檔案，分析施工管理的組織要點及施工圖紙、標書數據、內外業資料數據，再將此類資料進行匯總，監控工程設計批復、工程監理信息、竣工管理信息、驗收管理資料以及BIM圖示中的施工現場作業圖及其影像學資料，建立起符合標準的“四制”處理方法，消除上述所有操作的安全隱患，提高工程設計的有效性和質量標準。

4 結語

綜上所述，為了全面貫徹全面小康社會建設理念，相關人員要盡可能優化山區飲水安全小型集中供水設計要點，采用科學的監控思路、管理思路做好工程的在線管理技術，加大人力、物力、財力方面的投入，在消除作業安全隱患的基礎上建立可靠的管理機制，為居民飲水用水提供一定便捷。