融水縣融江片區貧困村人飲工程設計

　　[摘要] 介紹了融水縣融江片區部分貧困村人飲工程的設計情況，論述了該工程中各工藝選擇及其技術特點，總結了工程的設計經驗。

　　黃俊， 廣西水利水電 發表時間：2021-10-25 期刊

　　[關鍵詞] 自流引水;水位;布置;水錘;設計特點;農村人飲工程;融水縣

　　1 工程概況

　　柳州市融水縣融江片區部分貧困村飲水補水工程主要解決紅水鄉高文村、振民村、黃奈村、芝東村、紅水村(含鄉政府駐地)以及拱洞鄉高武村、大溝村、洋鳥村8個村28 333人的人畜飲水問題，涉及飲水水源為山泉水。項目區主要位于融水縣紅水鄉與拱洞鄉兩個鄉鎮。紅水鄉和拱洞鄉均位于融水縣東北部。工程區域所在地交通方便，區域內村級公路網比較發達，有村道貫穿整個項目區。水源點及新建水廠位于元寶山自然保護區外，道路交通便利。

　　2 工程總體布置

　　本工程的供水規模為 2 891.2 m3 /d，根據《村鎮供水工程技術規范》(SL310-2019)，集中式供水工程供水規模5000～1000 m3 /d的為Ⅲ等工程，主要建筑物級別為 3 級，次要建筑物級別為 4 級。本工程供水水源為元寶山的山泉水，共有2處，分別為元寶山北面安太鄉培秀村火培屯白虎頂融江一級支流貝江河支流培秀河的源頭白坪溪(水源點1)和火培屯北面2.3 km處培秀河的源頭烏紗溪(水源點2)。兩處水源均通過天然沖坑布管引水，利用水頭差先輸送到水廠進行凈化消毒處理，再輸送到各村屯的集中高位水池。

　　管線基本沿現有道路布設。由于項目供水范圍分散、地形起伏落差變化大，對供水水源點與受水點的落差、地形起伏、管材承受壓力、施工及后期管護等情況進行分析后，選擇了兩個主管供水方案進行比選。

　　(1)方案一(純自流引水方案)：由1411 m高程水源點1引水，引至1197 m高程水源點2匯合后，輸水至 1078 m 高程水廠泄壓，之后的主管路線僅在 966 m高程處泄壓，全程無需設置加壓點，即可實現全程自流引水。

　　(2)方案二(自流泄壓再加壓方案)：由1411 m 高程的水源點1引水，引至1197 m高程水源點2匯合后，輸水至1078 m高程水廠泄壓，之后的主管路線依次在966 m、788 m高程處泄壓，由于泄壓后無法自流引水，需在高文村附近設置泵房在726 m高程處加壓，才能引水至之后的村屯。

　　根據以上所述，結合建后管理、征地等因素對供水方案進行比選，結果見表1。

　　根據比選結果，從工程投資和運行等綜合角度考慮，選擇方案一(純自流引水方案)作為推薦方案。

　　3 工程設計

　　3.1 管材選擇

　　本項目管線較長、高低起伏大，各類因素復雜，因此必須考慮管道材質的不同對管道工程的綜合影響，需要對各種不同的管道材質進行比較，以選用合理的管道材質。

　　選擇管材的基本原則是：能承受要求的內壓和外荷載;使用性能可靠，施工方便，維修工作量少;使用年限長;內壁光滑，輸水能力可基本保持不變：能適合工程區地質條件和各種實際情況的需要;造價較低。有利于減少供水管道對出廠水的二次污染程度。

　　根據以上的管材選擇基本原則，對球墨鑄鐵管、鍍鋅鋼管、PE 管、復合鋼絲 PE 管等 4 種常用且較為適合本工程特性的管材從使用壽命、耐腐蝕性、對水質的影響、施工安裝、維修、單價等方面對輸水管材進行比選(見表2)。

　　經對比，復合鋼絲網PE管的使用壽命短，且抗壓能力低，壓力等級高的需要定制，造價高;無縫鋼管的品種齊全，壓力等級范圍廣，技術成熟，強度高，性能穩定，能長期承受較高水壓;PE聚乙烯管使用壽命較長，防滲性、耐腐蝕性及接頭密封性等性能相對較好，但是承壓能力較低;球墨鑄鐵管具有品種齊全，管件配套完善，壓力等級范圍最廣，技術成熟，強度高，性能穩定，且不易腐蝕等優點，能承受較高水壓。綜合考慮，主管、支管、毛管絕大部分沿道路埋設，埋設部分采用球墨鑄鐵管，小部分需外露鋪設的管道采用無縫鋼管，并配套相應配件。村屯內水池到用戶端的管道線路地勢復雜，輸送水量較小、水頭差小，采用PE管。

　　3.2 凈水工藝選擇

　　水廠凈水工藝較多，主要有傳統快濾工藝(三大池)、多介質過濾罐、旋轉錯流式超濾膜和旋流氣浮澄清砂濾工藝。各凈水工藝的優缺點對比和技術對比分別見表3和表4。

　　經對比，旋流氣浮澄清技術為較新型的技術，也是今后水處理技術的發展方向之一，相比于傳統的三大池水凈化技術，凈化流程縮短，無需大量加藥凈化，操作簡便，可以無人值守。由于采用全水力自動控制運行，后期運行管理費用較超濾膜系統更低。本工程地處較貧困地區，考慮后期運行成本等經濟指標，結合水源水質和水廠位置每年冬季可能結冰的特點，水處理工藝確定采用旋流氣浮澄清砂濾工藝。

　　旋流氣浮澄清砂濾工藝流程：水從水源輸送到水廠，通過在原水管道上投加絮凝劑，然后流入澄清池，使得懸浮物和膠體(小顆粒泥砂、大分子有機物、細菌、病毒等膠體物質)脫穩沉降，同時絮凝形成的泥渣層具有吸附作用，可去除水中的部分有機物以及重金屬等污染物。澄清池池壁和網格上積泥中存在微生物，這些微生物可以降解水中易于生物降解的有機污染物。然后對澄清池中的水進行跌落曝氣，充氧以達到充足的溶解氧，為去除氨氮創造了條件。而系統內氨氮的去除主要靠微生物分解，在系統內發生了硝化反硝化作用，即將氨氮降解為(亞)硝酸鹽氮，再經反硝化脫除，完成初步澄清凈化。清水經清水槽匯流后進入過濾池。過濾系統采用深床均質濾料，過濾后加消毒劑進行消毒，消毒后進清水池，水質達到國家飲用水水質標準。工藝流程見圖1。

　　3.3 自動控制系統

　　水廠自動控制系統遵循“集中管理、分散控制、資源共享”的原則，水廠儀表系統遵循“工藝必需、先進實用、維護簡便”的原則。

　　自動控制系統采用集散型計算機控制系統。由可編程序控制器(PLC)及自動化儀表組成的檢測控制系統—現場控制站，對水廠各過程進行分散控制，再由通訊系統、監控計算機等組成的中央控制室，對全廠實行集中管理。各分控站與中央控制室之間由無線結合有線網絡實現數據通信。現場控制站與現場測控儀表之間由開放式現場總線連接。現場控制站根據水廠的實際工藝和建筑物的幾何分布情況，設置在控制對象和信號源相對集中的建筑物中。

　　系統根據現場采集并回傳的流量、液位、濁度、余氯、pH值、溫度等信息，經過計算，自動調節水廠中各個閥門的開度及藥物的投加，從而實現水廠運行的自動化。水廠自動控制監測系統原理圖見圖2。

　　3.4 輸水管道及閥門

　　項目區主、支管高程落差大，供水管主管由球墨鑄鐵管及無縫鋼管組成。球墨鑄鐵管采用承插式T型接口管，在沿路埋設部分使用。無縫鋼管主要用在部分球墨鑄鐵管難以安裝的區段，如道路狹窄、經過居民區和過橋等特殊路段鋪設。輸水管道根據管段壓力不同可分別采用 2.5、5.4、6.4 MPa 等規格管道。

　　村內水池到屯、隊水池的管道線路地勢復雜，輸送水量少、水頭落差小等特點，因此采用 PE 管，工作壓力為1.6 MPa。

　　項目區冬季有結冰現象，因此需對外露管道進行保溫處理，具體做法為在管道外設套管并在間隙填充保溫材料。

　　本工程輸水管線長度較長，管線起伏較大，需配置各種功能閥門以保障管線安全及日后檢修。具體方案為管道每隔2～3 km設置一個檢修閥，并根據壓力等級確定閥門類型和公稱壓力;在管道凸起點設空氣閥;長距離無凸起點的管段，每隔1 km 左右亦應設空氣閥;在管道低凹處設置排泥排水閥;此外，根據水力過渡過程分析計算和水錘驗算，在管道最不利點處安裝調流調壓閥和水擊泄放閥以保證管道系統運行安全。

　　所有管線共配置檢修閥 56 處，復合式空氣閥 60處，排泥排水閥35處，調流調壓閥20處，水擊泄放閥10處。以上閥門均設閥門井保護，閥門井根據需要采用M7.5漿砌磚或C20鋼筋混凝土兩種形式。

　　4 結語

　　柳州市融水縣融江片區部分貧困村人飲工程特點是水源高程較高，可完全利用水頭落差進行純自流引水。由于引水流量較大、高差較大且輸水管路較長，管路沿線需配置各種功能閥門以保障管線安全及日后檢修使用。尤其需要注意水力過渡過程分析計算和水錘驗算，并安裝調流調壓閥和水擊泄放閥以保證管道系統運行安全。工程建成后可為紅水鄉與拱洞鄉兩個鄉鎮的人畜飲水供水提供重要保障。