陸柏昊,王義安

(1.桂林市自來水有限公司,廣西 桂林 541002;2.桂林理工大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,廣西 桂林 541000;3.桂林理工大學(xué)廣西巖溶地區(qū)水污染控制與用水安全保障協(xié)同創(chuàng)新中心,廣西 桂林 541000)

1 引言

某市自來水公司日設(shè)計(jì)供水能力為44 萬m3，供水區(qū)域約260 km2，供水人口達(dá)到98萬人。DN80以上供水管道達(dá)到1446 km，管網(wǎng)水壓力合格率以及水質(zhì)綜合合格率均達(dá)到99.9%以上。但是隨著人口增長(zhǎng)以及遠(yuǎn)期城市化進(jìn)程的加快，該市將會(huì)面臨水質(zhì)污染、水資源短缺以及生態(tài)保護(hù)問題[1,2]。目前該市現(xiàn)有主要水廠的水源均源自AL江河，而其排污口分布于各支流和干流上。假如AL上游發(fā)生水質(zhì)污染事故，以AL為水源的水廠將無法取水，進(jìn)而導(dǎo)致該市面臨停水風(fēng)險(xiǎn)。而AL的水流量受四季天氣影響較大，在處于枯水期階段時(shí)，AL的天然徑流量小，同時(shí)又是重要的旅游航道，因此需要上游水庫群聯(lián)合補(bǔ)水方能保障處于枯水期階段AL位于該市市區(qū)的斷面達(dá)到60 m3/s。城鎮(zhèn)化建設(shè)的加速，未來該市所需的供水量將會(huì)有著巨大的需求[3]，為了防止出現(xiàn)今后從AL的大規(guī)模取水以至對(duì)水環(huán)境造成破壞的結(jié)果，則通過對(duì)第二水源進(jìn)行開發(fā)即直接從水庫取水，避免因取水需要而對(duì)AL的水環(huán)境造成影響。該市的供水管網(wǎng)布局是由東向西供水的格局，主要的供水管網(wǎng)由AP路輸水管道和WF路輸水管道構(gòu)成。目前DZ路、DJ、WY和CB水廠的供水能力分別達(dá)到10、10、14和10萬m3/d。預(yù)計(jì)2030年該市用水需求至少有66萬m3/d，而現(xiàn)有的輸水管網(wǎng)已不能滿足該市的用水增長(zhǎng)需求。

因此，通過本項(xiàng)目及對(duì)其它設(shè)施的建設(shè)，改變單一的水源供水格局進(jìn)而保障該市的用水安全[4]，將促使形成“兩雙三站、三橫兩環(huán)”的供水格局，提升該市的供水能力。本項(xiàng)目改造的內(nèi)容主要包括DN1600輸水管道的鋪設(shè)，其中包括DN1600K9級(jí)球墨鑄鐵管和D1624X12螺旋縫埋弧焊鋼管、過鐵路管涵、過河道倒吸虹管和綠化隔離帶及道路的開挖與恢復(fù)。

2 管網(wǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)及計(jì)算

2.1 給水量指標(biāo)的確定

根據(jù)《城市給水工程規(guī)劃規(guī)范》(GB50282-2016)[5]，結(jié)合該市的用水特點(diǎn)，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和居民生活水平確定給水量指標(biāo)。根據(jù)該市人口預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，2020 年市區(qū)人口為125 萬人，中心城區(qū)遠(yuǎn)景(2030 年)城市人口規(guī)模控制在220 萬人以內(nèi)，屬于大城市Ⅱ型。該省級(jí)區(qū)域?qū)儆谝粎^(qū)，則該市的綜合生活用水量指標(biāo)為220～400 L/(人·d)，而城市的綜合用水量指標(biāo)為0.4～0.7 萬m3/(萬人·d)。

2.2 用水量預(yù)測(cè)

采用城市綜合用水量指標(biāo)法[6]對(duì)該市供水區(qū)域范圍內(nèi)每萬人用水量乘以人口數(shù)量所得到的人均用水量，該計(jì)算方法與供水區(qū)域地理位置、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和居民生活水平、工業(yè)用水重復(fù)利用率等因素相關(guān)。并考慮到該市以生活用水為主，人均綜合用水指標(biāo)偏低，并具有其特殊性。本項(xiàng)目城市綜合用水量指標(biāo)取最小值，因此，2030年該市的綜合用水量指標(biāo)為0.4萬m3/(萬人·d)。本項(xiàng)目供水范圍內(nèi)用水人口約20.95萬人，若每年人口增長(zhǎng)率按7%計(jì)算，則至2022年本項(xiàng)目供水范圍內(nèi)用水人口約23.88萬人，用水量預(yù)測(cè)為9.55萬m3/d；至2030年，本項(xiàng)目供水范圍內(nèi)用水人口約35.62萬人，用水量預(yù)測(cè)為14.25萬m3/d。

2.3 給水管網(wǎng)計(jì)算

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)WF路加壓泵站供水規(guī)模為20萬m3/d，則本項(xiàng)目輸水管道的流量為2.31 m3/s，項(xiàng)目輸水管道按生活或生產(chǎn)給水管道的給水經(jīng)濟(jì)流速考慮，給水流速不宜大于2 m/s，因此本項(xiàng)目的輸水管道管徑不宜小于1.21 m。計(jì)算過程如下：

因此，本項(xiàng)目輸水管道管徑為DN1600，滿足WF路加壓泵站的輸水要求。

3 工程建設(shè)

3.1 管材的選擇

目前我國(guó)常用的管材有球墨鑄鐵管(DIP)、鋼管(SP)、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管(PCP)、玻璃鋼管(PRM)、塑料管(PE)等。針對(duì)于常用的管材做了如下的比較，見表1。

表1 不同管材之間的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

根據(jù)《城市供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃》[7]對(duì)各類管材使用中事故情況的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示U-PVC管(大口徑)的平均事故率能夠達(dá)到4.68 次/km，遠(yuǎn)大于鋼管的0.59次/km。并考慮到本工程的地址、壓力情況，在充分利用各種管材的優(yōu)點(diǎn)時(shí)盡量做到經(jīng)濟(jì)、合理和實(shí)用。由于管徑口徑采用DN1600大口徑，根據(jù)該市已建大口徑的給水管道(球墨鑄鐵管)維修時(shí)采購運(yùn)輸安裝非常不方便，為了確保輸水管的及時(shí)維護(hù)，根據(jù)業(yè)主及相關(guān)專家的意見，擬采用螺旋縫埋弧焊鋼管(焊接鋼管材質(zhì)為Q235B，標(biāo)準(zhǔn)為GB3091-2008)，其具有機(jī)械性能好、施工方便、適應(yīng)強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，并且所有管件、管材的衛(wèi)生性能應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《生活飲用輸配水設(shè)備及防護(hù)材料的安全性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T17219)的要求。

由于所選的管材為鋼管，以及鋼制管件均需對(duì)其內(nèi)外壁進(jìn)行防腐處理尤其是處于河道區(qū)域[8]。為了生活用水的安全考慮，選擇特種漆進(jìn)行防腐，其完全符合《生活飲用水輸配水設(shè)備及防護(hù)材料的安全性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T17219-1998)的要求。本設(shè)計(jì)主選的該防腐涂料具有①顯著的抗氧化性和耐化學(xué)腐蝕性；②優(yōu)異的附著力、柔韌性和高硬度、耐磨性；③良好的耐候性；④除銹工藝簡(jiǎn)單；⑤節(jié)能效果良好。

3.2 管道的設(shè)計(jì)

WF路DN1600輸水管道項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容包括：鋪設(shè)輸水管道12280.00 m，其中DN1600K9級(jí)球墨鑄鐵管11580.00 m，D1624X12螺旋縫埋弧焊鋼管700.00 m；過鐵路管涵80.00 m；過河道倒吸虹管320.00 m；綠化隔離帶及道路的開挖與恢復(fù)。

3.2.1 管道平面及豎向位置

根據(jù)《WF路DN1600 輸水管管線綜合規(guī)劃》《WF路道路工程施工圖》及WF路改造方案等資料，并實(shí)地勘查，WF路兩側(cè)非機(jī)動(dòng)車道及人行道已敷設(shè)有各種市政管道，已經(jīng)沒有位置敷設(shè)DN1600 的輸水管，新建輸水管道敷設(shè)的位置為①機(jī)動(dòng)車道、②中央綠化帶、③機(jī)非分隔帶、④道路紅線外，經(jīng)核實(shí)，WF路從KF路至XC道路，沿線均有6 m的中央綠化帶，管道布置在中央綠化帶上，避免了載重車輛對(duì)管道的碾壓，管道維護(hù)也較為方便，不用額外征地。機(jī)非分隔帶上種有喬木，安裝有路燈，寬度也有限，無法敷設(shè)DN1600 輸水管道，所以選擇在中央綠化帶新建輸水管道，見圖1。

圖1 WF路管線綜合標(biāo)準(zhǔn)橫斷面

同時(shí)在豎向位置上，給水管道管頂覆土一般為1.2 m。綠化帶上覆土厚度需要考慮綠化種植的需要。車道上覆土厚度要考慮避免載重車輛對(duì)管道碾壓破壞。

3.2.2 給水管道附屬構(gòu)筑物

干管上閥門的設(shè)置約1000 m距離設(shè)置一個(gè)。在輸水管的隆起點(diǎn)設(shè)自動(dòng)排氣閥；在輸水管的低點(diǎn)設(shè)排泥閥。在管道上合適的位置設(shè)置水質(zhì)及水量自動(dòng)測(cè)試儀，在加壓泵站前后設(shè)流量計(jì)量?jī)x。輸配水管道在垂直和水平方向轉(zhuǎn)彎、分叉處、管道端部堵頭處，以及管徑截面變化處設(shè)置支墩，支墩不砌在松土上，水平支墩后背土壤最小厚度應(yīng)大于墩底在設(shè)計(jì)地面以下深度的3倍。

3.2.3 鋼管防腐及管道基礎(chǔ)與回填

鋼管及鋼制管件內(nèi)外均做防腐處理：采用GZ-2 型高分子防腐涂料(應(yīng)具有中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部國(guó)產(chǎn)涉及飲用水衛(wèi)生安全產(chǎn)品衛(wèi)生許可批件)。防腐要求：內(nèi)防腐采用普通級(jí)防腐，即兩層底漆加兩層面漆；外防腐采用加強(qiáng)級(jí)防腐，即一層底漆+一層脫脂纖維+兩層面漆。

管道采用10 cm厚粗砂為基礎(chǔ)，管溝回填[9]為管底至管頂以上300 mm均回填粗砂密實(shí)，管頂300 mm以上回填級(jí)配碎石至路基底標(biāo)高，見圖2。

圖2 管道基礎(chǔ)及回填示意圖

3.2.4 管道穿越方式

沿路需要穿越較多的橋涵，涵洞覆土深度足夠，管道在涵洞上正交穿越[10]，如果涵洞覆土厚度較小，無法滿足DN1600管道覆土從涵洞頂穿越，首先考慮設(shè)兩根DN1200或三根DN1000管道減小管徑，盡量能從涵洞上正交穿越，如果橋梁、涵洞覆土無法保證，則需要將管道轉(zhuǎn)出路外在橋涵外側(cè)設(shè)管橋架空跨越或從河道底倒虹穿越橋涵渠道。管道穿越鐵路時(shí)，采用頂管從鐵路軌道底穿越，管頂距離鐵軌底1.2 m以上，具體敷設(shè)應(yīng)報(bào)批鐵路部門并取得批準(zhǔn)方可施工。由于WF路與鄰近鐵路交叉時(shí)采用下穿涵洞，涵洞是鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，輸水管道無法在涵洞內(nèi)敷設(shè)，所以選擇將輸水管道轉(zhuǎn)出涵洞外的輔道上敷設(shè)，輸水管道穿越鐵路時(shí)，也是采用頂管從鐵路軌道底穿越，管頂距離鐵軌底1.2 m以上。

3.3 項(xiàng)目投資估算

采用指標(biāo)估算法[11]進(jìn)行本項(xiàng)目的投資估算，包括工程費(fèi)用、其他費(fèi)用以及預(yù)備費(fèi)。其估算結(jié)果為項(xiàng)目估算總投資為21247.95萬元，具體為第一部分工程費(fèi)用16171.71萬元、第二部分工程建設(shè)其他費(fèi)為2145.49萬元以及基本預(yù)備費(fèi)為2930.75萬元。項(xiàng)目資金來源為業(yè)主自籌。

3.4 本項(xiàng)目對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的影響

本項(xiàng)目的建設(shè)將加快該市發(fā)展，為更多的社會(huì)力量注入該市起到很好的引導(dǎo)及帶動(dòng)作用。項(xiàng)目的建設(shè)將對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量有一定影響[12]，但不會(huì)導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)物種數(shù)量的減少，主要是施工期的短期與局部影響，只要做好環(huán)境污染防治工作[13]，就能將生態(tài)環(huán)境影響降低到最小程度。本項(xiàng)目的社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)因素包括社會(huì)治安、衛(wèi)生防疫、交通安全、消防安全和居民糾紛等[14]，各因素分析如表2，只要做好防范措施，就能避免可能導(dǎo)致的后果。

表2 項(xiàng)目社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)分析表

4 結(jié)論

城鎮(zhèn)飲水用水安全問題迫在眉睫，通過本項(xiàng)目的建設(shè)不僅能擴(kuò)大土地利用、優(yōu)化水資源配置，還能促進(jìn)加快城市化和工業(yè)化進(jìn)程，推動(dòng)該市經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境協(xié)調(diào)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。本文對(duì)本項(xiàng)目的建設(shè)進(jìn)行了管道選擇、設(shè)計(jì)、投資估算及分析了其對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的影響，詳述了管道的建設(shè)方案，項(xiàng)目建成后具有良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益，可以更好地為類似項(xiàng)目的建設(shè)提供參考。