0引言
湖南省冷水江市经过几百年的矿山开采活动累积,致使矿区的地质环境受到了严重破坏,给当地人民的生产、生活环境造成了极其严重的影响,影响了当地社会的稳定,引起了各级政府的高度重视,被国务院列入全国第二批资源枯源型城市之一[1]。受原有老旧矿山开采影响,项目区居民用水受到极大影响饮用水质量无法保证,丰水期可以保障村民用水,枯水期部分村民的供水受限,需靠挑水以及外部运水。为解决项目区1800余人的生活用水,现利用该地原有水源,解决安全用水问题。
1工程设计范围、供水对象及设计水平年
根据《村镇供水工程技术规范》(SL687-2014),供水范围应根据区域的水资源条件、用水需求、地形条件、居民点分布等进行技术经济比较,结合地形实际情况,采取分4个水槽分片解决该村的饮水问题。该处供水工程供水设计基准年2019年,规划水平年2034年。引水工程分布基本情况如图1所示。
2需水量预测
乡镇供水中,日变化系数应根据城乡供水规模、用水量组成、生活水平、气候条件,结合当地相似供水工程的年内供水变化情况分析确定。根据《村镇供水工程技术规范》(SL687-2014),日变化系数在1.3~1.6取值,经综合考虑,本次设计取1.4,时变化系数根据该工程的供水规模、供水方式结合当地相似供水工程的最高日供水情况综合分析确定,本工程为全日供水工程,供水规模在200m3/d以下,基本无企业用水,时变化系数K在2.5~3.0取值,确定本设计中时变化系数取2.6。
2.1居民生活用水
本项目位于湖南省中部偏西、娄底市西部,盘依雪峰山东南麓,资水中游。根据《村镇供水工程设计规范》(SL687-2014),确定新化县为第四区,结合当前的经济发展,农村村民用水定额参照“水龙头入户,基本全日供水,有洗涤池,卫生设施较齐全”的供水条件执行,标准为60~120L/(人•d),综合考虑后,本次设计居民用水定额取80L/(人•d)。
2.2公共建筑用水量
红安村地理位置较为偏僻,该村内并无公共建筑,因此公共建筑用水量不做考虑。
2.3管网漏水水量与未预见水量
根据规范要求:管网漏失水量和未预见水量之和,按上述用水量之和的10%~25%取值,村庄取较低值、规模较大的乡区取较高值。结合当地发展情况,管网漏失水量取上述用水量之和的10%。未预见水量取上述用水量之和的5%,共取上述用水量之和的15%[2]。
3供水规模的确定
3.1供水方案
拟建方案为,取水口修建蓄水池泵取水源,分别向4个高位水池供水,之后由管网接驳入户。其中:1号高位水池供320户960人,设计居民人数P=960(1+6‰)15=1051(人)。2号高位水池供40户130人,设计居民人数P=130(1+6‰)15=143(人)。3号高位水池供130户400人,设计居民人数P=400(1+6‰)15=438(人)。4号高位水池供90户280人,设计居民人数P=400(1+6‰)15=307(人)。
3.2供水量估算
最高日生活用水定额取80L/(d•人)。1号高位水池供应320户960人,W=P×q/1000=1051×80/1000=84.08(m3/d)。2号高位水池供应40户130人,W=P×q/1000=143×80/1000=11.44(m3/d)。3号高位水池130户400人,W=P×q/1000=438×80/1000=35.04(m3/d)。4号高位水池供应90户280人,W=P×q/1000=307×80/1000=24.56(m3/d)。以上总计用水量为W总=84.08+11.44+35.04+24.56=155.2(m3/d)。管网漏失水量和未预见水量之和=按上述用水量之和的15%取值。计算结果为23.28m3/d。供水规模=155.2+23.28=178.48(m3/d),取最大供水量180m3/d。泉眼供水量足够满足条件。供水信息如表1所示。
4水源地选择
4.1水源地位置
水源主要包括水源地1和水源地2的两处泉眼(见图2),泉眼交汇后,沿矩形截面水渠流出,内径60.6cm,平均水深约11cm。现场测量10m段水流时间:10.77、11.80、11.18、11.15、11.21、11.07、12.14、11.65s。以上流速平均值0.88m/s,修正值1.03,标准值0.90m/s。流量=流速×截面积=0.9×0.6×0.11=0.0594m3/s=59.4(L/s)。枯水期水源地根据抽水试验计算流量为Q=C×h5/2=0.014×55/2=0.78(L/s),按70%的供水效率,可供水量约47.2m3/d。不能满足供水需求,利用备用水井补充不足水源。该水源由原乡镇企业办建设供当地煤田缺水时使用,具体深度不详,可能打穿地下暗河。据当地村主任介绍,原成孔直径130cm,现出水口管径40cm,采用11kW三相异步电动机可连续抽取24h。根据抽水试验计算流量为Q=C×h5/2=0.014×75/2=1.82(L/s),按70%的供水效率,可供水量约157.3m3/d。根据水质检测报告,满足饮用水质量要求。
4.2水质、水压
水质应满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)标准的各项水质指标。根据冷水江市骏马水质检测有限公司的水质检测报告,本项目区水源地水质中砷、镉、硒、汞、铅、锑等元素及菌落总数、总大肠杆菌、耐热大肠杆菌等值均在标准限值内,因此水质满足饮用水质量要求。确定合适的供水压力,是保障供水安全的一个重要环节,是反应供水服务质量的一个重要指标,同时又是节约能源的重要标志。本工程为村庄供水,满足用水区域内最不利点2层建筑用户的水压要求,即最不利点自由水头不小于12m。
5引水工程设计
5.1输水工程
本工程水位为泉水,在水量不足时利用现有取水进行补水,采用泉室取水[3],共设置2座泉室,1#泉室位于1#泉眼,底部进水,C20混凝土,四周墙厚240mm,顶部设置100mm厚混凝土盖板,宽500mm,设置提手,φ12钢筋间距200双层双向布置,底部设置600mm后反滤层,从上至下结构为:粒径10~20mm,厚200mm;粒径20~50,厚200mm;粒径50~100mm,厚200mm;2#泉室,设置3.6m×3.0m×3.0m混凝土泵坑,配置两台立式离心泵,Q=22.5m3/h、H=98m、P=18.5kW(1用1备),工作时间为8h。两泉室通过DN200焊接钢管联通,每座泉室设置800×400溢流孔。输水管道采用DN100焊接钢管,长340m。水力计算公式:i=0.000912V2(1+0.867/V)0.3/d1.3;起点标高275m,终点标高365m,局部水头损失0.15,富裕水头3.0m,泵杨程为98m。
5.2配水工程
5.2.1高位水池由于本工程属于村庄供水,根据《村镇供水工程设计规范》(SL687-2014)中规定,高位水池为设计规模的50%,取值100m3。5.2.2配水管网输水管道自高位水池接出,重力流向各用水点,沿道路旁铺设。本工程只考虑配水,各用户接水管由住户自行接入,要求接入管道压力等级为1.25MPa。配水管网平差(1)流量分配。采用服务人口法将用水量分配至各供水管段及节点进行管网水力计算。不考虑事故及消防工况进行管网平差[4]。设计规模180m3/d,最大时系数取3.0。设计流量为22.5m3/h。(2)管网计算原则。①按照最高日最大时计算,满足各节点自由水头不小于0.12MPa。②管网计算采用海曾-威廉公式,钢管取用Ch=140。③管道采用PE100塑料管。④海曾—威廉公式:H=L×(10.67×q1.852)/(Ch1.852×D4.87)[5];⑤局部损失系数:1.20。(3)管网平差结果。计算结果得出,J208-J268、J268-J288,水压高,最高达到0.95MPa,设计两处减压阀,减压0.35MPa,整个配水系统水压控制在0.6MPa以内。5.2.3埋设深度管顶覆土0.7m,过公路覆土1.0m,穿路地段采用C20混凝土满包。管沟垂直开挖。5.2.4输水管道附属构筑物(1)排(进)气阀井。根据工程地形条件,在输水管隆起点上或适当距离上,设置排(进)气阀,以及时排除管道内的空气,以免发生气阻或在放空管道时引入空气。排气阀规格为DN50,压力1.25MPa,安装在排气阀井内,排气阀井采用砖砌。本工程排气井共3个。(2)泄水井。根据工程地形条件,在输水管低凹易排水处或为维护检修管道在适当距离和位置上设置泄水管和泄水阀井。泄水管直径采用为DN50,压力1.25MPa,排泥阀门井和泄水井均采用砖砌。本工程排泥阀井3个。(3)闸门井。考虑到检修和调试需要,根据本工程实际情况设置11个手动闸阀。5.2.5管道基础管道应敷设在承载能力达到管道基础支撑强度要求的原状土地基或经处理后回填密实的地基上,当地基土质较差,其地基承载力特征值55kPa≤fak≤80kPa或槽底处在地下水位之下时,宜敷设厚度不小于200mm的砂砾基础层,也可分2层敷设,下层用粒径为5~40mm的碎石,上层敷设厚度不小于50mm的中粗砂;对软土地基(指淤泥、淤泥质土、充填土或其他高压缩性土层构成的软弱地基)地基承载力特征值fak<55kPa,或因施工原因地基原状土被扰动而影响地基承载力时,必须先对地基进行加固处理,在达到固定地基承载能力后,再敷设中粗砂基础层。基础表面应平整,其密实度应达到85%~90%[6]。
6结论
本引水工程通过实地调查,确定了供水方案。对供水水源进行采用并送检,检测项均满足水源要求,可做饮用水水源使用,但是否二次加氯,需进一步确认。在水源处修建泉室并安放水泵,溢水量较少时可用水泵抽水,高坡修建蓄水池尽量少开挖或不开挖,维护坡体稳定;同时充分验证蓄水池蓄水后稳定性,避免对下方居民房屋造成威胁。加强区内地质生态环境保护,规范人类工程活动,避免人为污染水源、诱发灾害。
作者:李晨阳 刘洋 鲁玉龙 葛正斌 单位:湖南科技大学地质系 湖南省有色地质勘查研究院