饮供水工程修复改建方案编制浅析——以白杨河社区为例

赵 亮

(五家渠农六师勘测设计研究有限责任公司，新疆 五家渠 831300)

1 工程基本情况

新疆生产建设兵团第六师白杨河社区始建于1958年，社区内建有煤矿井，是兵团重点发展的煤焦一体化项目重点发展企业，白杨河社区位于阜康市区东55.0 km，总人口500人。

多年来，白杨河社区人饮水管线老化，供水能力不足，当地居民正常生产生活受限；加之2016年8月1日该地发生百年一遇洪水，洪水冲毁了白杨河中的引水大口井及部分供水管线。为解决上述问题，急需开展饮供水工程修复改建工作[1]。

为满足白杨河社区人畜饮水安全及生产需要，对白杨河社区境内供水工程进行改建。 主要建设内容包括：新建大口渗井1座，内径8.00 m，埋深5.50 m；新建水厂一座，其中500.00 m3清水池一座、二级加压泵房、加氯间等；改建人饮水管线2105.00 m。本次工程供水规模为1000.00 m3/d，根据《村镇供水工程设计规范》(SL 687—2014)，本工程类型为Ⅲ型[2]。

2 工程设计

2.1 需水量计算

2.1.1 社区居民生活用水量

社区居民生活用水量采用式(1)计算：

Q1=Pq/1000

P=P0·(1+γ)n+P1

(1)

式中：Q1为居民生活用水量，m3/d；P为设计用水居民人数；P0为供水范围内的现状人口数量，本工程为500人；γ为设计年限内人口的自然增长率，本工程取10‰；n为工程设计年限，取15 a；Pl为设计年限内人口的机械增长人数，本工程按现状人口的15%计算；q为最高日居民生活用水定额，取60.00 L/人·d。

经计算，Q1=39.33 m3/d。由于在居民用水定额中已经考虑到家庭散养畜禽用水量，小区无集中饲养畜禽点，故不再计取牲畜用水量。

2.1.2 公共建筑用水量

公共建筑用水量应按居民生活用水量的10%～25%估算，本次设计取20%。Q2=Q1×20%=7.87m3/d。

2.1.3 社区企业用水量

白杨河社区内有煤矿企业，企业生产辅助用水量为70.00 m3/d，10.00 t热力锅炉两座，用水量为250.00 m3/d，Q3=320.00 m3/d。

2.1.4 社区浇洒道路和绿地用水量

根据白杨河社区实际情况，确定浇洒道路用水量标准按1.50 L/(m2·d)计算，浇洒绿地用水量标准按2.00 L/(m2·d)计算，道路面积及绿化面积依据白杨河社区总体规划确定。

采用式(2)计算：

Q4=(A1q1+A2q2)/1000

(2)

式中：A1为设计浇洒道路面积，m2；A2为设计绿地面积，m2；q1为浇洒道路用水量标准，1.50 L/(m2·d)；q2为浇洒绿地用水量标准，2.00 L/(m2·d)；Q4=63.75 m3/d。

2.1.5 管网漏失水量和未预见用水量计算

依据《村镇供水工程设计规范》(SL 687—2014)规定：管网漏失水量和未预见用水量之和，宜按上述用水量之和的10%～25%计算，本工程取15%。Q5=(Q1+Q2+Q3+Q4)×15%=64.64 m3/d。

2.1.6 白杨河社区消防用水量计算

按照《建筑设计防火规范》(GB 50016—2014)的有关规定，每个小区消防用水量均按同一时间内发生火灾一处,一次灭火用水量10.00 L/s，火灾延续时间按2.00 h计算。计算得Q6=72 m3/d

2.1.7 供水规模

总供水量为以上各项用水量之和，即：Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=495.59 m3/d。

2.1.8 系统供水规模

Q总=Q×Kh=495.59×2.0=991.18 m3/d，

式中：Kh为供水时变化系数，取2.0，本工程无水厂自用水量，结合白杨河社区居民用水意愿及当地定时供水的实际情况，本工程设计供水规模取1000.00 m3/d。主要需水量计算成果如表1所示。

2.2 水厂设计

水厂主要建设内容包括500.00 m3清水池一座、二级加压泵房及配电室、加氯间，附属建筑物主要有值班室和厂区砂砾石道路。

表1 主要需水量计算成果 m3·d-1

2.2.1 泵站设计

根据供水要求，确定泵站的流量和扬程，进行水泵选型。工程的设计扬程应为自然压水高差、管路水头损失及最小服务水头之和。西山水泵，设计扬程公式如式(3)所示：

Hd=H1+H2+H3

(3)

式中：Hd为设计扬程，m；H1为自然压水高差，m，本项目为48.03 m；H2为管路水头损失，m；从新建蓄水池到西山蓄水池管长655.00 m，管径为φ110PE管，水头总损失为3.14 m；H3为最小服务水头，西山蓄水池取4.00 m。经计算，西山水泵设计扬程55.17 m。东山水泵计算过程同上，计算得东山水泵设计扬程22.27 m。设计扬程计算如表2所示[3]。

表2 设计扬程计算 m

白杨河社区泵站的水泵设计扬程分别为56.00 m和23.00 m，设计流量分别为14.00 m3/h和28.00 m3/h，水泵选取时参照以上扬程和流量较为合理。水泵选型如表3所示。

表3 水泵选型方案

白杨河社区泵站选择两台不同类型配套变频的水泵，一用一备，电机电压380 V，变频机组的功率根据水泵功率进行配套，水泵安装高程设置于蓄水池最低水位1046.74 m，方便水泵安装施工和运行启动。

2.2.2 蓄水池设计

根据《村镇供水工程技术规范》(SL 687—2014)Ⅲ型独立蓄水池容积按每天最高用水量的15%～25%计，蓄水池容积应为250.00 m3，由于现场不具备设备用井的条件，将蓄水池容积扩大为450.00 m3。蓄水池设计直接选取国家建筑标准图集《矩形钢筋混凝土蓄水池(05S804)》中典型设计，根据现场总体布置，蓄水池选择500.00 m3方形蓄水池(覆土1.00 m)，外观尺寸为长×宽×高=12.20 m×12.20 m×4.00 m。蓄水池进、出水管按实际发生的管径进行布设，本蓄水池不设溢水井，溢水管(300 mm)、泄水管(150 mm)接西侧河道。

2.2.3 河道取水建筑物设计

白杨河社区原水源位于变电所下游河道中，偏东岸，水源取水建筑物为大口井，外径为9.00 m，内径为5.00 m，墙厚为2.00 m，为浆砌石结构，井埋深为7.00 m，在2016年8月1日百年一遇的洪水中被冲毁。经现场地质勘测，河中心变电所东侧有一股泉水，水量、水质满足要求，是人饮水的首选水源。根据项目实际情况拟提出三个供水方案。方案一为大口井取浅层水，经计算大口井内径需要8.00 m，井埋深5.50 m；方案二为渗水廊道取浅层水，经计算廊道长度需要40.00 m,埋深5.00 m；方案三为采用机电井取深层水，经地质勘察地面以下3.00 m为基岩。三个方案的比选如表4所示。

表4 取水建筑物方案比选

经方案比选，综合考虑各方案的优缺点，最终确定方案一。

根据《机井技术规范》(SL 256—2000)大口井设计滤水面积应满足式(4)要求:

F6≥Q0/V3=42.00/7.20=5.83 m2

(4)

式中:F6为井壁进水面积，m2；Q0为大口井设计出水量，42.00 m3/h；V3为含水层允许渗透流速，m/h。

设置滤料的渗孔允许渗透流速按式(5)计算:

V3≤α1β3Kd

(5)

式中：α1为安全系数，取0.5；β3为井壁进水孔下井壁的交角系数，取0.2；Kd为滤料的渗透系数，取72 m/h。

进水井壁面积计算公式如式(6)所示：

A=F6/η=2πrh=83.29 m2

(6)

式中：η为井壁开孔率，取0.07；F6为井壁进水面积，根据规范取5.83 m2;r为大口井外壁半径，4.40 m；h为大口井外壁进水高度，经计算得h=3.01 m。

为保证大口井能抵御30 a一遇洪水，在大口井基础部分设置60.00 cm长锚杆，锚入基础35.00 cm,上部预留25.00 cm,浇筑在井壁墙体中，锚杆间距纵向40.00 cm，横向30.00 cm；为保证大口井供水量，在大口井下游设置一条截渗坝，坝长45.00 m，高4.50～5.50 m,采用两布一膜(布200 g/m2,膜厚0.30 mm)+8.00 cm厚混凝土板，在截渗坝基础部分设置膨胀螺栓，锚入基础25.00 cm,间距50.00 cm，在膨胀螺栓上部加钢片，保证两布一膜防冲安全。

2.2.4 引水管道设计

白杨河社区从水源地自压引入新建蓄水池，由泵站加压进入管网，本工程既要引水进入西山老蓄水池，又要引入下游居民区，西山地面高程比泵站地面高程高出约50.00 m，泵站的下游居民区比泵站地面高程低出约16.00 m。各管段压力、过流量及水头损失计算如表5所示。

表5 各管段压力、过流量及水头损失计算

为使供水方案经济合理，根据供水对象共提出两个管道布设方案，方案一为经泵站一次加压向管网供水，为安全供水在进入居民区前各设一个减压阀，减掉多余水压力；方案二为在向西山供水的管道上另外设一座加压泵，进行分区加压。管道布设方案比选如表6所示。

表6 管道布设方案比选

经方案比选，方案二在节约造价、利于运行安全、年运行费用少方面较好，选定为本项目方案。

3 结 语

本文根据相关规范和标准，计算得到社区总需水量；通过泵站设计、水泵选型、蓄水池设计、以及河道取水建筑物方案和管线铺设方案比选等，得到了较为合理的水厂设计方案。通过对白杨河社区饮供水工程修复改建方案进行研究，为本次修复改建提供技术依据的同时，也为本地区其他饮供水工程的修复提供了设计思路。经过白杨河社区饮供水工程修复改建项目的实施效果来看，该方案是合理的。