李 蓉

（陕西水环境工程勘测设计研究院，陕西 西安 710018）

0 引言

吴起县位于陕西省延安市的西北部，该县地处黄土高原黄河中游无定河和北洛河源头地区、毛乌素沙漠南缘，西北邻定边县，东南接志丹县，东北接靖边县，西南毗邻甘肃华池县。南北长93.4 km，东西宽79.89 km，总面积3791.5 km2。县域中部，即吴起县的核心区域，是全县政治、经济、文化中心，已建成面积2.9 km2，行政管辖区面积24 km2。

1 项目概况

吴起县城区供水管网改扩建工程供水对象为吴定高速北连接线至北过境道路吴起北互通立交连接线工程沿途居民生活用水。供水水源为薛岔水源地和县城应急水源，供水规模为1651 m3/d。配水管线总长7.38 km，其中干管线路总长22 m（北苑水厂至管线1 和管线2 分叉口）；干管1（水厂至吴王公路段）线路总长318 m；干管2（水厂至管理站蓄水池）线路总长6600 m（过沟倒虹6 处，总长600 m，采用双管布置）；支管42处，总长440 m。管线附属构筑物包括：镇墩68 座；阀门井56座，排气井8 座，泄水井8 座，消火栓32 座。

2 用水量计算和工程规模

根据供水范围及供水对象，计算本工程设计水平年受水区供水规模（最高日需水量）为1651 m3/d。预测成果见表1。

表1 设计水平年受水区需水量预测成果表

3 工程水源

吴起县供水范围为吴定高速北连接线至北过境道路吴起北互通立交连接线沿途。吴起县自来水公司建于1974年，拥有两套供水水源系统，即薛岔水源地供水系统和县城应急水源供水系统，供水人口7.4 万人，年供水量285 万t，管网延伸东至和居小区、西至刘河湾、南至崖窑台、北至白石咀，管网总长度102.9 km，形成贯穿县城的树枝状管网。薛岔水源地供水系统共有水源深井21 眼，2 万t 调蓄池一个，设计供水能力为8500 t/d 供水厂一座，dn110 mm～450 mm 输水管网51.5 km。目前向县城供水8000 t/d，能够充分保障县城居民的生产生活用水，使吴起县自来水水质低劣的问题得到根本性解决。县城应急水源供水系统主要为原县城供水的北苑水厂、刘渠子水厂和杨青川口供水站，在薛岔水源地供水工程投入运行后，即做为县城应急后备水源使用，在应急时期可充分保证县城供水。

一水厂（北苑水厂）位于老城区，水厂地面高程1292.0 m，设计水处理规模5000 m3/d。水厂现有水源井3 座，单井出水量为50 m3/h，每日开20 h，现在每日供水量仅为3000 m3/d 左右。水厂水处理工艺为常规地下水处理工艺，井水经提升后加氯消毒，经二级泵房加压后供给老城区。厂区现有面积狭小，建有容积1000 m3清水池一座。

二水厂（刘渠子净水厂）占地5.6 亩，设计水处理规模8000 m3/d。厂内建有1000 m3清水池2 座。水厂地面高程1285.501 m，现有水源井4 座，单井出水量为50 m3/d，最远水源井在水厂以南2.0 km 处，依次向北布设，井距500 m 左右。但是由于受水源井取水能力限制，实际供水能力目前只有4000 m3/d。

玉皇庙水库和大树梁水库主要作为备用水源，玉皇庙水库设计供水规模3000 m3/d，主要用于玉皇庙与大树梁水库沿途村民用水，并补给大树梁水库水量，同时通过大树梁水库至一水厂（北苑水厂）管线（包括本次设计管线）作为转输管线给吴起县城供水。大树梁水库设计供水规模为750 m3/d，主要用于一水厂（北苑水厂）的供水补给。

通过上述水源及水厂的修建，吴起县城的供水水量有了充分的保障。

4 工程方案

4.1 设计水平年

本工程设计水平年为2030年。

4.2 工程总体布置

4.2.1 干管及支管

工程改造主要为2 段，分别为北苑水厂至吴王公路管线和北苑水厂至管理站蓄水池管线，其中北苑水厂出水沿北苑东路往西与吴王公路和现状给水管道衔接，另一路管线从北苑水厂出水沿北苑东路往东，沿预修建的吴定高速北连接线至北过境道路工程吴起北互通立交连接线工程铺设管线，一直到管理站的蓄水池处，与管理站水厂连通。

本工程线路总长7.38 km。主干管总长6.94 km，支管线路总长0.44 km，基本沿道路布设。

表2 管线管径比较表

4.2.2 管材选择

供水管道的材料一般根据输水流量、压力、地形地质条件等情况选用，本项目是地形复杂的高扬程、远距离输水工程，管道占投资的比重较大，管材选用不当会造成事故或增加不必要的资金投入。所以管材的选择对于工程投资及施工难度影响较大，供水管道最大工作压力为1.0 MPa。

聚乙烯PE 管是一种新兴的环保型管材，其壁光滑，水力性能好，又具有良好的抗压抗裂性能，同时重量轻，耐老化，无毒、卫生、易安装，正被广泛的应用在给水、燃气、化工等行业。PE管采用中粗砂管床，球墨铸铁采用混凝土管床，综合对比，DN300 管道两者费用相当，然PE 管施工方便，后期维护容易，使用寿命长等优势，本次设计推荐工程区管道采用PE 管。

4.2.3 水力计算

沿程水头损失常用海曾- 威廉公式计算，其形式为：

式中：h1为沿程水头损失，m；L 为计算管段长度，m；i 为单位管长水头损失，m/m；C 为海曾威廉系数；Q 为管段流量，m3/s；d 为管道内径，m。

本次管道局部损失按照沿程损失的10%计算。

本工程管径确定计算表见表2～表4。

表3 平均经济流速

表4 界限流量表

由于实际管网的复杂性，要在理论上计算管网造价和年管理费用相当复杂且有一定难度，给水管径选择常采用经济管径进行确定。结合表3 及表4 可知，管径在100 mm～400 mm，平均经济流速0.6 m/s～0.9 m/s；管径大于等于400 mm，平均经济流速0.9 m/s～1.4 m/s；根据经济流速，本次工程采用PE 管，结合总水头损失，主干管总水头损失7.89 m，支管总水头损失0.06 m。

根据《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB 50268-2008）规定，管道设计内水压力按最大工作压力P 计算确定，塑料管设计内水压力为1.5 倍最大工作压力。

干管采用PE 管，管径为de315，设计压力为1.0 MPa，管规格为SDR17，壁厚18.7 mm；支管采用dn160PE 管PE100 级，管道设计压力为1.0 MPa，管规格为SDR17，管道壁厚9.5 mm。

4.2.4 管道埋设

1）地形平坦段

①管道埋深确定

根据《村镇供水工程设计规范》规定：管顶覆土应根据冰冻情况、外部荷载、管材强度、与其他管道交叉等因素确定。寒冷地区，管顶应埋设于冻深线以下至少15 cm。本工程管线地区冻土深度为0.95 m，最终确定本次设计管顶覆土不小于1.5 m。

②管沟断面形式

对于全部为土基的管线，采用开挖管沟铺设管道方法施工，管沟两侧临时开挖坡比1∶0.3，管床及管道以上50 cm 内均采用中粗砂，管床厚度15 cm，管道四周包裹至管顶高度，压实度≥95%，其下依次采用30 cm3∶7 灰土垫层，15 cm 素土压实，压实度均≥95%，管道正上方50 cm 段中粗砂压实度≥85%，其余上方50 cm 段中粗砂压实度≥90%。上部按道路路基要求恢复至原地面。

对于全部为岩基的管线，断面形式和土基相似，开挖边坡改为1∶0.2，管床下30 cm3∶7 灰土垫层，15 cm 素土压实去掉。

管道在横穿机动车道段外套钢筋砼管，采用承插式Ⅱ级管，其中供水管径为dn160 的，采用DN200 钢筋砼套管，供水管径为dn315 的，采用DN350 钢筋砼套管。

2）跨河等地形复杂段

①横跨方案选择

常见的跨河建筑物有河底穿越、河面穿越，河底穿越的型式为倒虹管，河面跨越的型式有管桥式、支墩式、拱管式等。根据地形条件、施工难易、运行管理等因素综合考虑，本工程采用开挖管沟埋设管道施工方案。

②跨河段

本供水管线工程共穿河6 次。本次为保障供水安全性，此次跨河段倒虹采用双管布设，管材选用DN300 钢管，壁厚9 mm。

乱石头川汛期洪水流量大，水流对河床冲刷严重，但河床基岩埋深较浅，因此本次设计将管道基础均在基岩面以下。

管线穿越河床部分，管道均能坐落在基岩上，管沟两侧开挖坡比1∶0.2，管底铺设中粗砂垫层及管床，垫层厚度10 cm，管槽开挖底部宽度1.7 m，并联管道间距50 cm，管槽两侧采用砂砾石回填至管顶以上50 cm，压实度不小于0.92，上部采用原土机械压实回填，压实度不小于0.90。管顶以上设50 cm厚的C20 混凝土盖板，倒虹底部水平段盖板宽度2.9 m。

两侧岸坡部分采用40 cm 厚C20 混凝土护坡，护坡宽度2.5 m。管道基础均为下部基岩。基岩部分开挖坡比1∶0.2，基岩部分管道埋设同河床部分。

4.2.5 消火栓

本次采用生活、消防共用的给水系统，即室外市政消火栓直接从给水管网中接管取水，消火栓应布置在人行道上，按间距不大于120 m 布置，并尽量靠近道路交叉口。采用室外地下式消火栓（SS100/65-1.6 型），详见室外消火栓及消防水鹤标准图集13S201。本次共设32 处消火栓。

5 结语

因吴定高速北连接线至北过境道路工程吴起北互通立交连接线工程的施工要求，需将施工路段的自来水管线在路基建成之前改迁至道路红线以外，目前此连接道路工程施工图已经完成，且招标完毕，准备施工，故吴起县城此段应急管网工程非常紧迫。工程建成后将会提高该段的供水能力，增强当地饮水安全，减少风险和损失，改善饮水条件，对经济发展将起到积极的促进作用。因此，该项工程是可行的。