沙头镇农村饮水安全巩固提升工程

戴国博，张先春

(1.温州生态园管委会生态环境和水利局，浙江 温州 325000；2.永嘉县水利水电勘测设计院，浙江 永嘉 325100)

1 工程概况

沙头镇位于永嘉县东南部楠溪江中下游，东邻乐清市，南连东城街道，西接北城街道、大若岩镇，北界枫林镇、岩头镇。全镇总面积64.9km2，人口约2.53万人。通过对沙头镇4个村饮水现状进行走访了解，当前存在的问题主要有:①古一、古二村。村内部分原有输水管道采用镀锌管，管道内生锈堵塞，管道无法满足饮水安全要求，并且部分管网已经渗漏严重；现状水源来水量小，水量不满足现在村内用水；净水工程无过滤消毒设备水质无法满足饮水安全要求；村内输水管网存在的渗漏情况，此外村内未实行水价收费制度，村内出现多种浪费水资源现象，水量不能满足村民日常用水需要。②繁荣村。村内水源稀缺，现状水源来水量少，枯水期用水量不足；村内水源未配设相应消毒过滤设备，水质不达标；净水工程无过滤消毒设备水质无法满足饮水安全要求。③东川村。每年邻近春节或至枯水期时，村内出现“吃水紧，无水用”等情况；村内水池场地简陋，地坪未硬化，杂草容易滋生；净水工程无过滤消毒设备水质无法满足饮水安全要求。经过本次巩固提升工程的实施，古一、古二村近期可解决或改善饮水人口2375人，远期解决2617人。繁荣村近期可解决或改善饮水人口946人，远期解决1228人。东川村近期可解决或改善饮水人口3008人，远期解决3203人。

2 工程供水及清水池规模

2.1 工程供水规模

沙头镇山区地区，没有工业企业，故供水规模根据用水定额分项计算法，即采用人均生活用水量和其它综合用水量计算。根据沙头镇山区实际发展情况，确定古一、古二村的最高日生活用水定额为100L/人，其他综合用水定额取40%(包含公共建筑用水、管网渗漏、未遇见用水等)；繁荣村和东川村的最高日生活用水定额为100L/人[1]，其他综合用水定额取30%。各村供水规模见表1。

表1 供水规模计算表

2.2 清水池规模确定

清水池是供水工程的一个重要组成部分，主要调节水源与供水点的流量差，水量有多时就贮存起来，不够时就由其补充。根据相关规定：独立设立清水池时，Ⅳ型工程有效容积可为供水规模的25%～40%，Ⅴ型工程有效容积可为供水规模的40%～60%。本工程中古一、古二村供水站工程为Ⅳ型工程，清水池容积取供水规模的60%，相应的计算容积为222m3，考虑水源工程无调节作用且设计采用人均生活用水量取值偏低，设计考虑适当扩大清水池容积，设计取300m3；繁荣村供水站工程为Ⅴ型工程，村内以自建500m3水池，此次将新建一个50m3的水池作为调节水池；东川村原有水池运行良好，无需新建清水池。

3 水源选择

经实地现场踏勘，考虑运行成本，水源均采用重力流引水。东川村村内主要水源为三条陇水库，坝上集雨面积0.89km2，正常蓄水库容为52.36万m3，满足东川村村内日常用水。本次新增1条水源做为备用水源，备用水源集雨面积1.8km2，解决枯水期时间用水量不足。根据掌握的有关资料分析我们发现，古一、古二村按旬调节枯水年(P=95%)其缺水量为4521m3，缺少的水量可以从古庙溪泵站提水，古庙溪取水口集雨面积11.20km2。枯水年(P=95%)年径流量627.65万m3，完全能够满足供水需求。东川村按旬调节枯水年(P=95%)其缺水量为6221m3，3条陇水库正常蓄水库容为52.36万m3，完全能够满足供水需求。繁荣村满足供水需求。

3.1 大口井尺寸及拟定

3.1.1古一、古二村

古一、古二村水源为古庙溪，在村口左岸古庙溪旁位置处新建大口井，采用泵站增压引水。大口井采用井壁井底同时进水的渗透方式。含水层为砂卵石，渗透系数取100m/d，根据设计流量370m3/d，采用大口井出水量计算公式复核得大口井的有关尺寸，出水量计算公式如下。

(1)

式中，Q—井的出水量，m3/d；K—渗透系数，m/d；S—水位降落，m；r—井的半径，m；R—影响半径，m；h0—井深，m。

大口井有效井深为3.00m，内径为3.00m，设计出水量1606m3/d，大于设计供水规模370m3/d，同时满足水泵抽水流量50.4m3/h。大口井的结构型式为C25钢筋混凝土结构。井底高程为41.00m，井顶高程为46.50m，井壁为直桶形，在钢筋网间隙布置进水孔，进水孔直径为100mm，孔内滤料分两层，与含水层接触的为第一层，滤料粒径不得小于10mm，第二层滤料粒径不得小于30mm。井筒下部为大放脚，大放脚部分的厚度大于井壁20cm。为防止涌沙，井底为干砌块石基础。

3.1.2东川村

东川村备用水源位于村内花坦系支流处新建一处大口井。本次大口井作用为蓄水，不作为日常供水，用于枯水期提水。大口井为方形，尺寸为4m×8m×5m(1m为反滤层)。大口井池壁均为干砌块石砌筑，大口井顶板为C20砼钢筋顶板，厚度150mm，顶板设置出水口。

3.2 水泵选型

3.2.1古一、古二村

净水池底板拟定高程为75.00m，为减少水池内回水对水压的影响，引水管从池顶检修井进入水池，池顶高程78.65m，提水净扬程为37.65m，吸水管道使用Φ80钢管与引水管道采用DN90HDPE管，长度分别是25、840m。吸水管道与引水管道水头损失计算如下。

(2)

(3)

总扬程H=37.65+0.11+1.04+13.71=52.51m

根据流量和扬程两个性能参数来查找水泵产品目录，经综合考虑选用2台变频多级离心泵(一台作为备用)，其单独一台的性能参数如下：流量Q=30m3/h；扬程H=96m；转速n=1450r/min；电机功率P=15kW；必需气蚀余量(NPRS)r=2.5m。

3.2.2东川村

根据流量和扬程两个性能参数来查找水泵产品目录，经综合考虑选用2台变频多级离心泵(一台作为备用)，其单台性能参数如下：流量Q=30m3/h；扬程H=93m；转速n=1450r/min；电机功率P=18.7kW；必需气蚀余量(NPRS)r=2.5m。

4 各村供水总布置

4.1 古一、古二村

4.1.1水源工程

古一、古二村主要水源共两处(村民已新建拦水堰)，山涧水3处(本次工程新建集水设施)。主要水源位于村上游对岸古庙溪支流处，高程位于110m与120m，两处水源集雨面积为0.78km2。另外从2处山涧水接入两处水源取水口，另一处山涧水直接接入净水厂区，水源均采用重力式自流引水。为满足枯水期村内生活用水，在古庙溪旁新建大口井一座作为备用水源(古庙溪)作为高峰期供水不足时备用。大口井采用现场C25砼现浇(大口井高程46m)，大口井内径3m，池壁厚0.6m，顶部采用钢筋砼盖板遮盖，设检修盖。池壁打孔，大口井四周浇筑地坪。泵房位于溪坎田埂上，泵房为单层砖混结构，平面尺寸3.50m×3.50m，放置2台水泵，一台使用一台备用，并配置好电屏。水泵选型变频多级离心泵(流量30.00m3/H，扬程96m，功率15W)。

4.1.2净水厂区

管理房包括厕所、加药间、值班室以及化验室等，为单层砖混斜屋顶结构，平面尺寸10.15m×5.00m；清水池容积300m3，池体采用矩形C25钢筋砼结构，长12.5m，宽9.00m，高3.65m。顶部净空0.2m，池内有效水深3.3m，池顶为C25现浇钢筋砼板，厚度为0.15m，为了便于维护管理，清水池顶部设2个Φ1000检修口。池底设集水坑用于池内清洗和放空。集水井长2.5m，宽1.5m，深1m。溢水管管端为喇叭口，管内朝上与池内有效水深持平，管口处需装网罩以防止爬虫进入池内。溢出管、进水管、放空管均采用DN160球墨铸铁管，出水管采用DN160球墨铸铁管，且在各铁管上设一只闸阀。

村净化设备基础由上至下分别是0.20mC15钢筋砼基础面、1.4mC15埋石砼基础台(埋石率20%)，具体平面大小根据设备型号按厂家要求布置。进厂大门采用铁艺门，围墙采用砖砌，围墙墙体墙面内外抹面后涂白，墙体顶端铺设小青瓦。围墙四周设置排水沟，排水沟内侧设置路缘石与绿化，(绿化种类、种植密度参照图纸)，厂区内铺设石板凳2座。厂区内管理房顶部和过滤设备附近设避雷设施。

4.1.3管道工程

本工程除新建引水管与提水管之外，村内部分原有输水管道采用镀锌管，管道内生锈堵塞，管道无法满足饮水安全要求，且部分管网渗漏严重，村内的管网需更换。村内古街因早年已预埋输水管，管径大小、压力可以直接利用，故本次设计古街段不参与更换，引水管至村内段，经村内大桥段采用镇墩牵引，管线铺设大桥桥身边过。

4.2 繁荣村

4.2.1水源工程

本次工程水源共2处，水源位于邻村东升村后山“上石平”处的“茅草榴”与“白岩松”，高程约为450m与460m，两处水源集雨面积0.62km2。2处水源新建简易拦水堰，1#水源(白岩松)接至2#水源(茅草榴)，再引至进水厂区，水源均采用重力式自流引水。

4.2.2净水厂区

管理房包括加药间、值班室，为单层砖混斜屋顶结构，平面尺寸6.85m×3.25m；净水厂区清水池容积50m3，采用圆形C25钢筋砼结构，外径4.80m，内径4.40m，净高3.50m，顶部净空0.20m，池内有效水深3.30m。池顶为现浇钢筋砼板，厚度0.12m。为便于维护管理，清水池顶设1个0.8m×0.8m检修孔和Φ200通气孔。池底设一个集水坑用于池内清洗和放空。溢出管管径Φ100管球墨铸铁管，接到附近水沟或山沟。进水管管径为DN75，水池出口为Φ100管球墨铸铁管。进水管、出水管、球墨铸铁管并且在管两端分别设置一只闸阀。净化设备基础由上至下分别是0.20mC15钢筋砼基础面、1.00mC15埋石砼基础台，具体平面大小根据设备型号按厂家要求布置。进厂大门采用铁艺门，围墙采用砖砌，围墙墙体墙面内外抹面后涂白，墙体顶端铺设小青瓦，围墙四周设置排水沟。厂区内管理房顶部和过滤设备附近设避雷设施。

4.2.3管道工程

经现场踏勘，村内各自然村有500m3水池，接管供应(村内管网运行良好，无需更换)。因赤路头自然村高程高于500m3水池，本次工程将净水厂区建于500m3上排田埂20m处，水源引至净水厂区，净水厂区分别引至500m3水池与赤路头自然村总管。考虑本次管道工程沿山体绕弯铺设，路段较长，部分低端山势陡险，基岩裸露。无法进行管道埋深或钢塑复合管搭架，故考虑其中1200m(预估)采用管道防护膜包裹。管道并配设相应的检修闸阀、排气阀、排砂阀。

4.3 东川村

4.3.1水源工程

东川村村内主要水源为三条陇水库，三条陇水库坝上的集雨面积为0.89km2，正常的蓄水库容为52.36m3，满足东川村村内日常用水。本次水源做为备用水源，解决枯水期时间用水量不足，位于村内花坦系支流处新建1处大口井。大口井为方形，尺寸为4m×8m×11m(1m为反滤层)。大口井池壁均为干砌块石砌筑，大口井顶板为C20砼钢筋顶板，厚度150mm，顶板设置出水口。泵房新建于大口井旁上排田埂，泵房是单层的砖混结构，占地3.50m×3.50m，放置2台水泵，1台使用1台备用，并配置好电瓶。本次泵型采用变频多级离心泵，流量21.6m3，扬程93m，功率18.7kW。大口井与泵房四周新建围墙，围墙采用砖砌结构，围墙顶部铺设小青瓦，围墙墙体抹面后进行墙体涂白，围墙内部地面进行硬化。

4.3.2净水厂区

管理房包括厕所、加药间、值班室以及化验室等，为单层砖混斜屋顶结构，平面尺寸10.15m×5.00m；水池沿用原水池，故无需新建清水池。净化设备基础由上至下分别是0.20mC15钢筋砼基础面、1.4mC15埋石砼基础台(埋石率20%)，具体平面大小根据设备型号按厂家要求布置。进厂大门采用铁艺门，围墙采用砖砌，围墙墙体墙面内外抹面后涂白，墙体顶端铺设小青瓦。围墙四周设置排水沟。厂区内管理房顶部和过滤设备附近设避雷设施。

4.3.3管道工程

本次工程管道工程提水管1条，管径DN75，长度400m。

5 净水工程

5.1 净水工艺流程

山区水源常年浊度小于5°，仅在大雨后浊度略有增加。本工程的水处理工艺主要是降低菌落含量和暴雨时水质的浊度，如图1所示。根据水源水质的具体情况，结合工程投资，使用“过滤+消毒”工艺使水质达到饮用水标准。

图1 净水工艺流程图

5.2 净水装置

净水工艺主要是根据水源特点、实际地形分布、供水水压与水量要求选择，本工程供水方式为全重力流式。具体方案可根据供水水量、原水水质(生活饮用水水源等级)、地形条件(运输安装条件)、运行管理、净化效果、进水水压等综合考虑。[2]通过分析各净水设备特点，并结合永嘉地区现状净水设备使用效果，综合考虑本工程选择一体式净水设备，处理能力根据各村供水规模大小选择。

6 管道选择

根据相关资料，输配水管道选择需要考虑各管段的设计流量、设计流速和水头损失确定。原则采用经济流速0.6～1.0m/s，水头损失包括沿程水头损失和局部水头损失。

计算管径的理论公式：

(2)

计算沿程水头损失的公式：

hl=iL

(3)

式中，i=10.67C-1.852D1.852d-4.87；h1—沿程水头损失，m；L—设计管道长度，m；i—单位管长水头损失，m/s；C—海曾威廉系数；Q—管道流量，m3/s；d—管道内径，m。

管道水头损失必须满足最不利供水点的服务要求。设计供水管道时需要考虑时变化系数，根据相关规范规定，系数取2.5和3.0。通过计算，古一、古二村需要使用引水管DN63- 1.25∶600m，DN75- 1.25∶425m，DN90- 1.6∶840m，输水干管DN160- 1.25∶1900m，DN110- 1.25∶1040m，DN90- 1.25∶340m，输水支管DN63- 1.25 6625m，配水管DN32- 1.6∶5712m，DN25- 1.6∶2448m。繁荣村需要使用引水管DN75- 1.60∶3200m，输水管DN75- 1.25∶520m。东川村需要使用引水管DN75- 1.60∶400m。

7 结语

农村饮水安全是保障农民群众身体健康、加快农村经济发展、推进乡村振兴战略、提高农民生活水平、全面建成小康社会的一项重要基本工程，也是一项重大的民生实事。沙头镇繁荣村等4个村的农村饮水安全巩固提升工程的建成，满足了供水需求，惠及众多农户，深受广大人民群众好评，社会效益较好。工程建成后建设单位需成立相关的机构，制定出合理的水价，最终实现“以水养水”的目标。本工程的建设为同类水利工程提供相关参考。