巴楚县三乡两镇饮水安全工程取水头部设计

方海霞

(喀什第三师勘测设计研究院有限责任公司， 新疆 喀什 844000)



巴楚县三乡两镇饮水安全工程取水头部设计

方海霞

(喀什第三师勘测设计研究院有限责任公司， 新疆 喀什 844000)

取水头部是饮水安全工程设计的关键。在巴楚县三乡两镇饮水安全工程取水头部设计中，对水源、取水方式、构筑物型式、取水头部型式等进行对比研究，结果表明：项目区地表水水源优于地下水水源，宜选用河床式取水构筑物，以泵房加压的形式通过输水管道向受水区供水，采用万向轮式取水头部，可根据水深调整取水口高度，具有明显的应用优势。

饮水安全工程； 取水头部； 构筑物型式； 万向轮式取水

1 引 言

巴楚县位于新疆喀什地区，地处天山南麓，塔里木盆地和塔克拉玛干沙漠边缘。巴楚县的阿那库勒乡、多来提巴格乡、恰尔巴格乡、巴楚镇、三岔口镇(三乡两镇)共有45个行政村，总人口为66431人。

近年来，随着乡镇企业的迅速发展，县城人口增长迅速，预估巴楚县城居民和乡镇企业用水量将突破19790m3/d，而目前取水构筑物的日供水能力仅2900m3/d，远远达不到供水需求。目前三乡两镇中，有些地区常年供不上自来水，已有15880人长期饮用手压井水、涝坝水，极易引发饮水不安全问题，其中因饮用苦咸水(浅层手压井水)的饮水不安全人口为8122人，饮用未经处理的IV类地表水的饮水不安全人口为7758人。

为维护社会安定团结、促进经济发展、构建和谐社会，改善三乡两镇的饮水条件、加快实施农村安全饮水工程、解决饮水困难已刻不容缓。因此，喀什第三师勘测设计研究院从工程布置、用水量核定等几个方面对巴楚县三乡两镇饮水安全工程进行设计，以期达到最优的供水效果。

2 工程方案比选

2.1 比选原则

根据工程任务和特点对该工程的方案比选提出以下4条原则：ⓐ水源可持续性；ⓑ近期与长远相结合、统筹规划、分步实施；ⓒ工程可持续利用；ⓓ群众自筹和政府扶持相结合的投资政策[1-3]。

2.2 水源选择

项目区地表水水源主要来自小海子水库，地下水水源主要是艾力克它姆龙口一带依靠叶河洪水补给的地下水，可由机井提取。

方案一：从小海子水库引地表水，经净化消毒后，向项目区提供合格的卫生水；该方案建设内容主要为：建设取水构筑物1座，输水管道23.024km，配备净水及消毒设备，并配套设备间，工程投资约2400万元。工艺流程为：库水→取水泵房→过滤→消毒→管网→用户，见图1。

图1 地表引水流程

方案二：以地下水作为供水水源，根据以往的供水工程可研报告，如：以艾力克它姆龙口一带的地下水为水源，工程由水源地工程(凿井12眼，井深60m/80m)、首部水池(两座1000m3清水池)及二级加压站工程和输水管道工程(29.48km)等组成，工程投资约6000万元。工艺流程为：地下水→机井提水→消毒→管网→用户，见图2。

图2 地下水引水流程

方案选择：经分析，地表水水源方案不仅从水质和水量上较地下水水源方案有更高的保证率，且工程投资和供水成本也较低。

所以该工程选择地表水水源方案，以小海子水库库水作为推荐水源。

2.3 取水方式

取水构筑物的安全可靠性对供水工程至关重要，根据小海子水库周边的地形条件及其运行调度方式，综合比较后，选择直接引取水库水。

2.4 取水构筑物型式

小海子水库为平原水库，且库岸到库底边坡平缓。考虑水库取水的特点，固定式取水构筑物具有更高的适用性[4]，同时为保证取用水量、水质等均满足饮水安全需求，河床式取水构筑物比岸边式取水构筑物、低坝式取水构筑物、底栏栅式取水构筑物更加合理。在设计中，河床式取水构筑物布置于库心的较低处，靠近大坝附近，远离藻类集中区。

2.5 取水点布置

在可研阶段选取两处取水点进行方案比选。一处为小海子水库北闸处，现三乡两镇取水口东侧，距离岸边40m处；另一处为小海子水库北闸东南侧约2m处的乌龟岛处。对两个方案从取水保证率、管线长度、施工方便程度和投资方面进行了比较，最终选取小海子水库北闸处为取水点。

在初设阶段，对取水点的位置再次进行分析和论证。以小海子水库地形图为基础，以水量、水质、取水深度要求为准则，认真比选最佳取水点，结果表明：北坝线0+000～1+200段库区满足条件。该范围水深最大处在北闸处，库底高程在1108.00～1110.00m，且靠近山体，岸坡极陡；另一处，在现有的取水泵房以东，与库内一条老河沟相连，距库岸140～200m处，河沟高程1105.50～1111.00m。沟外围为1111.00m等高线的闭合体。

通过分析资料可知，该取水工程枯水期总需水量204.87万m3，而沟外围1111.00m等高线所围的水体约2119.71万m3，满足供水的水量要求。选定取水点位于北坝线0+480处，距库岸140m，库底高程1108.00m。为保证泵房的安全，设计中取泵房室底高程1108.00m、吸水泵轴线高程1109.90m。

2.6 供水线路方案选择

在可研阶段，对输水管线方案进行比较论证：方案一沿现状巴楚县城供水管线布置的南线方案；方案二沿现状三乡两镇供水管线布置的北线方案。经比较，南线方案较北线方案输水线路短，沿线与渠、林、路交叉数量少，工程投资较为经济，所以推荐采用南线布置方案。

在初设阶段，输水管道仍采用南线布置方案，为了避免房屋拆迁，对局部管线做了调整，沿线与渠、林、路交叉的地方进行复核统计，细化交叉建筑物设计，对管道施工造成的局部临时占地面积和伐林数量进行了复核统计，并将该项费用计入建设及施工场地费用。经复核，该次新建输水管道共计23.21km。管线放线见表1。

表1 管线放线

2.7 供水方式

由于项目区位于平原区，供水方式主要选用泵房加压型式。

2.7.1 压力供水方案

工程设计中综合了工程造价和运行费用两方面因素，提出两种加压供水方案。

方案一：可研阶段供水方案。新建取水泵房1座，内设3台(两用一备)55kW卧式双吸离心泵加压输水送至小海子水厂，再由小海子水厂分两部分进行二次加压：一部分通过新配备的净化消毒设备将水处理后由现有小海子水厂加压泵加压，利用现有三乡两镇输水管道，向多来提巴格乡、恰尔巴格乡供水；另一部分通过在小海子水厂新配备的3台(两用一备)110kW加压泵加压输水至且城水厂和三乡两镇水厂，由三乡两镇水厂现有的加压泵加压向阿那库勒乡、巴楚镇、三岔口镇供水。

该方案有以下缺点：

a.送往县城水厂和三乡两镇水厂的原水，在小海子水厂处未做净化消毒处理，却进行了泄压和二次加压输水，从供水设备上造成一定程度的浪费，在管理上增加了一道不必要的操作手续。

b.可研阶段未对各水厂供水区域的用水量单独复核，也未对已建管道进行供水能力复核，造成该供水方案在小海子水厂处给原三乡两镇供水管线加压供水分配水量6649m3/d偏大，实际需用量仅4993.7m3/d，并且目前管道的输水能力也达不到供水要求。而新敷设管线在18+562处分给三乡两镇水厂的水量仅860m3/d，远小于该水厂供水区域阿那库勒乡、巴楚镇、三岔口镇的人畜饮水和乡镇企业需水量(9935.84m3/d)。

c.该方案仅考虑从小海子水厂加压向原三乡两镇供水管网输水的水质净化和消毒，未考虑新建管线投到三乡两镇水厂860m3/d水量的净化和消毒。

针对方案一存在的问题，通过对各水厂供水区域的需用水量和已建管线细部调查、输水能力复核计算，对供水方案进行了优化和完善，提出供水方案二。

方案二：初设阶段供水方案。新建取水泵房1座，将取水分两部分供水，一部分由1台22kW卧式双吸离心泵取水，由现有县城D400管道输水至小海子水厂，通过新配备的净化消毒设备，再由已建的清水池调节后，由小海子水厂现有的加压泵加压，利用三乡两镇的输水管道，向多来提巴格乡、恰尔巴格乡供水；取水泵房内再设3台(两用一备)132kW卧式双吸离心泵取水，一次加压输水分别送至三乡两镇水厂和县城水厂，将送至三乡两镇水厂的原水，通过新配备的净化消毒设备，再由已建的清水池调节后，由三乡两镇水厂现有的加压泵加压向阿那库勒乡、巴楚镇、三岔口镇供水。

方案二新配水泵4台，三用一备，电机功率合计2×132+1×22=286kW，较方案一少用水泵2台，节省电机44kW；22kW的供水泵如果出现故障检修时，可通过新建管线1+330处的旁通减压阀，解决多来提巴格乡和恰尔巴格乡的供水。

方案二不仅满足各供水区域的需用水要求，而且对供给项目区原水都进行了净化、消毒处理，确保水质安全，供往县城水厂的原水，将利用水厂现有的净水、消毒设备做水质处理。

工程最终选定第二种供水方案。

2.7.2 输水管材选择

该项目中输水管道管径为D500～D600，压力等级为PN0.6MPa，项目区地下水及地基土含有对金属材料中等强度腐蚀性物质，根据已建供水工程经验，对玻璃钢管(FRP管)、聚氯乙稀管(UPVC管)、聚乙烯管(PE管)三种管材进行比选。其主要技术指标及优缺点比较见表2。

表2 管材优缺点比较

续表

通过计算分析可知，输水管道的管径D140～D600、管压0.6MPa，对于管材的强度要求较低，FRP管、UPVC管和PE管均满足要求。

由设计输水流量相同可知管道内径相同、开挖土方工程量亦相同，故单位长度管材的价格决定输水管道的投资。通过经济比选，在管压0.6MPa、管径D140～D600时，UPVC管比FRP管、PE管更具有价格优势。故采用UPVC管投资最为经济。当管径大于400mm时，玻璃钢管价格具有较大优势，故管径大于400mm的采用玻璃钢管。

根据以上比较，按水力计算要求，工程所需管径分别为D500和D600，管道需要的公称压力为0.6MPa，所以工程全部采用0.6MPa的玻璃钢管。

3 取水构筑物

取水工程选用地表水作为水源，故在取水构筑物设计时对几种常见的地表水取水构筑物进行了比选，该工程选择的是河床式取水构筑物。

3.1 取水头部

为保障取水的水量、水质满足供水需求，设计时采用浮筒托拽取水管道的方式，实时根据水深调节取水口高度，始终保证取水口在水面以下1～1.5m。由于该工程取水条件相对较差，在取水头部设计时选用适用性较强的球形万向接头[5]作为连接部件，并选择万向轮式取水头部与之对应，以达到最优的运行工况。

3.2 进水管

通过水力计算可知，进水管流速0.9m/s，无需加压，可自流输送，故选取直径为286mm的自流管。设计中，选用两根315mm的钢管时，测算得实际进水流速0.73m/s。

为避免自流管的淤积，设计流速的选定至关重要，取水管道中设计流速一般应不超过经济流速而又不低于不淤流速，且不宜小于0.6m/s。在该取水工程中，选用一根1000mm的钢管时，测算得实际进水流速0.6m/s，满足要求。

3.3 取水泵房

3.3.1 水泵

根据供水方案，取水泵房分两部分供水：第一部分供给多来提巴格乡、恰尔巴格乡用水，根据该部分需用水量要求，计算流量和扬程，选择双吸卧式离心泵1台，型号为DFSS125—290(I)，单台水泵额定流量为253m3/h，额定扬程为21m，电机功率22kW；第二部分供给巴楚县城和阿那库勒乡、巴楚镇、三岔口镇用水，根据该部分需用水量要求，经计算流量和扬程，选择双吸卧式离心泵3台，型号为DFSS200—520C，水泵额定流量为850m3/h，额定扬程为44m，电机功率132KW。

3.3.2 泵房

设计水源水库正常蓄水位1115.50m，为确保水泵正常工作，泵头应始终有一定的淹没深度，设定泵房底部高程1108.00m。为避免泵房受风浪威胁，采用双层结构，入口处高程1116.50m，顶高程1122.50m。

设计中，以《村镇供水工程技术规范》等规范为基准，综合考虑水泵机组与配电设备的安装、维修与更换。

在泵房受力稳定性分析中，统筹考虑浮力、风浪压力、冰推力等不利因素，选定受力条件较好的圆形泵房，取定泵房内径17m，建筑面积453.73m2。

3.4 取水构筑物安全防护设施

为确保取水构筑物安全，设计中引入信息自动化设备，实时对水源是否污染、水泵是否正常运行等进行24h监控，并形成影像资料备份，以便归档查询。同时，泵房配备了远程监控和启闭系统，值班人员可于监控室内完成水泵的日常检查与启停操作，节约了人力，保障了水泵的长效运行。

4 结 语

为解决巴楚县阿那库勒乡、多来提巴格乡、恰尔巴格乡、巴楚镇、三岔口镇(三乡两镇)的饮水安全问题，本文对新建取水工程的水源、取水方式、构筑物型式、取水点布置、供水线路、供水方式、取水头部型式、进水管、取水泵房等分别进行了认真对比研究，结果表明：项目区地表水水源优于地下水水源，选用河床式取水构筑物，以泵房加压的形式通过输水管道向受水区供水。工程拟选用万向轮式取水头部，可通过浮筒托拽取水管道，根据水深调整取水口高度，保证始终取用上层较好的水源。

[1] 刘慧.浅论农村饮水工程建设与管理[J].水利建设与管理,2012(9):50-51.

[2] 倪文进.强化农村水利建设与管理的思考[J].水利发展研究,2010,10(12):5-7.

[3] 杨亚明.农村人畜饮水安全工程建设质量管理模式探讨[J].水利建设与管理,2015(3):50-52.

[4] 刘永林,庞海臻.大伙房水库多层取水头部的设计[J].水利管理技术,1998,18(6):25-27.

[5] 陆中华,王思尧,吴斯文.佛山某水厂取水头部设计及反思[J].给水排水,2015,41(9):23-25.

Analysis on the water head of Three-township and Two-town Drinking Water Safety Project in Bachu County

FANG Haixia

(Kashgar No.3 Division Reconnaissance Design and Research Institute Co., Ltd., Kashgar 844000, China)

Water head is the key to drinking water safety engineering design. In the water head design of Bachu County Three-township and Two-town Drinking Water Safety Project, water source, water acquisition mode, building mode, water head model, etc. are comparatively studied. The results show that surface water source of the project zone is better than underground water source, river bed water acquisition building should be selected. Water can be supplied to the water-affected area through water conveyance pipeline in the form of pumping room pressurization. Universal wheel water head is adopted, water intake height can be adjusted according to water depth, and prominent application advantages can be achieved.

drinking water safety engineering; water head; structure mode; universal wheel water acquisition

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.12.008

TV22

B

1005-4774(2016)12- 0026- 05