集中供水工程设计方案的探讨

张志强

（太原理工大学水利学院，山西 太原 030024）

山西省十年九旱，自然秉赋差，水资源缺乏。近年来，严重的水质污染以及不断加剧的采煤漏水造成的水资源破坏，特别是几大盆地地下水氟砷含量严重超标，据2005年初普查统计，全省仍有1 092.14万人农村人口存在饮水安全问题，其中饮水水质不达标人口672.23万人，占饮水不安全人口的61.59%。为了更好地解决水质不达标问题，尽可能采取寻找好水源、远距离调水集中联片的方法解决。

1 水源工程选择

水源是饮水安全工程的重要组成部分，如果水源无保证，水质无保证，集中供水工程就无保证。而农村水源情况差异性较大，条件较好的地区还同时存在多种水源，因此在进行水源选择时，首先，要进行水质化验，优先采用水源水质达标、水量充沛的地表水；其次，采用经常规处理即可达标的水量充沛的地表水；第三，采用便于开采、水质达标、水量充沛的地下水，且取水点一般选在居住区上游的已划定水源地保护区内。无论是取用地表水还是地下水，解决水源问题主要采取远距离调水、水质处理、新打井三种措施。

在高氟砷水、苦咸水的盆地内，若采取凿深井开采水质优良的深层承压水，需要严格控制所有深层承压水的打井工艺，封闭上层水质不达标水层。由于深层井贯穿了不同含水层，因井管渗水、封闭上层水不严发生透水、上层不达标水长期缓慢入渗问题，会重新形成水质不达标，进而可能导致整个工程无法运行，而重新打井又需要较大的投资和耗费较长的时间，因此在区内水源可靠性不能保证、而周边有可用优质水源的情况下，取盆地周边的山前洪积扇地下水。在水量充沛，水质不达标，附近又无合适达标水源的区域，选择安装最适宜的水质净化设备。

2 供水方案

水源至供水户的供水方案分为直供和中间通过调蓄水池两种方法。

直供的方法很简单，水源只有一处，经自流输水和加压输水至用水户。

通过调蓄水池的方法是由水源至调节构筑物再到供水户，水源至调节构筑物之间输水，分为两种情况，一是靠重力输水，一是加压提水。在提水过程中采用地表水源的情况比较简单，根据所需流量、扬程，合理选择加压泵提水至调节构筑物；对于采用多井联合运行，离调节构筑物距离较远、高差较大的情况有两种方案：第一种方案是井管出来汇流后直接提水至调节构筑物，该方案的优点是减少泵站前池、加压站的建设，降低了工程投资。缺点是由于各井可能存在动水位不同、流量不同、扬程不同，提水至汇流处的压力不一定相同，这样就有可能在汇流处抵消某一条或几条并联井管的压力，消耗能量，在提取相同流量的情况下，实际运行成本会增加，汇流后流量就不是简单的联合运行泵设计流量的总和，所选水泵也不能在高效区运作。第二种方案是在井群中选择合适的位置兴建泵站前池、加压站，再二次加压提水至调节构筑物，该方案的优点是建成后提水耗能不变，缺点是增加了建设投资。从工程长期运行和经济效益的角度出发，选第二种方案比较可行。

3 供水规模

合理确定供水规模是集中供水工程设计的关键，供水规模（即最高日用水量）中，居民生活用水量占有较大的比重，近年来，随着全国小城镇建设的发展，撤乡并镇的体制变化，农村人口向城镇流动的情况，人口变化较大，设计人口的确定将考虑此因素。条件差的村庄，流动人口少，外迁人口多，设计年限内人口可能是负增长，设计人口按现状居住人口考虑。

4 水池规划

根据工程需水量、水压要求和地形条件，通过方案比较和技术经济评价，合理确定调节水池或水塔位置、标高、容量、尺寸、结构形式。所有蓄水池容积之和按管网控制区域最高日用水量的20%～40%计算，必须同时计入上下游管网输水工作时间差的调节容量，考虑检修和运行的需要，减压池容积可适当减小。水池高程的确定既要满足各用水户的服务水头要求，又要尽可能低，以降低加压泵站水泵扬程和管网系统的静水压力。从施工安全和降低工程造价方面考虑，蓄水池形状一般选择圆形。

5 供水管道管径的确定

合理地确定供水管线管径直接关系到工程造价，而管径的确定主要与管道设计流量有关。在工程供水规模确定后，管道设计流量的确定与供水方案和供水时间有关，水源到调节构筑物之间的管线设计流量按最高日工作时用水量计算。调节构筑物之间的管线设计流量按最高日工作时用水量计算，不考虑时变系数。末端调节构筑物到用水户之间的配水管网按最高日最高时供水量计算。由泵站直接向用水户供水的管网（无调节构筑物），设计流量按最高日最高时供水量计算。对于自流供水系统输水管线首末都是蓄水池的情况，尽可能延长自流输水时间，减小管道设计流量，并充分利用地形高差，适当加大管道经济流速，使得入池富余水头不会太大。

6 管道压力等级的选择方案

同一管径不同管道压力等级的管材价格相差较大，不同压力等级的管径管道壁厚不同，导致管道水头损失不同，扬程相差大，因此，工程设计中要合理确定管道压力等级，供水管道范围较大、线路较长时，应根据工作压力分区分段选取不同压力等级的管道。

对于自流供水系统，管道压力等级以考虑管道承受静水压力为主，因此要求管道首端压力等级小，末端压力等级大。地形高差较大的供水管道，宜在适当位置设置减压设施（减压池或减压阀），一般以0.6 MPa为衡量界限，灵活掌握。

对于加压供水系统，管道压力等级综合考虑动、静水压力，因此要求管道首端压力等级大，末端压力等级小。如果系统中含有变频控制设备，首端压力等级的选取以泵站扬程和供水范围内地形最高处至首端相对高差中较大值为标准，末端压力等级的选取以输水管线中扬程损失最小时（输水流量最小）所承受的压力为标准，必要时增设减压设施。如果系统中没有变频控制系统，管道选取压力等级要在上述标准的基础上扩大1.2倍。

7 净水设备的选取

工程选取水源为地下水和地表水，一般选取水质达标的地下水，但几乎所有工程是通过调蓄设施来完成供水，为了避免二次污染，必须有消毒设施，确保饮水安全。如果选取地表水，尤其是水库水，所选取的净水设备一般是考虑净化洪水期的设备，但非洪水期水质不一定全都能满足水质要求，若水质不达标，用该净水设备处理，会增加供水成本，为了更好地运行，建议选取两套不同型的水质处理设备。

8 水泵选型及其数量的确定

水泵型号的确定包括设计流量和扬程，深井泵扬程由机井动水位、水头损失、地形扬程来确定；加压泵扬程由水头损失、地形扬程来确定，所选泵型必须由水泵工况点确定（水泵性能曲线和管路性能曲线的交点）。井泵的数量为1井1泵，加压泵数量具体根据设计流量来确定，由于用水流量的变化性较大，建议配用并联运行的同型号多台水泵；对于输水线路较长、地形高程相差较大的工程，从运行成本的角度考虑，选取同流量、不同扬程的多台水泵。

9 结语

解决农村饮水安全问题是一项长期工作，优良规范的工程设计是实施精品工程建设的前提，在具体设计中，一定要实地勘测、充分论证、充分考虑各种因素，结合当地实际，因地制宜地选择工程建设方案，确保达到高标准的工程设计。