飲供水工程修復(fù)改建方案編制淺析
——以白楊河社區(qū)為例

趙 亮

(五家渠農(nóng)六師勘測設(shè)計研究有限責任公司，新疆 五家渠 831300)

1 工程基本情況

新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第六師白楊河社區(qū)始建于1958年，社區(qū)內(nèi)建有煤礦井，是兵團重點發(fā)展的煤焦一體化項目重點發(fā)展企業(yè)，白楊河社區(qū)位于阜康市區(qū)東55.0 km，總?cè)丝?00人。

多年來，白楊河社區(qū)人飲水管線老化，供水能力不足，當?shù)鼐用裾Ｉa(chǎn)生活受限；加之2016年8月1日該地發(fā)生百年一遇洪水，洪水沖毀了白楊河中的引水大口井及部分供水管線。為解決上述問題，急需開展飲供水工程修復(fù)改建工作[1]。

為滿足白楊河社區(qū)人畜飲水安全及生產(chǎn)需要，對白楊河社區(qū)境內(nèi)供水工程進行改建。 主要建設(shè)內(nèi)容包括：新建大口滲井1座，內(nèi)徑8.00 m，埋深5.50 m；新建水廠一座，其中500.00 m3清水池一座、二級加壓泵房、加氯間等；改建人飲水管線2105.00 m。本次工程供水規(guī)模為1000.00 m3/d，根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程設(shè)計規(guī)范》(SL 687—2014)，本工程類型為Ⅲ型[2]。

2 工程設(shè)計

2.1 需水量計算

2.1.1 社區(qū)居民生活用水量

社區(qū)居民生活用水量采用式(1)計算：

Q1=Pq/1000

P=P0·(1+γ)n+P1

(1)

式中：Q1為居民生活用水量，m3/d；P為設(shè)計用水居民人數(shù)；P0為供水范圍內(nèi)的現(xiàn)狀人口數(shù)量，本工程為500人；γ為設(shè)計年限內(nèi)人口的自然增長率，本工程取10‰；n為工程設(shè)計年限，取15 a；Pl為設(shè)計年限內(nèi)人口的機械增長人數(shù)，本工程按現(xiàn)狀人口的15%計算；q為最高日居民生活用水定額，取60.00 L/人·d。

經(jīng)計算，Q1=39.33 m3/d。由于在居民用水定額中已經(jīng)考慮到家庭散養(yǎng)畜禽用水量，小區(qū)無集中飼養(yǎng)畜禽點，故不再計取牲畜用水量。

2.1.2 公共建筑用水量

公共建筑用水量應(yīng)按居民生活用水量的10%～25%估算，本次設(shè)計取20%。Q2=Q1×20%=7.87m3/d。

2.1.3 社區(qū)企業(yè)用水量

白楊河社區(qū)內(nèi)有煤礦企業(yè)，企業(yè)生產(chǎn)輔助用水量為70.00 m3/d，10.00 t熱力鍋爐兩座，用水量為250.00 m3/d，Q3=320.00 m3/d。

2.1.4 社區(qū)澆灑道路和綠地用水量

根據(jù)白楊河社區(qū)實際情況，確定澆灑道路用水量標準按1.50 L/(m2·d)計算，澆灑綠地用水量標準按2.00 L/(m2·d)計算，道路面積及綠化面積依據(jù)白楊河社區(qū)總體規(guī)劃確定。

采用式(2)計算：

Q4=(A1q1+A2q2)/1000

(2)

式中：A1為設(shè)計澆灑道路面積，m2；A2為設(shè)計綠地面積，m2；q1為澆灑道路用水量標準，1.50 L/(m2·d)；q2為澆灑綠地用水量標準，2.00 L/(m2·d)；Q4=63.75 m3/d。

2.1.5 管網(wǎng)漏失水量和未預(yù)見用水量計算

依據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程設(shè)計規(guī)范》(SL 687—2014)規(guī)定：管網(wǎng)漏失水量和未預(yù)見用水量之和，宜按上述用水量之和的10%～25%計算，本工程取15%。Q5=(Q1+Q2+Q3+Q4)×15%=64.64 m3/d。

2.1.6 白楊河社區(qū)消防用水量計算

按照《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(GB 50016—2014)的有關(guān)規(guī)定，每個小區(qū)消防用水量均按同一時間內(nèi)發(fā)生火災(zāi)一處,一次滅火用水量10.00 L/s，火災(zāi)延續(xù)時間按2.00 h計算。計算得Q6=72 m3/d

2.1.7 供水規(guī)模

總供水量為以上各項用水量之和，即：Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=495.59 m3/d。

2.1.8 系統(tǒng)供水規(guī)模

Q總=Q×Kh=495.59×2.0=991.18 m3/d，

式中：Kh為供水時變化系數(shù)，取2.0，本工程無水廠自用水量，結(jié)合白楊河社區(qū)居民用水意愿及當?shù)囟〞r供水的實際情況，本工程設(shè)計供水規(guī)模取1000.00 m3/d。主要需水量計算成果如表1所示。

2.2 水廠設(shè)計

水廠主要建設(shè)內(nèi)容包括500.00 m3清水池一座、二級加壓泵房及配電室、加氯間，附屬建筑物主要有值班室和廠區(qū)砂礫石道路。

表1 主要需水量計算成果 m3·d-1

2.2.1 泵站設(shè)計

根據(jù)供水要求，確定泵站的流量和揚程，進行水泵選型。工程的設(shè)計揚程應(yīng)為自然壓水高差、管路水頭損失及最小服務(wù)水頭之和。西山水泵，設(shè)計揚程公式如式(3)所示：

Hd=H1+H2+H3

(3)

式中：Hd為設(shè)計揚程，m；H1為自然壓水高差，m，本項目為48.03 m；H2為管路水頭損失，m；從新建蓄水池到西山蓄水池管長655.00 m，管徑為φ110PE管，水頭總損失為3.14 m；H3為最小服務(wù)水頭，西山蓄水池取4.00 m。經(jīng)計算，西山水泵設(shè)計揚程55.17 m。東山水泵計算過程同上，計算得東山水泵設(shè)計揚程22.27 m。設(shè)計揚程計算如表2所示[3]。

表2 設(shè)計揚程計算 m

白楊河社區(qū)泵站的水泵設(shè)計揚程分別為56.00 m和23.00 m，設(shè)計流量分別為14.00 m3/h和28.00 m3/h，水泵選取時參照以上揚程和流量較為合理。水泵選型如表3所示。

表3 水泵選型方案

白楊河社區(qū)泵站選擇兩臺不同類型配套變頻的水泵，一用一備，電機電壓380 V，變頻機組的功率根據(jù)水泵功率進行配套，水泵安裝高程設(shè)置于蓄水池最低水位1046.74 m，方便水泵安裝施工和運行啟動。

2.2.2 蓄水池設(shè)計

根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》(SL 687—2014)Ⅲ型獨立蓄水池容積按每天最高用水量的15%～25%計，蓄水池容積應(yīng)為250.00 m3，由于現(xiàn)場不具備設(shè)備用井的條件，將蓄水池容積擴大為450.00 m3。蓄水池設(shè)計直接選取國家建筑標準圖集《矩形鋼筋混凝土蓄水池(05S804)》中典型設(shè)計，根據(jù)現(xiàn)場總體布置，蓄水池選擇500.00 m3方形蓄水池(覆土1.00 m)，外觀尺寸為長×寬×高=12.20 m×12.20 m×4.00 m。蓄水池進、出水管按實際發(fā)生的管徑進行布設(shè)，本蓄水池不設(shè)溢水井，溢水管(300 mm)、泄水管(150 mm)接西側(cè)河道。

2.2.3 河道取水建筑物設(shè)計

白楊河社區(qū)原水源位于變電所下游河道中，偏東岸，水源取水建筑物為大口井，外徑為9.00 m，內(nèi)徑為5.00 m，墻厚為2.00 m，為漿砌石結(jié)構(gòu)，井埋深為7.00 m，在2016年8月1日百年一遇的洪水中被沖毀。經(jīng)現(xiàn)場地質(zhì)勘測，河中心變電所東側(cè)有一股泉水，水量、水質(zhì)滿足要求，是人飲水的首選水源。根據(jù)項目實際情況擬提出三個供水方案。方案一為大口井取淺層水，經(jīng)計算大口井內(nèi)徑需要8.00 m，井埋深5.50 m；方案二為滲水廊道取淺層水，經(jīng)計算廊道長度需要40.00 m,埋深5.00 m；方案三為采用機電井取深層水，經(jīng)地質(zhì)勘察地面以下3.00 m為基巖。三個方案的比選如表4所示。

表4 取水建筑物方案比選

經(jīng)方案比選，綜合考慮各方案的優(yōu)缺點，最終確定方案一。

根據(jù)《機井技術(shù)規(guī)范》(SL 256—2000)大口井設(shè)計濾水面積應(yīng)滿足式(4)要求:

F6≥Q0/V3=42.00/7.20=5.83 m2

(4)

式中:F6為井壁進水面積，m2；Q0為大口井設(shè)計出水量，42.00 m3/h；V3為含水層允許滲透流速，m/h。

設(shè)置濾料的滲孔允許滲透流速按式(5)計算:

V3≤α1β3Kd

(5)

式中：α1為安全系數(shù)，取0.5；β3為井壁進水孔下井壁的交角系數(shù)，取0.2；Kd為濾料的滲透系數(shù)，取72 m/h。

進水井壁面積計算公式如式(6)所示：

A=F6/η=2πrh=83.29 m2

(6)

式中：η為井壁開孔率，取0.07；F6為井壁進水面積，根據(jù)規(guī)范取5.83 m2;r為大口井外壁半徑，4.40 m；h為大口井外壁進水高度，經(jīng)計算得h=3.01 m。

為保證大口井能抵御30 a一遇洪水，在大口井基礎(chǔ)部分設(shè)置60.00 cm長錨桿，錨入基礎(chǔ)35.00 cm,上部預(yù)留25.00 cm,澆筑在井壁墻體中，錨桿間距縱向40.00 cm，橫向30.00 cm；為保證大口井供水量，在大口井下游設(shè)置一條截滲壩，壩長45.00 m，高4.50～5.50 m,采用兩布一膜(布200 g/m2,膜厚0.30 mm)+8.00 cm厚混凝土板，在截滲壩基礎(chǔ)部分設(shè)置膨脹螺栓，錨入基礎(chǔ)25.00 cm,間距50.00 cm，在膨脹螺栓上部加鋼片，保證兩布一膜防沖安全。

2.2.4 引水管道設(shè)計

白楊河社區(qū)從水源地自壓引入新建蓄水池，由泵站加壓進入管網(wǎng)，本工程既要引水進入西山老蓄水池，又要引入下游居民區(qū)，西山地面高程比泵站地面高程高出約50.00 m，泵站的下游居民區(qū)比泵站地面高程低出約16.00 m。各管段壓力、過流量及水頭損失計算如表5所示。

表5 各管段壓力、過流量及水頭損失計算

為使供水方案經(jīng)濟合理，根據(jù)供水對象共提出兩個管道布設(shè)方案，方案一為經(jīng)泵站一次加壓向管網(wǎng)供水，為安全供水在進入居民區(qū)前各設(shè)一個減壓閥，減掉多余水壓力；方案二為在向西山供水的管道上另外設(shè)一座加壓泵，進行分區(qū)加壓。管道布設(shè)方案比選如表6所示。

表6 管道布設(shè)方案比選

經(jīng)方案比選，方案二在節(jié)約造價、利于運行安全、年運行費用少方面較好，選定為本項目方案。

3 結(jié) 語

本文根據(jù)相關(guān)規(guī)范和標準，計算得到社區(qū)總需水量；通過泵站設(shè)計、水泵選型、蓄水池設(shè)計、以及河道取水建筑物方案和管線鋪設(shè)方案比選等，得到了較為合理的水廠設(shè)計方案。通過對白楊河社區(qū)飲供水工程修復(fù)改建方案進行研究，為本次修復(fù)改建提供技術(shù)依據(jù)的同時，也為本地區(qū)其他飲供水工程的修復(fù)提供了設(shè)計思路。經(jīng)過白楊河社區(qū)飲供水工程修復(fù)改建項目的實施效果來看，該方案是合理的。