丰城市城市供水管道工程设计方案浅析

聂小军

(丰城市丰东水资源开发利用中心，江西 宜春 331100)

丰城市城区现有第一、第二两座水厂，水厂水源为赣江，取水口位于城市中心区。由于取水口上游分布有丰城电厂、食品工业园区、樟树盐化工基地、新干化工厂、峡江造纸厂等工业污染源，水质较难得到保障。赣江水源突发性水污染威胁始终是丰城人民饮水的心腹大患，若赣江丰城段发生重大水污染事故，将造成沿线的自来水全线告急。目前，丰城市域各水厂均无备用水源，如发生大面积断水，将产生严重的社会问题。

为了化解用水危机，玉华山水库建设工程目前正在积极推进之中。玉华山水库建成后，将作为丰城市的主要供水水源。但是，由于玉华山水库工程规模大、建设工期长，短期内难以实现向下游供水，而解决城区供水问题又刻不容缓。因此，必须先行建设应急供水工程。

现状的黄金水库水量充足，在满足灌溉的前提下可外供部分水量。水库水质优良，监测表明，库区水质常年处于地表Ⅲ类水标准及以上，这一优质的水库水可作为近远期的备用水源使用。在赣江水源发生事故时，临时引调黄金水库水至丰城城区，即可满足城市的应急供水要求[1-4]。

1 工程概况

本工程主要建设一段长40.0 km的引水干管和一座规模8.0万m3/d的取水口。其中，引水干管起点为黄金水库取水口，终点为丰城市第二自来水厂。引水干管总长40.0 km，采用重力自流输水，分为以下四段：

(1)黄金水库取水口～玉华山水库岔点段：采用PCCP管，管径DN1200，管长5.8 km。

(2)玉华山水库取水口～拟建水厂段：采用PCCP管，管径DN1800，管长28.8 km。本段管线在玉华山水库取水口下预留DN500生态流量管一处，在荷湖乡、丽村镇、荣塘镇三处预留DN300支管，并为拟建水厂预留DN1200的支管一处。

(3)拟建水厂～涂家村段：采用PCCP管，管径DN1400，管长2.7 km。

(4)涂家村～丰城第二自来水厂段：采用PCCP管，管径DN1200，管长2.7 km。

管道基本敷设于农田和城市道路下，管顶覆土1.5 m，局部地势高点处管顶覆土6.0～7.0 m。

在管道的高点和在平缓地带每隔1000 m左右设置排气阀门，在管道的低点设置放空设施，管道上每隔一定距离设置控制阀门。

为了防止管道受水锤破坏，引水管线布置时应尽量避免出现驼峰或坡度剧变。管线施工主要采用开槽埋管，沿线跨越河道、公路、铁路等障碍物时采用顶管或倒虹。

本工程现状水平年为2016年，设计水平年为2030年，城镇综合用水保证率95%。本工程的供水范围为丰城市城区的剑光街道、河洲街道、剑南街道、孙渡街道，以及管道沿线的荷湖乡、丽村镇、荣塘镇。

2 需水量预测与工程规模

2.1 需水量预测

根据《室外给水设计规范》(GB 50013—2018)，设计供水量包括综合生活用水(包括居民生活用水和公共建筑用水)、工业企业用水、浇洒道路和绿地用水、管网漏损水量以及未预见用水。

本项目供水范围为丰城市城区的剑光街道、河洲街道、剑南街道、孙渡街道以及管道沿线的荷湖乡、丽村镇、荣塘镇，主要承担城镇综合生活用水(包括居民生活用水和公共建筑用水)应急供水任务，因此，本项目暂不考虑承担工业用水的应急备用，若按不考虑工业需水量计算，供水范围内2030年日最高需水量为25.1万m3。表1为供水范围设计水平年最高日需水量预测。

表1 供水范围设计水平年最高日需水量预测 万m3·d-1

2.2 工程规模

工程服务范围内的用水户在设计水平年2030年的需水量为25.1万m3/d，由三个城区水厂和三个乡镇水厂供水。其中,现状丰城第一水厂设计规模5.0万m3/d，第二水厂设计规模6.0万m3/d，拟建水厂设计规模11.8万m3/d，荷湖乡水厂规模0.5万m3/d，丽村镇水厂0.5万m3/d，荣塘镇水厂1.3万m3/d。考虑管道在输水过程中5%的漏损，则水源需向以上六个水厂提供原水共26.4万m3/d。原水优先使用水库水，不足部分采用赣江水。

在玉华山水库建成前，城市的水源为赣江，正常供水时由赣江向城区水厂提供原水，在赣江水源发生自然灾害、水质污染等突发事件不能取水的情况时，由黄金水库提供应急原水，主要保证中心城区综合用水量的供应，包括城镇居民生活用水和城镇公共设施用水量。由于供水范围内城区综合日最高需水量约为10.0万m3/d，应急供水量按城镇综合日最高需水量80%计算，因此,该工况下黄金水库的应急供水量为8.0万m3/d。

在玉华山水库建成后，工程服务区内的原水在正常供水时将由玉华山水库和赣江共同提供，最高日总计提供原水26.4万m3/d。根据城市供水系统应急供水量需求确定，城市应急供水量首先考虑满足城市居民基本生活用水量要求，并适当考虑医院、政府部门和学校等公建的基本用水，事故时按照最高日综合生活用水量的80%来确定应急供水规模，根据需水量预测，供水范围设计水平年2030年日最高需水量为25.1万m3/d，即应急备用水量20.0万m3/d，需应急备用水源 21万m3/d。在应急供水工况下，赣江水源无法提供原水，玉华山水库应急供水量16.7万m3/d，黄金水库应急供水4.3万m3/d。可知，玉华山水库岔点～拟建水厂段的最大输送流量为21.0万m3/d，见表2。

表2 工程规模

黄金水库取水口规模以黄金水库最大可供水量确定。

3 管道工程设计

3.1 输水管线布置

管线起点为黄金水库取水口，管道管径DN1200，途径荷湖乡、玉华山水库岔点，在玉华山水库岔点处，与引自玉华山水库的一段DN1800管道连接，而后从岔点处由南向北敷设，管径增大为DN1800，途径丽村镇和荣塘镇，穿越清丰溪，至主城区西侧拟建水厂后，管道管径为DN1400，管线沿东北方向往主城区敷设，跨越G105国道、沪昆线铁路，最终到达丰城第二自来水厂。其中起点～玉华山水库岔点段长度5.8 km，玉华山水库取水口～岔点段长度1.5 km，岔点～拟建水厂段长度27.2 km，拟建水厂选址～丰城第二自来水厂段长度5.4 km。管道主要采用PCCP管，局部跨越障碍物采用钢管。

3.2 输水方式选择

本工程为长距离输水工程，按输水方式的不同，可分为无压重力输水、有压重力输水、加压输水、重力和加压组合输水等四种形式。这四种形式都是在输水工程中较常用的，具体工程采用何种输水方式，应根据输水工程特点，如线路长度、输水流量、可利用水头及沿线地形、地质条件等因素经综合分析后确定。

本工程管线起点位于黄金水库左岸山体引水隧洞出口的钢管，在玉华山水库岔点处与引自玉华山水库的引水管道连接，然后,引水管道自南向北敷设，最终,接入丰城第二自来水厂。依据现有资料，黄金水库死水位51.2 m，玉华山水库岔点地面高程36.8 m，高差达到14.4 m；拟建玉华山水库死水位48.0 m，丰城第二自来水厂反应池控制水位28.5 m，水位差达19.5 m，因此,考虑充分利用地形高差，采用有压重力管道输水方式。

3.3 输水管道单双管选择

根据《城镇供水长距离输水管(渠)道工程技术规程(附条文说明)》(CECS 193—2005)第3.1.2条及规范GB 50013—2018第7.1.3条规定，输水管(渠)道不宜少于2条，当多水源供水或者有调节水池或其他安全措施时，也可修建一条。

综合考虑，玉华山水库建成后，丰城市有多水源供水，在引水管道发生事故时，城区水厂可利用赣江作为应急水源。因此，为节省工程投资，本工程输水管道推荐采用单管输送。

3.4 输水管道管径选择

根据管道节点和规模，暂将供水干管分为三段，分别为玉华山水库取水口～拟建水厂段管道、拟建水厂～丰城市第二自来水厂段和黄金水库取水口～玉华山水库岔点段。

(1)玉华山水库取水口～拟建水厂段管道管径选择DN1800。

(2)拟建水厂～丰城市第二自来水厂段管道分为两段：涂家村～第二水厂段管道考虑采用DN1200管径，本段长约2700 m；拟建水厂～涂家村段管道采用DN1400管径，长约2700 m。

(3)黄金水库取水口～玉华山水库岔点段管道管径取DN1200。

3.5 管材选择

在本次工程设计中，对工程规模、重要性、管径及压力的要求、工程地质、外荷载状况等方面进行综合分析，并结合当地管材的使用习惯，确定管材如下：

(1)开挖直埋管段：本工程管道路线长，管道系统安全性要求较高，使用年限较长，在导流洞出口连接段、线路崎岖地段、居住区段及特殊管件连接处建议采用钢管，其余开挖段采用PCCP管，压力等级1.0 MPa。

(2)顶管施工管段：顶管段采用钢管。

(3)倒虹段：倒虹段采用钢管方包。

4 取水口设计

4.1 取水口布置

本方案取水口布置在黄金水库大坝上游西侧约150 m山坡开阔处，后接有压输水隧洞，隧洞长约353 m，出口处位于水库大坝下游西侧库尾，大坝帷幕线堵头后接输水管线。

结合黄金水库的水质条件和取水要求，取库表1.5 m以下浅层水，不取表层水。取水口采用塔式分层取水，塔顶高程77.727 m，在不同高程处布置4个取水口，高程分别为EL.52.0 m、EL.56.00 m、EL.60.00 m、EL.64.00 m。采用有压取水口自流取水，孔口尺寸一致，尺寸为 1.7 m×3.0 m(宽×高)，每个孔口布置一道平板钢闸门，取水口前面设一道拦污栅，塔后接输水隧洞，塔体结构及塔顶交通桥结合边坡开挖马道布置。4个闸门及拦污栅共用一套门机启闭。

4.2 输水隧洞

设计输水隧洞总长353 m，大坝帷幕堵头前隧洞为全线有压隧洞，总长159 m，堵头后隧洞不过水采用喷锚支护，洞内布置输水明钢管，隧洞总长194 m。

隧洞在大坝帷幕线处设置混凝土堵头封堵，堵头内埋设管径1.2 m压力钢管，并与堵头下游输水管线衔接。混凝土堵头段设止水环和止推环，进行帷幕灌浆。堵头后接输水钢管，管上设事故检修阀门。堵头至隧洞出口段钢管采用镇墩、支墩支撑。

4.2.1 洞型、洞径选择

本工程区构造较简单，断层规模较小,隧洞围岩以Ⅱ、Ⅲ类围岩为主，少部分为Ⅳ类、Ⅴ类。有压引水隧洞地质条件较好，城门洞形断面施工条件较好，有利于快速爆破施工，因此，隧洞全线推荐采用城门洞形。

经过估算，引水隧洞经济洞径仅为0.77 m。该断面尺寸过小，几乎无法施工，因此隧洞断面尺寸不受水力学条件控制，而受施工条件控制。

根据隧洞施工、洞内钢管焊接要求，推荐隧洞开挖尺寸2.5 m×3.0 m(宽×高)，堵头前隧洞混凝土衬砌厚40 cm，衬后尺寸1.7 m×2.2 m(宽×高)，如图1所示。

图1 取水隧洞典型剖面图(单位：cm)

4.2.2 开挖支护设计

(1)Ⅱ类围岩洞段。顶拱部分系统喷50 mm厚混凝土，设φ20，L=1.50 m的随机锚杆。

(2)Ⅲ类围岩洞段。顶拱及边墙系统喷100 mm厚混凝土，系统挂网钢筋φ6.5@150×150，设φ20，L=1.50 m，间、排距均为1.5 m的系统锚杆。

(3)Ⅳ类围岩洞段。顶拱及边墙采用100 mm厚喷混凝土，系统挂网钢筋φ6.5@150×150，设φ20，L=0.75 m，间、排距均为1.2 m的系统锚杆。

(4)Ⅴ类围岩洞段(出口洞段)。顶拱设φ25，L=3.00 m超前锚杆或L=3.00 m超前小导管，环间距0.5m，排距为3.0 m，顶拱及边墙采用150 mm厚喷混凝土，系统挂网钢筋φ6.5@150×150，设φ20，L=2.50 m，间、排距均为1.0 m的系统锚杆。

4.2.3 衬砌设计

本工程帷幕堵头前均采用钢筋混凝土作永久衬砌，城门洞有压引水隧洞的开挖轮廓2.5 m×3.0 m(宽×高)，衬砌采用C25钢筋混凝土，纵向受力钢筋采用HRB335级钢筋。经配筋结构计算，Ⅳ、Ⅴ类围岩洞段配单层筋Φ25@20 cm。

5 结 语

丰城市城市供水管道工程主要解决丰城市应急备用水源的问题，丰城市城区现状主要以赣江为水源，本工程实施后，玉华山水库未建成之前，在赣江水源地突发污染事件的情况下，可临时启用黄金水库水源，为丰城市用水需求提供保障。本文从需水量计算、输水管道设计以及取水口设计等几方面简要介绍了城市供水管道工程的设计思路，设计方案合理，具有一定借鉴价值。