杜蓓

徐州市张集镇农村饮水安全工程设计思路分析

杜蓓

一、引言

水是人类社会生存和发展的必要条件，是其他任何物质都无法替代的资源，没有水的安全，就没有人的健康、社会的稳定和经济的可持续发展。国家发改委、水利部、卫生部联合制定《2000-2006年农村饮水安全应急工程规划》，计划投入18亿元资金用于改善农村人口饮水不安全问题，旨在使2100万农村人口饮上健康水。但是由于农村供水工程普遍存在工程规模小、技术力量薄弱、运行管理人员缺乏等诸多问题，我国农村饮水安全工作任务艰巨，任重而道远。

饮用水安全含义包括：水质安全、水量安全、供水保证率安全和用水方便程度安全。我国水利部、卫生部2004年11月24日颁布的农村饮用水安全卫生评价指标体系中，把农村饮用水安全卫生分为安全和基本安全两个档次，具体为水质、水量、方便程度和保证率4项指标。其中水质指标以符合国家《生活饮用水卫生标准》（安全）和《农村实施）生活饮用水卫生标准）准则》（基本安全）为准；水量以每人每天可获得的水量不低于20～40L（基本安全）和40～60L（安全）；用水方便程度以人力取水往返时间为限，10min以内（安全）和20min以内（基本安全）；供水保证率以不低于95%（安全）和不低于90%（基本安全）为限。上述的四项指标为饮水安全评价标准，只要其中有一项低于安全或基本安全最低值，即为饮用水不安全。本文主要针对张集镇农村饮水现状，对该地区饮水安全工程设计要点进行了分析。

二、张集镇农村饮水现状

徐州市张集镇群众一般采用手压井饮用浅层地下水，井深一般在20～30m之间。从地面起至地面下20～30m，其特征是含水层由近代黄泛物组成，多为粉质土或粉质亚砂土，地下水同地表水、大气降水关系密切，直接从降雨中得到补给，富水性不大，一般单井出水量20～50m3/d，仅能作小规模居民人畜供水，但由于其靠近地表，易受污染，水质较差，不宜直接饮用。目前，群众基本都是采用“手压井”的方式直接取该层地下水饮用，危害很大。而且该层水氟的含量变化较大，受黄泛沉积相控制，即在古黄河河道区氟含量低，而在漫滩区或河间地块氟含量高；在地貌上比较低洼的沉积盆地区氟的含量也高。规划地区该层地下水氟的含量最高为7mg/L，其他地区相对较低。

根据《徐州市铜山区2010-2013年农村饮水安全工程规划人口调查评估报告》，铜山区拟纳入2010～2013年规划的饮水不安全人口有28.95万人，且全部为采用手压井及机井开采浅层地下水，其中张集镇包括5个行政村，13个自然村，区域内共有猪680头，羊522头，大牲畜214头，核定饮水不安全人口13749人，设计人口14603人。其中2360人为水量不足、保证率低、取水不便的人口，11389人为氟超标人口。

三、需水量进行预测和水资源的供需平衡

1.水量预测

根据《铜山区“十二五”农村饮水安全工程规划》，通过对张集镇地区的实地考察，根据规模、人口增长、产业布局与结构和村民生活习惯与用水状况，结合本地经济发展状况和当地自然地理条件，计算张集镇农村饮水安全工程需水量。由《村镇供水工程技术规范》（SL310-2004）可知，需水量包括居民生活用水量、公共建筑用水量、饲养畜禽用水量、企业用水量、消防用水量、浇洒道路和绿地用水量、管网漏失水量和未预见用水量等。

根据《村镇供水工程技术规范》不同地区的具体水量标准，可知工程所在地为三区，考虑水龙头入户有洗涤池，其他卫生设施较少情况，最高日居民生活用水定额取40L/（人·d）。牲畜最高日用水定额为：猪30升/头，羊8升/只，大牲畜50升/头。根据铜山近几年统计年鉴，确定人口自然增长率为4‰。供水工程使用年限为15年，张集镇张集水厂日最大用水量经计算为824.77m3，根据《村镇供水工程技术规范》（SL310-2004），取日变化系数为1.3，则项目区日平均需水量为634.44m3，年需水量23.16万m3。

2.供需平衡

根据《江苏省铜山县地下水资源调查评估报告》、《江苏省徐州市地下水资源开发利用规划报告》，铜山区的地下水开采资源量（允许开采量或称可开采量）为：全新统—中更新统孔隙潜水—弱承压水多年平均允许开采量10049.24万m3；下更新统和上第三系深层承压水多年平均允许开采量945.47万m3；裂隙岩溶水多年平均允许开采量11746.73万m3。张集镇境内具备生活饮用开采价值的地下水主要为裂隙岩溶水，该地区地下水的可开采资源2890万m3/a，现状开采资源量500万m3/a，设计水平年可供水量2390万m3/a。张集镇项目区裂隙岩溶水可供水资源量可以满足农村饮水安全工程需水量的要求。

表1 设计供水规模及相关流量计算表

表2 地下水规划新增供水量与饮水安全需水量平衡表（万m3）

图1 供水工艺流程图

四、水厂设计要点

1.总体布置

供水系统由水源井群、深井泵、变频器系统、输水管道、供水泵房和配水管网组成。供水水源主要为地下水（即裂隙岩溶水）。水厂水源位于张集镇李村和杨楼村。水厂的水源井设计由4眼深150m左右的井组成，水源井附近设警示牌，防止破坏。

根据对该地区地下水质观察和水样检测，符合国家《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）。不需作特殊的水处理，只增设一个消毒设备。

2.水源井的选择与机井结构

在深入细致的勘查与论证的基础上，根据供水需求、地形地貌的特征、供水人口分布等条件，因地制宜、合理来确定水源井的位置。如果当地没有合适的水源，可在更大区域范围内结合联片集中供水的方式，以及利用现有管网进行管网延伸供水；山丘区充分利用地形条件和落差，自压供水。

水源井设计井深在地下150m，水源井设计流量为20m3/h，动水位埋深为40m。井孔直径为650mm，根据出水量确定井管直径为325mm，施工到基岩后变径，如岩石完整可以Φ273～Φ219mm裸孔成井，否则应加井管及滤水管。上部闭水管采用管径325mm钢管护壁。

3.管网布置

管网应合理分布于整个用水区，线路尽量短，并符合村镇有关建设规划；管道宜沿现有道路或规划道路路边布置；干管布置应以较短的距离引向用水大户；在管道凸起点，应设自动进（排）气阀；树状管网的末稍，应设泄水阀；干管上应分段或分区设检修阀，各级支管上均应在适宜位置设检修阀。

管网按照形式可分为树状网和环状网两种，农村饮水工程一般采用树状网。对于树状网，在管网布置时，任一节点i的上游侧可能布置ai条管段，如有n个节点就可能有a1×a2×...×an种布置。计算工作量大，不易找出最优解。把这类问题归结为ai个水平、n个因素影响下的最优化问题，即可用正交表求解。一般，假定节点上游侧的管段连接方向有纵向和横向两个水平，根据管段方向数和节点数，可查两水平的正交表，得出计算次数和每种布置方式的管段连接方向。按每种方式进行管网的经济设计，并求其总费用，然后选取纵向和横向总费用最小值，作为确定连接方向的依据，得出各节点连接管的方向，从而确定出管网的最优布置方式。

采用正交表法，当管段数较少时，比较容易分析，当管段数比较多时，也可采用同样的方法进行分析，但计算比较复杂。而且正交表法是以方差分析为基础的，包含几个因素相互作用时的效果，所以有时求出的并不一定是最优解，有时甚至是较差的解。

五、结论

工程实施后，将结束该地区长期饮用水不安全的历史，改善当地居民的生活和生产条件，改善当地的开发投资环境，有利于项目区及周边地区二、三产业的发展，为地区农村产业结构调整创造良好条件。

与此同时，当地要加强水源保护，在水源井的影响半径范围内，不开凿其他生产用水井，不使用工业废水或生活污水灌溉和施用持久性或剧毒的农药，不修建渗水厕所和污废水渗水坑、堆放废渣和垃圾或铺设污水渠道，不从事破坏深层土层的活动，定期进行水质检测，保证群众饮水安全

（作者单位：徐州市水利建筑设计研究院 221018）