融水县融江片区贫困村人饮工程设计
[摘要] 介绍了融水县融江片区部分贫困村人饮工程的设计情况，论述了该工程中各工艺选择及其技术特点，总结了工程的设计经验。
黄俊， 广西水利水电 发表时间：2021-10-25 期刊
[关键词] 自流引水;水位;布置;水锤;设计特点;农村人饮工程;融水县
1 工程概况
柳州市融水县融江片区部分贫困村饮水补水工程主要解决红水乡高文村、振民村、黄奈村、芝东村、红水村(含乡政府驻地)以及拱洞乡高武村、大沟村、洋鸟村8个村28 333人的人畜饮水问题，涉及饮水水源为山泉水。项目区主要位于融水县红水乡与拱洞乡两个乡镇。红水乡和拱洞乡均位于融水县东北部。工程区域所在地交通方便，区域内村级公路网比较发达，有村道贯穿整个项目区。水源点及新建水厂位于元宝山自然保护区外，道路交通便利。
2 工程总体布置
本工程的供水规模为 2 891.2 m3 /d，根据《村镇供水工程技术规范》(SL310-2019)，集中式供水工程供水规模5000～1000 m3 /d的为Ⅲ等工程，主要建筑物级别为 3 级，次要建筑物级别为 4 级。本工程供水水源为元宝山的山泉水，共有2处，分别为元宝山北面安太乡培秀村火培屯白虎顶融江一级支流贝江河支流培秀河的源头白坪溪(水源点1)和火培屯北面2.3 km处培秀河的源头乌纱溪(水源点2)。两处水源均通过天然冲坑布管引水，利用水头差先输送到水厂进行净化消毒处理，再输送到各村屯的集中高位水池。
管线基本沿现有道路布设。由于项目供水范围分散、地形起伏落差变化大，对供水水源点与受水点的落差、地形起伏、管材承受压力、施工及后期管护等情况进行分析后，选择了两个主管供水方案进行比选。
(1)方案一(纯自流引水方案)：由1411 m高程水源点1引水，引至1197 m高程水源点2汇合后，输水至 1078 m 高程水厂泄压，之后的主管路线仅在 966 m高程处泄压，全程无需设置加压点，即可实现全程自流引水。
(2)方案二(自流泄压再加压方案)：由1411 m 高程的水源点1引水，引至1197 m高程水源点2汇合后，输水至1078 m高程水厂泄压，之后的主管路线依次在966 m、788 m高程处泄压，由于泄压后无法自流引水，需在高文村附近设置泵房在726 m高程处加压，才能引水至之后的村屯。
根据以上所述，结合建后管理、征地等因素对供水方案进行比选，结果见表1。
根据比选结果，从工程投资和运行等综合角度考虑，选择方案一(纯自流引水方案)作为推荐方案。
3 工程设计
3.1 管材选择
本项目管线较长、高低起伏大，各类因素复杂，因此必须考虑管道材质的不同对管道工程的综合影响，需要对各种不同的管道材质进行比较，以选用合理的管道材质。
选择管材的基本原则是：能承受要求的内压和外荷载;使用性能可靠，施工方便，维修工作量少;使用年限长;内壁光滑，输水能力可基本保持不变：能适合工程区地质条件和各种实际情况的需要;造价较低。有利于减少供水管道对出厂水的二次污染程度。
根据以上的管材选择基本原则，对球墨铸铁管、镀锌钢管、PE 管、复合钢丝 PE 管等 4 种常用且较为适合本工程特性的管材从使用寿命、耐腐蚀性、对水质的影响、施工安装、维修、单价等方面对输水管材进行比选(见表2)。
经对比，复合钢丝网PE管的使用寿命短，且抗压能力低，压力等级高的需要定制，造价高;无缝钢管的品种齐全，压力等级范围广，技术成熟，强度高，性能稳定，能长期承受较高水压;PE聚乙烯管使用寿命较长，防渗性、耐腐蚀性及接头密封性等性能相对较好，但是承压能力较低;球墨铸铁管具有品种齐全，管件配套完善，压力等级范围最广，技术成熟，强度高，性能稳定，且不易腐蚀等优点，能承受较高水压。综合考虑，主管、支管、毛管绝大部分沿道路埋设，埋设部分采用球墨铸铁管，小部分需外露铺设的管道采用无缝钢管，并配套相应配件。村屯内水池到用户端的管道线路地势复杂，输送水量较小、水头差小，采用PE管。
3.2 净水工艺选择
水厂净水工艺较多，主要有传统快滤工艺(三大池)、多介质过滤罐、旋转错流式超滤膜和旋流气浮澄清砂滤工艺。各净水工艺的优缺点对比和技术对比分别见表3和表4。
经对比，旋流气浮澄清技术为较新型的技术，也是今后水处理技术的发展方向之一，相比于传统的三大池水净化技术，净化流程缩短，无需大量加药净化，操作简便，可以无人值守。由于采用全水力自动控制运行，后期运行管理费用较超滤膜系统更低。本工程地处较贫困地区，考虑后期运行成本等经济指标，结合水源水质和水厂位置每年冬季可能结冰的特点，水处理工艺确定采用旋流气浮澄清砂滤工艺。
旋流气浮澄清砂滤工艺流程：水从水源输送到水厂，通过在原水管道上投加絮凝剂，然后流入澄清池，使得悬浮物和胶体(小颗粒泥砂、大分子有机物、细菌、病毒等胶体物质)脱稳沉降，同时絮凝形成的泥渣层具有吸附作用，可去除水中的部分有机物以及重金属等污染物。澄清池池壁和网格上积泥中存在微生物，这些微生物可以降解水中易于生物降解的有机污染物。然后对澄清池中的水进行跌落曝气，充氧以达到充足的溶解氧，为去除氨氮创造了条件。而系统内氨氮的去除主要靠微生物分解，在系统内发生了硝化反硝化作用，即将氨氮降解为(亚)硝酸盐氮，再经反硝化脱除，完成初步澄清净化。清水经清水槽汇流后进入过滤池。过滤系统采用深床均质滤料，过滤后加消毒剂进行消毒，消毒后进清水池，水质达到国家饮用水水质标准。工艺流程见图1。
3.3 自动控制系统
水厂自动控制系统遵循“集中管理、分散控制、资源共享”的原则，水厂仪表系统遵循“工艺必需、先进实用、维护简便”的原则。
自动控制系统采用集散型计算机控制系统。由可编程序控制器(PLC)及自动化仪表组成的检测控制系统—现场控制站，对水厂各过程进行分散控制，再由通讯系统、监控计算机等组成的中央控制室，对全厂实行集中管理。各分控站与中央控制室之间由无线结合有线网络实现数据通信。现场控制站与现场测控仪表之间由开放式现场总线连接。现场控制站根据水厂的实际工艺和建筑物的几何分布情况，设置在控制对象和信号源相对集中的建筑物中。
系统根据现场采集并回传的流量、液位、浊度、余氯、pH值、温度等信息，经过计算，自动调节水厂中各个阀门的开度及药物的投加，从而实现水厂运行的自动化。水厂自动控制监测系统原理图见图2。
3.4 输水管道及阀门
项目区主、支管高程落差大，供水管主管由球墨铸铁管及无缝钢管组成。球墨铸铁管采用承插式T型接口管，在沿路埋设部分使用。无缝钢管主要用在部分球墨铸铁管难以安装的区段，如道路狭窄、经过居民区和过桥等特殊路段铺设。输水管道根据管段压力不同可分别采用 2.5、5.4、6.4 MPa 等规格管道。
村内水池到屯、队水池的管道线路地势复杂，输送水量少、水头落差小等特点，因此采用 PE 管，工作压力为1.6 MPa。
项目区冬季有结冰现象，因此需对外露管道进行保温处理，具体做法为在管道外设套管并在间隙填充保温材料。
本工程输水管线长度较长，管线起伏较大，需配置各种功能阀门以保障管线安全及日后检修。具体方案为管道每隔2～3 km设置一个检修阀，并根据压力等级确定阀门类型和公称压力;在管道凸起点设空气阀;长距离无凸起点的管段，每隔1 km 左右亦应设空气阀;在管道低凹处设置排泥排水阀;此外，根据水力过渡过程分析计算和水锤验算，在管道最不利点处安装调流调压阀和水击泄放阀以保证管道系统运行安全。
所有管线共配置检修阀 56 处，复合式空气阀 60处，排泥排水阀35处，调流调压阀20处，水击泄放阀10处。以上阀门均设阀门井保护，阀门井根据需要采用M7.5浆砌砖或C20钢筋混凝土两种形式。
4 结语
柳州市融水县融江片区部分贫困村人饮工程特点是水源高程较高，可完全利用水头落差进行纯自流引水。由于引水流量较大、高差较大且输水管路较长，管路沿线需配置各种功能阀门以保障管线安全及日后检修使用。尤其需要注意水力过渡过程分析计算和水锤验算，并安装调流调压阀和水击泄放阀以保证管道系统运行安全。工程建成后可为红水乡与拱洞乡两个乡镇的人畜饮水供水提供重要保障。