□（鄭州市水利建筑勘測設(shè)計院）

簡析以水庫水為水源的農(nóng)村飲水安全工程設(shè)計要點

□胡鐵成（鄭州市水利建筑勘測設(shè)計院）

水是生命之源，是人類賴以生存和社會經(jīng)濟發(fā)展不可替代的基礎(chǔ)性資源，質(zhì)佳量足的安全水對防止各種疾病的發(fā)生、保障人體健康以及維持和提高人民生活水平都具有重要的意義，特別是農(nóng)村飲水安全問題，更是關(guān)系著全面建設(shè)小康社會宏偉目標的實現(xiàn)。因此，在“十一五”和“十二五”期間國家投資修建了大量的農(nóng)村飲水安全工程，其水源一般分為中深層地下水和地表水兩種，其中地表水水源多以泉水和水庫水為主。文章以位于河南省鞏義市的峽峪村供水工程為例，從供水規(guī)模確定、水量可靠性分析、工藝流程、機泵選型、凈水設(shè)計等方面，對以水庫水為水源的農(nóng)村飲水安全工程設(shè)計要點進行了闡述說明。

水庫水；農(nóng)村飲水安全工程；可靠性分析；設(shè)計要點

1 項目概況

峽峪村位于河南省鞏義市新中鎮(zhèn)南部，轄12個村民小組，飲水不安全人口1 036人，耕地42 hm2，區(qū)域面積9.50 km2。由于地處山區(qū)，地下水埋藏較深，群眾飲水困難，日常用水全靠屋頂接水、水窖蓄水和拉水來解決，飲水安全問題嚴重影響著群眾的生產(chǎn)生活和制約著當?shù)厣鐣?jīng)濟的發(fā)展。通過走訪調(diào)查，該村區(qū)域內(nèi)有一座峽峪水庫，其位于黃河流域汜水河支流上，是一座以防洪為主、兼具灌溉、供水等綜合利用的?。?）型水利樞紐工程，控制流域面積12.50 km2，總庫容42.67萬m3，興利庫容11.80萬m3，按20 a一遇洪水標準設(shè)計，100 a一遇洪水校核，是不可多得的地表水源。峽峪村供水工程以峽峪水庫水為水源，通過提水方式，將水引至高位水池，凈化消毒后，鋪設(shè)管網(wǎng)供給用戶，以解決該村群眾的飲水安全問題。

2 供水規(guī)模確定

2.1 居民生活用水量

居民生活用水量按照設(shè)計水平年人口數(shù)量與最高日用水定額之積計算得到，計算表式為：

式中：

Q1—居民生活用水量，m3/d；P—設(shè)計用水居民人數(shù)，人；P0—設(shè)計范圍內(nèi)的現(xiàn)狀常住人口數(shù)，P0=1 036人；γ—設(shè)計年限內(nèi)人口的自然增長率，γ=7‰；n—工程設(shè)計年限，n=15；q—最高日居民生活用水定額，依據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程設(shè)計規(guī)范》中“表4.1.2最高日居民生活用水定額”，鞏義市屬河南省轄區(qū)，按照氣候和地域分區(qū)，項目區(qū)屬于三區(qū)，峽峪村屬于省級貧困村，位于山區(qū)，居民居住分散，最高日居民生活用水定額按照“水龍頭入戶，有洗滌池，少量衛(wèi)生設(shè)施”條件進行選取，確定為60 L/（人·d）。

將各參數(shù)代入上式可得Q1=69 m3/d。

2.2 公共建筑用水量

公共建筑用水量按照居民生活用水量的10%進行計算，Q2=69×10%=6.90 m3/d。

2.3 管網(wǎng)漏失及未預(yù)見水量

管網(wǎng)漏失及未預(yù)見水量之和按照上述用水量之和的20%進行計算，Q3＝15.20 m3/d。

2.4 最高日用水量Qd

最高日用水量Qd=居民生活用水量Q1+公共建筑用水量Q2+管網(wǎng)漏失及未預(yù)見水量Q3，Qd=91.10 m3/d。

2.5 設(shè)計平均日用水量

3 水源可靠性分析

農(nóng)村飲水安全工程水源需要滿足水質(zhì)和水量的要求，其中水質(zhì)經(jīng)凈化消毒后需要滿足《生活飲用水衛(wèi)生標準》要求，同時水量的供水保證率不低于95%，嚴重缺水地區(qū)不低于90%。

3.1 水量可靠性分析

水量可靠性主要由95%供水保證率體現(xiàn)，由于峽峪水庫所在流域無長系列徑流資料，95%保證率的徑流量采用等值線圖法進行計算，查《河南省水資源》（2007年）得該流域多年平均徑流深R=108 mm，查《河南省地表水資源附圖》（1984年）得離差系數(shù)CV=0.56，偏差系數(shù)CS=2CV。

設(shè)計年徑流深、年徑流量由下式進行計算：

式中：KP——模比系數(shù)，可由PⅢ曲線查得；R——多年平均徑流深，mm；RP——設(shè)計年徑流深，mm；F——流域面積，F(xiàn)=12.50 km2；WP——設(shè)計年徑流總量，萬m3。

經(jīng)計算，各種頻率下徑流量計算成果見表1所示。

表1 峽峪水庫各頻率徑流量計算表

徑流量年內(nèi)分配按照同頻率典型年降雨年內(nèi)分配比例進行分配，參照鞏義市塢羅水庫1964-2003年共39 a的實測降雨長系列資料進行經(jīng)驗頻率計算，按配線法推求理論頻率，繪制理論頻率曲線，詳見圖1所示。由理論頻率曲線查得：保證率P＝95%時降雨量為300 mm，選取典型年為1987-1988年，其降雨量為309.20 mm。

圖1 峽峪水庫年降水量頻率曲線圖

峽峪村供水工程枯水年（95%保證率）徑流年內(nèi)分配按照典型年（1987-1988年）降雨量年內(nèi)分配比例確定，詳見表2所示。

峽峪村飲水不安全人口為1 036人，用水規(guī)模為91.10 m3/ d，日變化系數(shù)取1.30，設(shè)計平均日用水量為70.10 m3/d，設(shè)計平均月用水量為2 103 m3，設(shè)計平均年用水量為2.56萬m3，由表1可知，95%保證率下年徑流量為48.60萬m3，遠遠大于設(shè)計平均年用水量；同時由表2可知，枯水年（95%保證率）最枯月份（12月）產(chǎn)水量為1.26萬m3，大于設(shè)計平均月用水量2 103m3，即從水量方面說明，以峽峪水庫水為水源滿足95%供水保證率的要求，是可靠可行的。

表2 峽峪引提水工程枯水年（95%保證率）年徑流年內(nèi)分配表

3.2 水質(zhì)可靠性分析

峽峪水庫上游四周林木茂密，植被覆蓋率高，具有良好的水源涵養(yǎng)能力，一年四季徑流不斷，且無人居住，無廠礦企業(yè)，無污染源，通過鞏義市疾病預(yù)防控制中心進行取樣檢測，水質(zhì)滿足《生活飲用水衛(wèi)生標準》的要求，即從水質(zhì)方面說明以峽峪水庫水為水源是可靠可行的。

4 工藝流程

峽峪村供水工程以峽峪水庫水為水源，水質(zhì)較好，但考慮到汛期降雨和徑流增大，水庫蓄水中可能含有一定的泥沙，濁度增大，當源水的濁度不滿足直接接觸過濾工藝時，在進入清水池前進行凈化和消毒，同時考慮到現(xiàn)狀農(nóng)村的供電電源保證率普遍不高，若采用變頻電泵直接通過配水管網(wǎng)向用戶供水，保證率無法保證，而采用高位水池或水塔進行調(diào)節(jié)較為合適，工藝流程詳見圖2所示。

圖2 工藝流程圖

5 機泵選型

5.1 設(shè)計流量

水源到水廠的輸水管設(shè)計流量，應(yīng)按最高日工作時平均取水量確定，以峽峪水庫水為水源，需采用潛水泵將水從水庫中抽取至高位水池，水泵的日工作時間根據(jù)實際情況確定，一般每天≥8 h，取8 h計算，同時結(jié)合潛水泵的規(guī)格型號，確定設(shè)計流量Q=15 m3/h。

5.2 揚程計算

配套機泵計算揚程由下式進行計算：

式中：H—潛水電泵揚程，（m）；H1″—攔蓄液面至控制點（如高位水池水面）的高差（m），為42.36 m；∑h—攔蓄液面至控制點（高位水池）輸水管的總水頭損失（m），沿程水頭損失按下式進行計算，局部水頭損失按照沿程水頭損失的10%計取。

式中：h1——沿程水頭損失，m；L——計算管段的長度，m；i——單位管長水頭損失，m/m；C——海曾威廉系數(shù)，鋼管取125；Q——管段流量，m3/s；d——管道內(nèi)徑，m。

經(jīng)計算，輸水管道沿程水頭損失h沿=3.35 m，輸水管道水頭損失h損=h沿+h局=3.69 m，計算揚程為H=H1″+∑h損=42.36+ 3.69=46.05 m。根據(jù)設(shè)計流量和計算揚程，選取1臺型號為QS15-52/2-4型潛水泵，設(shè)計流量為15m3/h，揚程為52 m，功率為4 kW。

6 凈水工程設(shè)計

峽峪村供水工程以峽峪水庫水為水源，考慮到汛期降雨和徑流較大，入庫洪水不排除含沙量大、濁度高的情況，當源水的濁度不滿足直接接觸過濾工藝時，須進行絮凝、沉淀、過濾，因此該部分需要進行凈化和消毒設(shè)計。

由于峽峪村供水工程供水規(guī)模為91.10 m3/d，供水規(guī)模較小，凈化工藝選擇將絮凝、沉淀、過濾工藝組合在一起的一體化凈水設(shè)備來實現(xiàn)。一體化凈水設(shè)備選用廠家定型設(shè)備，設(shè)備參數(shù)即凈水能力為15 m3/h。

根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程設(shè)計規(guī)范》11.1條文規(guī)定，生活飲用水必須消毒。村鎮(zhèn)集中供水水廠的消毒方法有很多，根據(jù)原水水質(zhì)和出水水質(zhì)要求、消毒劑來源、消毒副產(chǎn)物形成的可能、水處理工藝，以及供水規(guī)模、管理條件和消毒成本等，并結(jié)合以往農(nóng)村飲水安全工程的工程實例，參照相似條件下的運行經(jīng)驗，綜合比較后確定，選用氯消毒。而氯消毒有多種形式，可采用液氯、商品次氯酸鈉溶液、電解食鹽現(xiàn)場準備消毒溶液、漂白粉、漂粉精或次氯酸鈉片劑等，考慮到不同氯消毒方法的安全性、可靠性、管理方便程度以及成本，該工程選用電解食鹽法制備二氧化氯消毒劑的方法進行消毒，對應(yīng)常用的消毒設(shè)備為電解法二氧化氯發(fā)生器，設(shè)備參數(shù)為50 g/h。

7 結(jié)語

文章以位于河南省鞏義市的峽峪供水工程為例，重點從供水規(guī)模確定、水源可靠性分析、工藝流程、機泵選型以及凈水設(shè)計等方面，闡述了以水庫水為水源的農(nóng)村飲水安全工程中的設(shè)計要點，為同類工程設(shè)計提供了很好的借鑒和參考。

S277.7

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：1673-8853（2017）01-0028-03

2016-11-21

（編輯：左英勇）

胡鐵成（1981-），男，工程師，主要從事水利工程設(shè)計工作。