淺談吳起縣城區(qū)供水管網(wǎng)改擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)

李 蓉

（陜西水環(huán)境工程勘測(cè)設(shè)計(jì)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(wú)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(zhǎng)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(jì)、文化中心，已建成面積2.9 km2，行政管轄區(qū)面積24 km2。

1 項(xiàng)目概況

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

2 用水量計(jì)算和工程規(guī)模

根據(jù)供水范圍及供水對(duì)象，計(jì)算本工程設(shè)計(jì)水平年受水區(qū)供水規(guī)模（最高日需水量）為1651 m3/d。預(yù)測(cè)成果見(jiàn)表1。

表1 設(shè)計(jì)水平年受水區(qū)需水量預(yù)測(cè)成果表

3 工程水源

吳起縣供水范圍為吳定高速北連接線(xiàn)至北過(guò)境道路吳起北互通立交連接線(xiàn)沿途。吳起縣自來(lái)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(yīng)急水源供水系統(tǒng)，供水人口7.4 萬(wàn)人，年供水量285 萬(wàn)t，管網(wǎng)延伸東至和居小區(qū)、西至劉河灣、南至崖窯臺(tái)、北至白石咀，管網(wǎng)總長(zhǎng)度102.9 km，形成貫穿縣城的樹(shù)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(wàn)t 調(diào)蓄池一個(gè)，設(shè)計(jì)供水能力為8500 t/d 供水廠(chǎng)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(lái)水水質(zhì)低劣的問(wèn)題得到根本性解決。縣城應(yīng)急水源供水系統(tǒng)主要為原縣城供水的北苑水廠(chǎng)、劉渠子水廠(chǎng)和楊青川口供水站，在薛岔水源地供水工程投入運(yùn)行后，即做為縣城應(yīng)急后備水源使用，在應(yīng)急時(shí)期可充分保證縣城供水。

一水廠(chǎng)（北苑水廠(chǎng)）位于老城區(qū)，水廠(chǎng)地面高程1292.0 m，設(shè)計(jì)水處理規(guī)模5000 m3/d。水廠(chǎng)現(xiàn)有水源井3 座，單井出水量為50 m3/h，每日開(kāi)20 h，現(xiàn)在每日供水量?jī)H為3000 m3/d 左右。水廠(chǎng)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(jí)泵房加壓后供給老城區(qū)。廠(chǎng)區(qū)現(xiàn)有面積狹小，建有容積1000 m3清水池一座。

二水廠(chǎng)（劉渠子凈水廠(chǎng)）占地5.6 畝，設(shè)計(jì)水處理規(guī)模8000 m3/d。廠(chǎng)內(nèi)建有1000 m3清水池2 座。水廠(chǎng)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(yuǎn)水源井在水廠(chǎng)以南2.0 km 處，依次向北布設(shè)，井距500 m 左右。但是由于受水源井取水能力限制，實(shí)際供水能力目前只有4000 m3/d。

玉皇廟水庫(kù)和大樹(shù)梁水庫(kù)主要作為備用水源，玉皇廟水庫(kù)設(shè)計(jì)供水規(guī)模3000 m3/d，主要用于玉皇廟與大樹(shù)梁水庫(kù)沿途村民用水，并補(bǔ)給大樹(shù)梁水庫(kù)水量，同時(shí)通過(guò)大樹(shù)梁水庫(kù)至一水廠(chǎng)（北苑水廠(chǎng)）管線(xiàn)（包括本次設(shè)計(jì)管線(xiàn)）作為轉(zhuǎn)輸管線(xiàn)給吳起縣城供水。大樹(shù)梁水庫(kù)設(shè)計(jì)供水規(guī)模為750 m3/d，主要用于一水廠(chǎng)（北苑水廠(chǎng)）的供水補(bǔ)給。

通過(guò)上述水源及水廠(chǎng)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(shè)計(jì)水平年

本工程設(shè)計(jì)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(chǎng)至吳王公路管線(xiàn)和北苑水廠(chǎng)至管理站蓄水池管線(xiàn)，其中北苑水廠(chǎng)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(xiàn)從北苑水廠(chǎng)出水沿北苑東路往東，沿預(yù)修建的吳定高速北連接線(xiàn)至北過(guò)境道路工程吳起北互通立交連接線(xiàn)工程鋪設(shè)管線(xiàn)，一直到管理站的蓄水池處，與管理站水廠(chǎng)連通。

本工程線(xiàn)路總長(zhǎng)7.38 km。主干管總長(zhǎng)6.94 km，支管線(xiàn)路總長(zhǎng)0.44 km，基本沿道路布設(shè)。

表2 管線(xiàn)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(xiàng)目是地形復(fù)雜的高揚(yáng)程、遠(yuǎn)距離輸水工程，管道占投資的比重較大，管材選用不當(dāng)會(huì)造成事故或增加不必要的資金投入。所以管材的選擇對(duì)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(shí)重量輕，耐老化，無(wú)毒、衛(wèi)生、易安裝，正被廣泛的應(yīng)用在給水、燃?xì)?、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(duì)比，DN300 管道兩者費(fèi)用相當(dāng)，然PE 管施工方便，后期維護(hù)容易，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，本次設(shè)計(jì)推薦工程區(qū)管道采用PE 管。

4.2.3 水力計(jì)算

沿程水頭損失常用海曾- 威廉公式計(jì)算，其形式為：

式中：h1為沿程水頭損失，m；L 為計(jì)算管段長(zhǎng)度，m；i 為單位管長(zhǎng)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(jì)算。

本工程管徑確定計(jì)算表見(jiàn)表2～表4。

表3 平均經(jīng)濟(jì)流速

表4 界限流量表

由于實(shí)際管網(wǎng)的復(fù)雜性，要在理論上計(jì)算管網(wǎng)造價(jià)和年管理費(fèi)用相當(dāng)復(fù)雜且有一定難度，給水管徑選擇常采用經(jīng)濟(jì)管徑進(jìn)行確定。結(jié)合表3 及表4 可知，管徑在100 mm～400 mm，平均經(jīng)濟(jì)流速0.6 m/s～0.9 m/s；管徑大于等于400 mm，平均經(jīng)濟(jì)流速0.9 m/s～1.4 m/s；根據(jù)經(jīng)濟(jì)流速，本次工程采用PE 管，結(jié)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(yàn)收規(guī)范》（GB 50268-2008）規(guī)定，管道設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力按最大工作壓力P 計(jì)算確定，塑料管設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(jí)，管道設(shè)計(jì)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(shè)

1）地形平坦段

①管道埋深確定

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

②管溝斷面形式

對(duì)于全部為土基的管線(xiàn)，采用開(kāi)挖管溝鋪設(shè)管道方法施工，管溝兩側(cè)臨時(shí)開(kāi)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(shí)度≥95%，其下依次采用30 cm3∶7 灰土墊層，15 cm 素土壓實(shí)，壓實(shí)度均≥95%，管道正上方50 cm 段中粗砂壓實(shí)度≥85%，其余上方50 cm 段中粗砂壓實(shí)度≥90%。上部按道路路基要求恢復(fù)至原地面。

對(duì)于全部為巖基的管線(xiàn)，斷面形式和土基相似，開(kāi)挖邊坡改為1∶0.2，管床下30 cm3∶7 灰土墊層，15 cm 素土壓實(shí)去掉。

管道在橫穿機(jī)動(dòng)車(chē)道段外套鋼筋砼管，采用承插式Ⅱ級(jí)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(fù)雜段

①橫跨方案選擇

常見(jiàn)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(yùn)行管理等因素綜合考慮，本工程采用開(kāi)挖管溝埋設(shè)管道施工方案。

②跨河段

本供水管線(xiàn)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(shè)，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(duì)河床沖刷嚴(yán)重，但河床基巖埋深較淺，因此本次設(shè)計(jì)將管道基礎(chǔ)均在基巖面以下。

管線(xiàn)穿越河床部分，管道均能坐落在基巖上，管溝兩側(cè)開(kāi)挖坡比1∶0.2，管底鋪設(shè)中粗砂墊層及管床，墊層厚度10 cm，管槽開(kāi)挖底部寬度1.7 m，并聯(lián)管道間距50 cm，管槽兩側(cè)采用砂礫石回填至管頂以上50 cm，壓實(shí)度不小于0.92，上部采用原土機(jī)械壓實(shí)回填，壓實(shí)度不小于0.90。管頂以上設(shè)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(cè)岸坡部分采用40 cm 厚C20 混凝土護(hù)坡，護(hù)坡寬度2.5 m。管道基礎(chǔ)均為下部基巖。基巖部分開(kāi)挖坡比1∶0.2，基巖部分管道埋設(shè)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(yīng)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(jiàn)室外消火栓及消防水鶴標(biāo)準(zhǔn)圖集13S201。本次共設(shè)32 處消火栓。

5 結(jié)語(yǔ)

因吳定高速北連接線(xiàn)至北過(guò)境道路工程吳起北互通立交連接線(xiàn)工程的施工要求，需將施工路段的自來(lái)水管線(xiàn)在路基建成之前改遷至道路紅線(xiàn)以外，目前此連接道路工程施工圖已經(jīng)完成，且招標(biāo)完畢，準(zhǔn)備施工，故吳起縣城此段應(yīng)急管網(wǎng)工程非常緊迫。工程建成后將會(huì)提高該段的供水能力，增強(qiáng)當(dāng)?shù)仫嬎踩?，減少風(fēng)險(xiǎn)和損失，改善飲水條件，對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展將起到積極的促進(jìn)作用。因此，該項(xiàng)工程是可行的。