永修县云山水厂改造工程设计分析

王 飞

(江西省永修县水利局农电站，江西 九江 330300)

1 项目概况

云山水库位于江西省永修县滩溪镇沙垅村陈家垅，坐落在潦河支流的龙安河中游段，是一座以供水、灌溉为主兼有防洪、发电等综合效益的中型水库。云山水库目前正常蓄水位51.00m，设计洪水位54.56m，校核洪水位56.69m，总库容5934万m3，坝址控制流域面积172km2，坝址处多年平均流量4.67m3/s。

2 供水现状

2.1 燕山水厂供水现状

燕山水厂建于2010年12月，设计供水规模为10000m3/d，现状规模5000m3/d。

1)现状水源及原水水质：

燕山水厂最初水源为燕山水库，燕山水库水量充足，水质良好，由于燕山水库龙源峡景区旅游开发带动了燕山镇的社会经济发展，同时为满足环保要求，燕山水厂水源迁移至罗石源山泉，取水口位于下徐家，取水口水质优良，但随季节变化水量变化十分明显，枯水季节水量不足，严重阻碍云山、燕山镇的经济发展，供水安全性较低。

罗石源水源为山泉水，洪水季节水量充沛，枯水季节水量不足，水质较好。

2)管网现状：

由燕山水厂至云山敷设一条DN400/DN300管道，全长约20km供云山用水，同时由于燕山镇至云山中途地势较高，因此，在赤石岗建设了一座加压泵站，出站水压力为0.70MPa左右。

其中，燕山水厂至赤石岗加压站段，管径为DN400，管长约为8.42Km，水厂出水自流管道，现状管道压力为0.6MPaPE管，但由于管道使用年限较久，此管道经常爆管，改造迫在眉睫。

赤石岗加压站至峡坪村段，为DN300压力管道，目前此管段运转正常，不纳入该工程改造范围内。

2.2 存在的问题

1)水源供水保障率不高，燕山水厂水源迁移至罗石源山泉，取水口位于下徐家，取水口水质优良，但随季节变化水量变化十分明显，枯水季节水量不足，严重阻碍云山、燕山镇的经济发展，供水安全性较低。

2)供水方式能耗相对较高，水厂距离主用水区较远，大部分的用水量需要通过中途加压泵站提升后，进行供给，整体能耗较高。

3)供水方案改变后，对现有管网需要重新复核。

3 设计规模和水源选择

3.1 供水范围和供水人口

根据燕山农场及云山集团居民居住情况及饮人口的分布及水资源分布特点，该项目拟异地改建云山自来水厂，解决当地集镇及周边农村的人民生活用水及工业生产用水[1]。

1)设计年限：

根据《村镇供水工程技术规范》规定，农村供水工程设计年限一般可按10～15年计算，本次项目工程设计年限按10年考虑，以2021年为现状水平年，以2030年为设计水平年。

2)设计人口：

现状人口为23504人，其中集镇人口11032人，农村人口12472人，县城及集镇人口增长率按8‰考虑，农村人口增长率约3‰考虑，存在人口的机械转移；规划水平年为2030年，供水区内总人口为24798人，其中集镇区人口11947人，农村人口12851人。

3)居民生活用水量Q1：

生活用水量也就是满足群众日常生活所必须的水量，根据最高日人均用水定额与设计人口数进行计算，即：

Q1=p*q/1000

(1)

式中：Q1为居民生活用水量，m3/d；p为设计年限内设计人口数；q为最高日居民生活用水定额，本工程所在地范围，设计用水条件为全日供水，户内有洗涤池和部分其他卫生设施。根据《村镇供水工程技术规范》(GB310-2004)的规定，最高日居民生活用水定额取值范围为60.0～140.0L/人·d，结合周边农村发展区的实际情况，镇区居民用水定额取140L/人·d，农村居民用水定额取90L/人·d。

Q1=(11947×140+12851×80)/1000=2829.17m3/d

4)其他公共建筑用水量Q2：

项目工程公共建筑用水量取集镇区居民生活用水量的10%以及农村地区居民生活用水量的5%。公共建筑用水量计算如下：

Q2=乡镇所在地需水量×10%+乡镇以下区域需水量×5%=(11947×140×10%+12851×90×5%)/1000=225.09m3/d

5)企业、旅游开发等用水量Q3：

规划工业企业用水为各供水范围内需自来水工程供水的相关工业企业的生产用水(不包括自备水源的工业企业)。工业企业发展规模预测(产值增加值)主要依据相应区域(或工业企业)发展规划确定。对没有相应工业企业发展规划的区域，则以现状工业增加值(不含建筑业增加值)为基数，按9%平均年增长速度预测规划水平年工业生产规模,万元工业增加值用水定额取值为30m3/万元。

供水区范围内，利用自来水生产的现状工业生产增加值为23991.20万元，至规划水平年2030年，工业产业增加值为56795.89万元。

Q3=56795.89×30/365=4668.16m3/d

6)管网漏失水量Q4：

管网漏损水量：按用户总需水量的12%计算。

Q4=(Q1+Q2+Q3)×12%=(2829.17+225.09+4668.16)×12%=926.69m3/d

7)未预见水量Q5：

未预见水量：按用户总需水量与管网漏损水量之和的10%计算。

Q5=(Q1+Q2+Q3+Q4)×10%=(2829.17+225.09+4668.16+926.69)×10%=864.91m3/d

8)供水规模：

供水规模即供水工程的设计供水能力，也就是工程运行过程中所应达到的最大生产能力，包括居民生活用水量、公共建筑用水量、管网漏失水量和未预见水量之和。即：

Q=(Q1+Q2+Q3+Q4+Q5)=2829.17+225.09+4668.16+926.69+864.91=9514.01m3/d

根据以上计算结果，确定云山水厂设计供水规模为10000m3/d，本工程分期实施，近期设计供水规模为5000m3/d，远期再实施5000m3/d。

9)人均综合用水量：

至远期2030年，云山水厂供水区域内人均综合用水量=供水规模/设计人口=10000/24798=403.26L/d。

3.2 供水水压

供水水压需满足配水管网中用户接管点的最小服务水头；设计时对很高或很远的个别用户所需的水压不宜为控制条件，可采取局部加压或设集中供水点等措施满足其用水需要。

配水管网中用户接管点最小服务水头，单层建筑物为5～10m，两层建筑物为10～12m，二层以上每增高一层增加3.5～4.0m。根据本工程特点最小服务水头取24m。用户水龙头的最大静水头≥40m，超过时宜采取减压措施。

4 总体布置方案的选择

4.1 供水方案的选择

根据对现场可用水源实地踏勘，经对比分析，有2个可行的供水系统方案，具体如下：

方案一：利用现状燕山水厂，取水自云山水库水，原水经加压至燕山水厂。

为保证取水水源的水质水量，方案一利用现状燕山水厂，采用云山水库作为燕山水厂的取水水源，原水经取水泵房加压，经DN400L=16.3km的浑水管道敷设至燕山水厂，再利用燕山水厂现有供水设施，经过常规处理工艺净化，由送水泵房加压后打入配水管网，供给燕山和云山居民用水，同时位于赤石岗的加压站仍需保留，燕山水厂水需经过赤石岗加压站二次加压方可供至云山。同时改造罗石源拦水坝，当丰水季节时可用罗石源水，枯水季节时则采用云山水库水。

方案二：新建云山水厂

1)取水部分：取水自云山水库至永修第二水厂原水管线，原水管线长约8.3km，中途设置加压泵站，采用叠压供水设备，并设置超越管；2)利用现有厂区，新建水厂一座，远期供水规模为1万m3/d，近期规模为5000m3/d。

3)配水管道：①自水厂铺设一条DN400供水管线，与现状DN300环管相连接；②在省道S511欧山庙附近设置加压站，向燕山农场供水；③在赤石岗加压站、峡坪村调节水池附近将配水主管相连通；④燕山农场至赤石岗段，部分管网进行改造，⑤燕山农场地势较低的配水支管设置支管减压阀。

4.2 方案比选

表1 两种方案对比表

综合比较工程建设成本以及后期运维成本等，考虑到两种方案建设成本相当，但方案二运营成本相对较小，且靠近主用水区，供水更安全，因此，本工程推荐采用方案二，原燕山水厂可作为应急水源。

5 工程设计

5.1 主要建设内容

结合工程现状，选择方案二本工程主要建设内容有：

1)取水部分：取水自云山水库至永修第二水厂原水管线，原水管线长约8.3km，中途设置加压泵站，采用叠压供水设备，并设置超越管。

2)利用现有厂区，新建水厂一座，远期供水规模为1万m3/d，近期规模为5000m3/d。

3)配水管道：①自水厂铺设一条DN400供水管线，与现状DN300环管相连接；②在省道S511欧山庙附近设置加压站，向燕山农场供水；③在赤石岗加压站、峡坪村调节水池附近将配水主管相连通；④燕山农场至赤石岗段，部分管网进行改造，⑤燕山农场地势较低的配水支管设置支管减压阀。

5.2 取水工程

取水工程按远期1万m3/d设计，近期规模5000m3/d。取水自云山水厂至永修二水厂DN1000原水管道，铺设一条原水管道至水厂。

5.3 原水管设计

1)原水管设计：

本工程输水管拟建1根。管材拟采用球墨铸铁管，按设计流量10000m3/d计，水厂自用水量按5%计，全日制工作，输水管长度约8.3km。

2)水力坡降线：

水力坡降，单位管道长度的压力水头线或重力水头线的降低值。在排水管渠计算时(假定管集中的水流为均匀流)，即为计算管段中水面坡降与管段长度之比，在给水管道计算时(压力流)为压力水头线的下降率。

各工况情况如下：

工况一：近期取水量55000m3/d(永修二水厂50000m3/d，云山水厂5000m3/d)常水位情况下，若永修二水厂取水泵扬程为32m，则原水可通过超越管自流至云山水厂。

工况二：近期取水量55000m3/d(永修二水厂50000m3/d，云山水厂5000m3/d)死水位情况下，若永修二水厂取水泵扬程为32m，则需加压提升至云山水厂，加压泵采用罐式叠压设备。

工况三：远期取水量110000m3/d(永修二水厂100000m3/d，云山水厂10000m3/d)常水位情况下，现有设施无法满足要求，需要重新调整取水设备。

3)取水泵站：

根据水力坡降线，取水泵站按近期用水需要配备取水泵。

取水泵站土建按1万m3/d设计，尺寸为B×L×H=5.0m×6.0m×4.0m；设旁通管，当水库水位能够满足自流时，直接由水库自流供水，当水位满足不了要求是，由取水泵站提水。

4)原水输送方案：

丰水期原水采用重力流输送，枯水期采用水泵提升，配水管网一次铺设到位，沿途高处设置排气阀，低处设泄水阀。管道压力等级为1.0MPa。

5)管道工程结构设计：

管槽开挖底宽为1400mm，开挖边坡的坡度按地质条件的不同分别设计，黏土、坡积土地段管槽坡度为1∶0.33，杂填土、碎石类土地段管槽坡度为1∶0.5，岩石地段管槽坡度为1∶0.2。管道基础在非机动车道下采用原土基础，若遇淤泥时采用300mm厚碎石灌砂置换淤泥，在机动车道下采用碎石灌砂基础。在非机动车道下管腔回填采用原土回填，分层夯实，密实度达90%以上，在机动车道下管腔回填采用中砂回填，密实度达92%以上。

管道支墩采用毛石混凝土，混凝土强度等级为C15，毛石掺量为30%。在管道弯头、三通、堵头处均应设置毛石混凝土支墩。管道的阀门井、泄水井、排气阀井均采用MU10青砖，M10水泥砂浆砌筑。

5.4 配水管道校对

5.4.1 工程设计基础资料

1)基础参数：

云山水厂配水主管网总供水规模为1万m3/d，近期规模为5000m3/d。近期时变化系数K时取1.6，远期时变化系数K时取1.4。现状管道已经建设完成，本工程分为近远期两种工况进行复核。

2)现状管道：

云山集团方向现状管道成环状布置，管径为DN300；燕山农场成支状布置，主管网现状管道，管径为DN300及DN400管道。

5.4.2 平差计算结果分析

1)工况一：近期规模5000m3/d，时变化系数1.6，最不利点压力16m，此时水厂扬程为35m,主管网压力在40m左右，能够满足供水需要。根据计算结果，此时管道压力小于现有管道承受的压力，能够满足供水需要。

2)工况二：远期规模10000m3/d，时变化系数1.4，最不利点压力16m，此时水厂扬程为38m,主管网压力在38m左右，能够满足供水需要。

3)云山农场方向：供水规模为1500m3/d，时变化系数取1.6，现有管道管径能够满足设计要求，各管道工作压力如下：①欧山庙附近设置加压站，加压站系统压力为64m(可叠压0.15MPa)，最高点自由水头为5.00m。②欧山庙至赤石岗加压站段，管道工作压力与现状管道工作压力基本相同，能够满足管道供水要求；③赤石岗加压站至燕山水厂段，根据现场调查，现有管道压力等级为1.0MPa，根据平差计算结果，管道最低点最大自由水头为0.72MPa，自由水头在0.6-0.72MPa之间的管段，长约4.0Km；现有管道能够满足压力需求；具体施工前，建议对管道承压能力进行检测。

根据计算结果，在各种工况下，现有管道能够满足改造后供水压力需要，因此，配水管网不纳入给水管道改造范围。

5.4.3 配水管网核对结果

1)云山农场方向(现状管道平差结果)：供水规模为1500m3/d，时变化系数取1.6，现有管道管径能够满足设计要求，各管道工作压力如下：①欧山庙附近设置加压站，加压站系统压力为64m(可叠压0.15MPa)，最高点自由水头为5.00m。②欧山庙至赤石岗加压站段，管道工作压力与现状管道工作压力基本相同，能够满足管道供水要求；③赤石岗加压站至燕山水厂段，根据现场调查，现有管道压力等级为0.6MPa，且现状管道经常爆管，本次改造后，根据平差计算结果，管道最低点最大自由水头为0.72MPa，自由水头在0.35-0.72MPa之间，超出了原有管道工作压力；因此，该工程建议对赤石岗至燕山水厂段进行改造。

2)云山农场方向(改造后平差结果)：根据平差结果，本工程建议对赤石岗加压站至燕山水厂段，进行改造，将现状DN400给水管道改造为DN250管道。改造后赤石岗加压站至燕山水厂段管道工作压力为0.70-0.20MPa。

5.4.4 欧山庙加压站

根据水力计算结果，建议在欧山庙附近设置加压站。

加压系统扬程为64.0m，流量为100m3/h。

该工程建议采用罐式叠压供水设备，设备型号：150ZWG3/APV64-30(HSZ1)。

6 结 论

该工程是永修县国民经济发展规划和基础设施的重要部分，项目的建设将提高永修县城乡一体化供水工程水源供水保证率，对促进庐山市经济的发展有着深远的意义。项目建设条件基本具备，项目的各项技术经济指标较为合理，有较好的经济效益，保障用水需求。