飞毕联合供水工程取水设计关键点分析

刘 瑞

(郎溪县水利局，安徽 郎溪 242100)

0 引言

公共饮水关系到民生安全，是改善群众生活质量的需要。因此，如何长期、持续、有效地为后续净水厂提供足量、优质的原水是取水工程的重要任务[1]，也决定了供水工程的成败。取水工程受水源地影响，根据各地的水资源条件、用水需求、地形条件、居民点分布等情况，应本着“因地制宜、方便管理、节省投资、降低成本、安全可靠”的原则确定取水方案。本文基于郎溪县飞毕联合供水工程，就取水工程设计难点、要点予以详细阐述分析。

1 工程概况

郎溪县飞毕联合供水工程覆盖乡村居民共76800人，其中农村饮水不安全人口26100人和饮水不安全师生4400人。根据需水量预测确定郎溪县飞毕联合供水工程的取水规模为0.8万m3/d，年取水总量为292万m3，工程类型属于集中供水Ⅱ型。输水范围为毕桥镇新建水厂和飞鲤镇为民水厂。其中，毕桥镇新建水厂取水量为0.4万m3/d，飞鲤镇为民水厂取水量为0.4万m3/d。供水到户，集中供水水量保证率不低于95%。

2 设计要点分析

2.1 水源选择

水源选择主要从供水水量、水位、水质的保证程度考虑。郎溪县飞毕联合供水工程位于郎溪县，设计供水规模为0.8万m3/d，从水源的可靠性角度考虑，供水工程拟从塘埂头水库取水。塘埂头水库位于郎溪县姚村境内，距郎溪县城约35 km，水库控制流域面积49.5 km2，总库容3180万m3，兴利库容1630万m3，死库容200万m3，是一座以防洪、灌溉为主，兼顾供水、养殖等综合利用的中型水库。在保证区域灌溉用水、生产生活用水以及蒸发、渗漏损失的前提下，水库最低水位为56.0 m，设计考虑到调节计算的不确定性，为保证取水的可靠性，拟定取水最低水位取死水位52.0 m。水质各项指标均符合《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅲ类水体标准。

2.2 供水方案

工程采用联片集中供水，引水到户的供水方式。主要任务是将塘埂头水库的原水分别输送至毕桥镇新建水厂以及飞鲤镇水厂，主要建设内容包括取水泵站、输水管线、配水管线等。根据项目区的自然条件及实际情况，拟定三种供水方案。

(1)方案一：原水由一根DN350的球墨铸铁管从取水口经过猫子山，输送至毛家店附近，从毛家店附近接出两根PE输水管。其中，向西接出一根De280的PE管输水至毕桥镇新建水厂厂区净水构筑物，向北接出一根De315的PE管至毕桥镇侯村，再由候村接出一De280的PE管至飞鲤镇为民水厂厂区净水构筑物。到达两座水厂的自由水头为分别为54.41 m和5.12 m，均能满足供水需求。但由于到达毕桥镇水厂的自由水头过高，需设置减压阀一个，减压阀型号为YJ416。

(2)方案二：原水由一根DN350 的球墨铸铁管从取水口经过猫子山，输送至十字镇敬老院附近，从十字镇敬老院附近附近接出一根De315的PE输水管至毛家店。由毛家店附近接出两根PE输水管。其中，向西接出一根De280的PE管输水至毕桥镇新建水厂厂区净水构筑物，向北接出一根De315的PE管至杨竹山，再由杨竹山附近接出一根De280的PE管至飞鲤镇为民水厂厂区净水构筑物。到达两座水厂的自由水头为分别为40.61 m和4.03 m，均能满足供水需求。

(3)方案三：原水由一根DN350的球墨铸铁管从取水口经过猫子山，输送至十字镇屋基冲附近，从屋基冲附近附近接出一根De315的PE输水管至毛家店。由毛家店附近接出两根PE输水管。其中，向西接出一根De280的PE管输水至毕桥镇新建水厂厂区净水建筑物，向北接出一根De315的PE管至飞鲤镇为民水厂厂区净水建筑物。到达两座水厂的自由水头为分别为29.43 m和4.06 m，均能满足供水需求。

对于三种方案的比选主要从建设固定投资进行比较。根据造价分析，方案一为最经济方案，因此推荐选择方案一。输水管线工程投资见表1。

表1 供水方案投资比选 单位：万元

2.3 取水工程布置

2.3.1 取水口位置选择

从取水点岸边流态、岸线冲刷情况按照“远近适宜、高低适中、保障有效、加强管理”的原则拟定工程取水口位于塘埂头水库坝址右侧上游约150 m处，取水水源为塘埂头水库地表水。该位置岸边开阔，周边无养殖场及企业等，满足取水要求和保护条件。

2.3.2 取水建筑物型式选择

地表水取水的构筑物型式可采用岸边式取水建筑物或移动式取水建筑物，现予以比选分析。

(1)岸边式取水建筑物：适用于河(库、湖等)岸坡较陡、稳定、工程地质条件良好，岸边有足够水深、水位变幅较小、水质较好。优点：取水可靠，维护管理简单，适应范围广；缺点：投资较大，水下工程量较大，施工期长。

(2)浮船式取水建筑物：适用于水源水位变幅大，但水位涨落速度小于2.0 m/h、水流不急、枯水期水深大于1 m、冬季无冰凌。优点：投资少、建设快、易于施工(无复杂的水下工程)、有较大的适应性和灵活性、能经常取得含沙量少的表层水；泵站浮船由泵船和泵房组成，浮船通过摇臂栈桥及输水管和岸边支墩联接，且通过2根钢缆和岸边锚固，水泵电机等设备不是置于露天，河流水位涨落时，无需移动船位，操作管理较方便。

通过经济技术综合比较，设计选用浮船式取水建筑物。浮船式泵站主要由浮船及摇臂联络管组成。浮船由泵船和泵房组成。泵船采用CCSA 船用钢板焊接而成，结构尺寸为14.2 m×7.4 m×1.5 m(长×宽×高)；泵房采用夹芯彩钢板焊接而成，结构尺寸为11.2 m×3.8 m×3.2 m(长×宽×高)。浮船通过摇臂联络管和岸边支墩联接，且通过2根钢缆和岸边锚固，摇臂联络管长33 m，宽1.5 m。泵船设起吊装置(检修时使用)、配电系统、自动控制系统、警示系统、消防系统、救生系统等。

2.4 输水线路布设

输水管线是把塘埂头水库的原水分别输送到毕桥镇新建水厂和飞鲤镇为民水厂，在考虑整个供水系统布局合理，尽量缩短线路长度，尽量避开不良地质构造，充分利用地形条件，优先采用重力流输水。结合施工、运行和维护方便等因素，设计采用单根管道输水，输水管线总长31.35 km。

2.5 输水管设计

2.5.1 管材选择

管材的选择要考虑施工方便、坚固耐用、无污染等要求。根据近几年来使用情况，球墨铸铁管和PE管符合以上要求。PE管材的优点是管材强度高，工作压力高，铺设便利，适应性强，可以穿越各种障碍，单位管长重量较轻；缺点是阳光直射时会影响其性能，故埋设时必须埋于地下并满足最小覆土要求，单位管长价格较高。球墨铸铁管(延性铸铁管)的优点是：管壁较薄，较一般铸铁管的强度高，防腐能力较钢管强，其强度比钢管大，重量较混凝土管轻，延伸率也高出10%。有标准配件，适合于配件和支管较多的管段；但我国球墨铸铁管的产量较低，产品规格少。因此在本工程设计中，管径≥350 mm的输水管拟选用球墨铸铁管，其余规格管径拟选用PE管。

2.5.2 管径设计

原水由一根DN350的球墨铸铁管从取水口经过猫子山，输送至毛家店附近，管长为12444 m。从毛家店附近接出两根PE输水管。其中，向西接出一根De280的PE管输水至毕桥镇新建水厂厂区净水构筑物，其管长为105 m；向北接出一根De315的PE管至候村，管长为8190 m；再由候村接出一根De280的PE管至飞鲤为民水厂厂区净水构筑物，管长为10613 m。管道流速的计算采用式(1)：

V=4Q/(πD2)

(1)

式中：V为经济流速，m/s；D为管道计算内径，m；Q为输水管道设计流量，m3/s。

则管径为DN350的球墨铸铁管管道流速：V1=4×0.0925/(π×0.36262)=0.90 m/s

输送至毕桥镇新建水厂的De280的PE管管道流速：V2=4×0.0463/(π×0.25322)=0.92 m/s

输送至飞鲤镇老水厂的De315的PE管管道流速：V3=4×0.0463/(π×0.27762)=0.77 m/s

输送至飞鲤镇老水厂的De280的PE管管道流速：V4=4×0.0463/(π×0.25322)=0.92 m/s

输水管道的流速宜采用经济流速，不宜大于2.0 m/s，设计速度要求大于0.6 m/s，因此新增输水管的管道流速均符合输水管道的经济流速。

2.5.3 输水管的附属设施设计

在压力输水管道上的最高点，设排气阀，长距离无凸起点的管段，每隔一定距离亦应设自动排气阀，以便及时排除空气和降低水锤产生的负压危害；连接输水管道和进(排)气阀的短管上应设检修阀。设置减压设施时，输送清水可采用既减动压又减静压的减压阀。在输水管的低洼处应设置泄水阀及泄水管，泄水管接至河道或低洼处，泄水管直径一般应小于输水管直径， 约为输水管直径的三分之一左右。地埋管道在水

平转弯、穿越公路、河流等障碍物处设标志。

3 结语

根据水源地基本情况、水文特性对取水点和取水设施进行比选论证，按照联片集中供水，引水到户的供水方式综合分析设计了供水方案，同时结合工程所处地形条件、考虑施工、运行维护及投资因素综合分析设计了管道输水线路、管材及其附件设计方案，为供水工程的系统优化设计实施奠定了基础，其分析方法和设计要点对类似取水工程建设具有一定的借鉴意义。