农村供水系统浅谈

北京市农村集中供水系统浅谈 摘要：从分析农村供水的特点着手，重点对农村供水中水源工程、供水方案、净水工 艺、管网布设以及调节构筑物等进行了研究。根据北京市农村集中供水厂的工程实例，分 析农村供水中存在的制约性因素，进行方案比选，确定经济合理的工程方案。 关键词：农村供水工程 供水方案 净水工艺 管网布设 调节构筑物 农村供水是农村社会经济发展的重要 基础设施，是改善农民生活、提高农民收 入、稳定农村经济不可替代的物质基础， 同时也是新农村建设、缩小城乡差距的必 然要求，但是由于经济、技术以及自然条 件等各方面的影响，我国农村供水形势还 异常严峻。据统计，目前我国尚有 3 亿多 农村居民未能获得安全饮用水，特别是在 西北干旱缺水地区相当一部分农村居民仍 然喝的是雨水或经简单沉淀的地表水。北 京市京郊农村内部分地区仍采用自备井取 水使用。 为改变农村供水的这种落后现状，加 快农村经济发展，提高农村居民生活水平， 目前国家正在广大农村地区推进乡村居民 饮水工程计划，以国家出资和农民集资相 结合的方式修筑供水工程，建设集中供水 厂、蓄水池等。农村供水有其自身的特点， 并且农村经济基础较为薄弱，与城市供水 相比具有显著差异，本文根据笔者参加的 北京市农村集中供水项目，分析农村供水 中存在的制约性因素，进行方案比选，确 定经济合理的工程方案做一探讨。 1 农村供水的特点 由于其独特的社会、经济以及自然条 件，农村供水具有有别于一般城市供水的 不同特点。 第一，农村供水规模通常相对较小， 日供水能力多在几百到几千方之间，工程 投资小，建设周期短。 第二，农村居民人群居住分散，供水 管线较长、供水区域相对较大，同时由于 供水规模较小，管网管径也一般较小。 第三，农村地区一般地形复杂，地势 多起伏（平原地区除外） ，供水多可采用自 流方式，在地势落差较大的地方可考虑采 用减压措施，而部分压力不足的地方可考 虑采用局部加压装置。 2 农村供水工程供水方案 2.1 水质要求 为使农村饮水安全得到保障，农村供 水的水质必须按要求基本符合国家生活 饮用水卫生标准 （GB5749）的规定。水质 标准包括微生物指标、毒理指标、感官性 状和一般化学指标及放射性指标四大类指 标。 水的细菌指标包括总大肠菌群、耐热 大肠菌群、大肠埃希式菌和菌群总数，通 过消毒措施，使水质达到流行病学上安全， 为群众供应卫生的水，是建设农村饮水工 程的主要目标之一。 水的毒理学指标包括砷、镉、铬（六 价） 、铅、汞、硒、氰化物、氟化物、硝酸 盐、三氯甲烷、四氯化碳等有害物质，超 过卫生标准时将对人体产生危害。 水的感官性状包括色、浑浊度、臭和 味、肉眼可见物等各项指标。要求水质从 感观性状上对人体无不良影响。水的化学 性状包括 PH 值、铝、铁、锰、铜、锌、氯 化物、硫酸盐、溶解性总固体、总硬度、 耗氧量、挥发酚、阴离子合成剂等各项指 标。超过一定限量时，将会使水发红发黑， 产生异味、异臭，水烧开时产生沉淀，为 生活用水所不宜。在农村最常遇到的是地 下水含铁、含锰和硬度过高，这时需采取 除铁、除锰措施。 放射性指标包括总 放射性、总 放射性。现行生活饮用水标准规定所含放 射性物质不得危害人体健康。 2.2 净水工艺 农村供水水源水质相差较大。以地下 水作为供水水源的净水工艺较为简单，除 铁、锰、氟等超标需经特殊处理以外，一 般仅需简单消毒即可；而在以江河湖泊等 地表水作为供水水源时，由于水体所含杂 质较多（特别是浊度不满足要求） ，一般需 经净化处理。依据农村给水设计规范 （CEC82:96）和 村镇供水工程技术规范 （SL310-2004） ，在满足设计目标的条件下， 遵循经济合理、简单可靠的原则，进行合 理的工艺比选。 北京地区地表水源缺乏，部分农村可 由密云水库、官厅水库等作为水源建设的 供水厂使用其处理后的自来水，但大部分 农村均采用地下水做为集中供水厂的水源。 a.地表水取水常规处理工艺 b. 地下水取水常规处理工艺 图 1 净水工艺示意图 由于水源的选择对供水工艺的影响较 大，考虑农村供水的特殊性，目前部分农 村采用自备井采集地下水，加以简单消毒 进行使用。这种做法不利用地下水资源的 保护和利用，且农民用水安全性、可靠性 得不到保证。因此在农村集中地区修建集 中供水厂，统一采集、处理、调配水资源， 保障了农村用水，降低了水处理成本，是 农村供水中经济可行的方案。 2.3 管网布设 山区（或丘陵）农村因水源比较复杂， 用户较为分散，输水管线相对较长，沿线 地形、地质条件比较复杂。输水管线对工 程投资，供水安全性影响较大，因此在选 线和布置时，应遵循如下原则： (1)做到线路短捷，土石方量小，符合 农村规划，工程造价低； (2)管线走向应避开不良地质，施工维 护方便，最好沿现有道路或规划道路布置； (3)充分利用地形高差，尽可能考虑重 力供水（部分压力不足的地方可采用局部 加压措施，而在地势落差较大的地方应考 虑采用减压措施） ； (4)在输水管线的最高点，应装设排气 阀。输水低洼处应设置泄水阀。 配水管网分布在整个用水区域内，将 输水管送来的水分配给各用水户。其路径 选择和布置应遵循的原则： (1)满足输水管路径选择和布置外，还 应满足配水管网与工程管线及建(构)筑物 的有关规定； (2)供水管网严禁与非生活饮用水管网 系统连接。 (3)露天管道应有调节管道伸缩设施。 (4)进入住户的供水管道上应安装设检 修阀、水表和活动接头。 农村给水管网对对管材的要求同市政 管网基本一致，同时应考虑到农村的特殊 性。一般供水管材应具有足够的强度，能 承受内水压力和外部载荷，应有较高的水 密性，水管内壁应光滑以减少水头损失， 制管材料应无毒，价格要低，使用年限要 长，并具有较高防止水和土壤侵蚀的能力。 常用的几种供水管材，其性能分列如下： 钢管 钢管有焊接钢管和无缝钢管 两种。其优点是强度高，耐振动，重量轻， 长度大，易切割焊接。缺点是价格高，易 腐蚀，一般不埋地。钢管配件有直通、三 通、四通、弯管、阀门等，也可直接用标 准铸铁配件，也可焊接或法兰连接，小口 径也可用丝扣连接等。 铸铁管 铸铁管具有强度较高，价 格较钢管低，有较强的耐腐蚀性。缺点是 质地较脆，不耐振动，重量大。铸铁管采 用承插连接和法兰连接。铸铁管有各种标 准铸铁配件，可在水管转弯、改变口径、 分叉等处连接使用。 混凝土管（水泥管） 其防腐能力 强，耐久性能好，价格低。但质地脆，重 量大，强度低，不可切割。分为自应力和 预应力两种。自应力具有低廉的价格，良 好的耐久性能，其工作压力有 0.4MPa 和 0.6MPa 两种。预应力具有耐高压、抗渗性 能好。最大口径可达 9m，承压 4.0MPa，但 制作较为复杂。混凝土管无标准配件，需 混凝池 沉淀池 滤池 清水池原水 原水 清水池 二级泵房消毒 配用特制铸铁配件。常采用橡胶圈承插接 口。 塑料管 具有表面光滑，水头损失 小，不易结垢，不腐蚀，重量轻，加工接 口方便等优点。但其强度低，易老化。塑 料管有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯管等。 塑料管件配有直通、三通、四通、弯管、 阀门等等多种。接口用焊接、胶合剂粘接、 熔接或丝扣连接等。 考虑农村供水管网中，小管径管道占 大部分比例，塑料管在农村安全饮水中广 为使用，一般采用 UPVC 或 PE 等管材。 2.4 调节构筑物 农村供水中，由于用户分散，集中供 水厂供水范围广，且农村用水时间性较强， 供水集中时段一般为 7：009：00、11：0013：00、18：00 21：00，其余时段用水量较小，夜间用 水量几乎为零。考虑上述情况，农村集中 供水工程一般均设置调节构筑物。农村树 状自流供水管网的调节构筑物常有清水池、 高位水池。清水池一般设在厂内低位，高 位水池一般设在厂外高位。调节构筑物应 位于工程地质条件良好、环境卫生和便于 管理的地段。 调节构筑物的容积计算，应保证其正 常功能要求，适中就行。 （1） 、清水池容积计算： 一般按下式计算： W=W1+W2+W3+W4 式中：W清水池有效容积， 3； W1调节容积（根据水量变化曲线求 得，当缺乏资料时，可按最高日用水量的 20%30%计） ， 3； W2水厂自用水按最高日用水量的调 节容积 5%10%计， 3； W3消防水贮量， 3； W4安全储备水量，按最高日用水量 的 5%考虑， 3/h； （2）高水位池容积计算 一般按下式计算： W=W1+W2 式中：W清水池有效容积， 3； W1调节容积（根据水量变化曲线求 得，当缺乏资料时，可按最高日用水量的 10%15%计） ， 3； W2滤池冲洗水量（按最高日用水量 的调节容积 5%10%计） ， 3； 清水池应分成两个建造或分成独立的 两格，以便清洗或检修时不间断供水。 清水池、高位水池一般采用砖石、钢 筋混凝土和预应力钢筋混凝土建造。一般 做成圆形或矩形，可采用梁板结构，也可 以采用无梁板结构。清水池应设进水管、 出水管、溢流管、排水管、检修孔、通气 孔和水位指示器等附件。不同容积的清水 池（高位水池）尺寸设计时可查阅或参考 有关标准图集。 3 工程实例 北京市房山区某镇建设集中供水厂， 主要满足供水区内 8 个自然村以及金巢公 司、火车站等企事业单位的供水需求。供 水人口约 35000 人，按照水资源论证报告 及规划人口计算，水厂设计规模为 8000m3/d。 供水区域内东部平原区地基岩性为粘 性土，地质条件较好；山前地带地形坡度 较大，高差显著，局部土质不均，地基岩 性为含碎卵石，地质条件较差；山区西部 为碳酸盐类，北部为碎屑沉积岩类，均有 泥石流分布，水土流失程度从弱到强。供 水区 8 村地势变化多样，地面高差达 160m。 供水区域内一条现状河道，已干涸多 年，目前主要功能为防洪河道，无法做为 取水水源。本次集中供水工程取娄子水水 源地的地下水，并在娄子水村东的榆岭山 下建一座水厂，水厂占地 10 亩。 根据水厂规模，在水源地处设水源深 井 6 座，水源井单井出水量为 80m3/h，五 用一备，保证水源供应的安全性。 根据水源工作井取得的水样，进行水 质化验分析，本工程中水质监测项目均符 合地下水质量类标准，可以直接用于农 业灌溉和部分工业用水水源，经适当处理 后可以作为生活饮用水水源。 集中供水厂根据水源深井的出水水质， 采用二氧化氯消毒器作为主要处理工艺， 消毒后贮存在清水池内，利用二级泵房将 处理后的水进行加压输送至用户管网和中 间水池。 由于本工程供水区内地形高差相差约 160m，且用户分散，输配水管线管线在整 个工程投资中占约 70的比例。因此输配 水方式的选用不仅关系到供水网路的安全 性，同时选用合适的输配水方案，将对工 程总投资进行优化，节省工程造价。 方案一： 从集中供水厂（厂区地形标高为 110m）设置输水管线，在镇区地形较高的 山头（标高为 110m）设计高位水池，以高 位水池供应镇区三村，再由高位水池铺设 输水管线至中间水池（标高为 160m） ，在此 设置各配水管线至其余五村供水。其中有 车厂村控制标高为 220m，在车厂村内设置 高位水池，供应该村用水。 方案二： 从集中供水厂（厂区地形标高为 110m）设置输水管线，直接供应镇区三村 的居民用水，同时向其余五村铺设输水管 道，在输水管道标高为 110m 出设置中间水 池一，此水池除调蓄作用外，可以在夜间 等闲时直接供应镇区三村。 由中间水池 一铺设输水管线至中间水池二（标高为 160m） ，其间的输水管道同时作为沿线村庄 内的配水管线。其中有车厂村控制标高为 220m，采用变频方式控制。 两个供水方案相比较，方案一采用传 统的高位水池作为调节构筑物，输水管线、 配水管线区分清晰，系统功能明确，便于 管理。但高位水池数量较多（3 处） ，且设 置在地形高处，不便于管理和维护；输配 水管线系统的区分造成管线工程量增大。 方案二采用中间水池替代高位水池， 功能能够满足，且该调节构筑物位于村镇 内，对地形标高条件要求较低，便于维护 和管理；本系统采用输配水管线兼用的方 式，缩减了输水管道，节省的工程投资。 综上比较，本工程采用方案二为输配水方 案。 在本工程的设计实施中，需穿越铁路、 河流，输水管线的选择遵循上述原则，采 用 UPVC 管道和球墨铸铁管道进行比选，最 终选用 UPVC 管道作为输配水管道，在穿越 铁路顶管及穿越河流等特殊地段，采用钢 管。 采用 UPVC 管道后，工程推荐方案与比 选方案相比较，节省投资约 20%，并且水厂 运行管理方便，净水成本低，抗冲击能力 强，净水水质、水压以及水量均能满足居 民安全用水要求。 4 结语 根据农村供水的特点，一般可从水源 工程、供水方案、净水工艺以及管网布设 等方面对供水工程进行优化设计，力求采 用经济合理的供水模式。实践表明，在北 京农村地区，采用集中供水的农村供水工 程不仅抗冲击能力强、可以