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摘要：本文介紹了豐城市城市供水管道工程的設計方案，闡述了豐城市以黃金水庫為應急備用水源，在黃金水庫設置取水口１座，沿線敷設４０ｋｍ輸水管道至豐城市第二自來水廠。通過分析計算確定日最高需水量、工程規模，以及對輸水方式、輸水管徑、管材等進行論證分析，并詳細介紹了取水口的設計，為工程的實施提供依據，從而為城市供水提供安全保障。
關鍵詞：供水工程；黃金水庫；管道工程；取水口；設計方案
豐城市城區現有第一、第二兩座水廠，水廠水源為贛江，取水口位于城市中心區。由于取水口上游分布有豐城電廠、食品工業園區、樟樹鹽化工基地、新干化工廠、峽江造紙廠等工業污染源，水質較難得到保障。贛江水源突發性水污染威脅始終是豐城人民飲水的心腹大患，若贛江豐城段發生重大水污染事故，將造成沿線的自來水全線告急。目前，豐城市域各水廠均無備用水源，如發生大面積斷水，將產生嚴重的社會問題。為了化解用水危機，玉華山水庫建設工程目前正在積極推進之中。玉華山水庫建成后，將作為豐城市的主要供水水源。但是，由于玉華山水庫工程規模大、建設工期長，短期內難以實現向下游供水，而解決城區供水問題又刻不容緩。因此，必須先行建設應急供水工程?，F狀的黃金水庫水量充足，在滿足灌溉的前提下可外供部分水量。水庫水質優良，監測表明，庫區水質常年處于地表Ⅲ類水標準及以上，這一優質的水庫水可作為近遠期的備用水源使用。在贛江水源發生事故時，臨時引調黃金水庫水至豐城城區，即可滿足城市的應急供水要求［１－４］。
１工程概況
本工程主要建設一段長４０．０ｋｍ的引水干管和一座規模８．０萬ｍ３／ｄ的取水口。其中，引水干管起點為黃金水庫取水口，終點為豐城市第二自來水廠。引水干管總長４０．０ｋｍ，采用重力自流輸水，分為以下四段：（１）黃金水庫取水口～玉華山水庫岔點段：采用ＰＣＣＰ管，管徑ＤＮ１２００，管長５．８ｋｍ。（２）玉華山水庫取水口～擬建水廠段：采用ＰＣＣＰ管，管徑ＤＮ１８００，管長２８．８ｋｍ。本段管線在玉華山水庫取水口下預留ＤＮ５００生態流量管一處，在荷湖鄉、麗村鎮、榮塘鎮三處預留ＤＮ３００支管，并為擬建水廠預留ＤＮ１２００的支管一處。（３）擬建水廠～涂家村段：采用ＰＣＣＰ管，管徑ＤＮ１４００，管長２．７ｋｍ。（４）涂家村～豐城第二自來水廠段：采用ＰＣＣＰ管，管徑ＤＮ１２００，管長２．７ｋｍ。管道基本敷設于農田和城市道路下，管頂覆土１．５ｍ，局部地勢高點處管頂覆土６．０～７．０ｍ。在管道的高點和在平緩地帶每隔１０００ｍ左右設置排氣閥門，在管道的低點設置放空設施，管道上每隔一定距離設置控制閥門。為了防止管道受水錘破壞，引水管線布置時應盡量避免出現駝峰或坡度劇變。管線施工主要采用開槽埋管，沿線跨越河道、公路、鐵路等障礙物時采用頂管或倒虹。本工程現狀水平年為２０１６年，設計水平年為２０３０年，城鎮綜合用水保證率９５％。本工程的供水范圍為豐城市城區的劍光街道、河洲街道、劍南街道、孫渡街道，以及管道沿線的荷湖鄉、麗村鎮、榮塘鎮。
２需水量預測與工程規模
２．１需水量預測
根據《室外給水設計規范》（ＧＢ５００１３—２０１８），設計供水量包括綜合生活用水（包括居民生活用水和公共建筑用水）、工業企業用水、澆灑道路和綠地用水、管網漏損水量以及未預見用水。本項目供水范圍為豐城市城區的劍光街道、河洲街道、劍南街道、孫渡街道以及管道沿線的荷湖鄉、麗村鎮、榮塘鎮，主要承擔城鎮綜合生活用水（包括居民生活用水和公共建筑用水）應急供水任務，因此，本項目暫不考慮承擔工業用水的應急備用，若按不考慮工業需水量計算，供水范圍內２０３０年日最高需水量為２５．１萬ｍ３。表１為供水范圍設計水平年最高日需水量預測。
２．２工程規模
工程服務范圍內的用水戶在設計水平年２０３０年的需水量為２５．１萬ｍ３／ｄ，由三個城區水廠和三個鄉鎮水廠供水。其中，現狀豐城第一水廠設計規模５．０萬ｍ３／ｄ，第二水廠設計規模６．０萬ｍ３／ｄ，擬建水廠設計規模１１．８萬ｍ３／ｄ，荷湖鄉水廠規模０．５萬ｍ３／ｄ，麗村鎮水廠０．５萬ｍ３／ｄ，榮塘鎮水廠１．３萬ｍ３／ｄ?？紤]管道在輸水過程中５％的漏·０８·損，則水源需向以上六個水廠提供原水共２６．４萬ｍ３／ｄ。原水優先使用水庫水，不足部分采用贛江水。在玉華山水庫建成前，城市的水源為贛江，正常供水時由贛江向城區水廠提供原水，在贛江水源發生自然災害、水質污染等突發事件不能取水的情況時，由黃金水庫提供應急原水，主要保證中心城區綜合用水量的供應，包括城鎮居民生活用水和城鎮公共設施用水量。由于供水范圍內城區綜合日最高需水量約為１０．０萬ｍ３／ｄ，應急供水量按城鎮綜合日最高需水量８０％計算，因此，該工況下黃金水庫的應急供水量為８．０萬ｍ３／ｄ。在玉華山水庫建成后，工程服務區內的原水在正常供水時將由玉華山水庫和贛江共同提供，最高日總計提供原水２６．４萬ｍ３／ｄ。根據城市供水系統應急供水量需求確定，城市應急供水量首先考慮滿足城市居民基本生活用水量要求，并適當考慮醫院、政府部門和學校等公建的基本用水，事故時按照最高日綜合生活用水量的８０％來確定應急供水規模，根據需水量預測，供水范圍設計水平年２０３０年日最高需水量為２５．１萬ｍ３／ｄ，即應急備用水量２０．０萬ｍ３／ｄ，需應急備用水源２１萬ｍ３／ｄ。在應急供水工況下，贛江水源無法提供原水，玉華山水庫應急供水量１６．７萬ｍ３／ｄ，黃金水庫應急供水４．３萬ｍ３／ｄ?？芍袢A山水庫岔點～擬建水廠段的最大輸送流量為２１．０萬ｍ３／ｄ，見表２。黃金水庫取水口規模以黃金水庫最大可供水量確定。
３管道工程設計
３．１輸水管線布置
管線起點為黃金水庫取水口，管道管徑ＤＮ１２００，途徑荷湖鄉、玉華山水庫岔點，在玉華山水庫岔點處，與引自玉華山水庫的一段ＤＮ１８００管道連接，而后從岔點處由南向北敷設，管徑增大為ＤＮ１８００，途徑麗村鎮和榮塘鎮，穿越清豐溪，至主城區西側擬建水廠后，管道管徑為ＤＮ１４００，管線沿東北方向往主城區敷設，跨越Ｇ１０５國道、滬昆線鐵路，最終到達豐城第二自來水廠。其中起點～玉華山水庫岔點段長度５．８ｋｍ，玉華山水庫取水口～岔點段長度１．５ｋｍ，岔點～擬建水廠段長度２７．２ｋｍ，擬建水廠選址～豐城第二自來水廠段長度５．４ｋｍ。管道主要采用ＰＣＣＰ管，局部跨越障礙物采用鋼管。
３．２輸水方式選擇
本工程為長距離輸水工程，按輸水方式的不同，可分為無壓重力輸水、有壓重力輸水、加壓輸水、重力和加壓組合輸水等四種形式。這四種形式都是在輸水工程中較常用的，具體工程采用何種輸水方式，應根據輸水工程特點，如線路長度、輸水流量、可利用水頭及沿線地形、地質條件等因素經綜合分析后確定。本工程管線起點位于黃金水庫左岸山體引水隧洞出口的鋼管，在玉華山水庫岔點處與引自玉華山水庫的引水管道連接，然后，引水管道自南向北敷設，最終，接入豐城第二自來水廠。依據現有資料，黃金水庫死水位５１．２ｍ，玉華山水庫岔點地面高程３６．８ｍ，高差達到１４．４ｍ；擬建玉華山水庫死水位４８．０ｍ，豐城第二自來水廠反應池控制水位２８．５ｍ，水位差達１９．５ｍ，因此，考慮充分利用地形高差，采用有壓重力管道輸水方式。
３．３輸水管道單雙管選擇
根據《城鎮供水長距離輸水管（渠）道工程技術規程（附條文說明）》（ＣＥＣＳ１９３—２００５）第３．１．２條及規范ＧＢ５００１３—２０１８第７．１．３條規定，輸水管（渠）道不宜少于２條，當多水源供水或者有調節水池或其他安全措施時，也可修建一條。綜合考慮，玉華山水庫建成后，豐城市有多水源供水，在引水管道發生事故時，城區水廠可利用贛江作為應急水源。因此，為節省工程投資，本工程輸水管道推薦采用單管輸送。
３．４輸水管道管徑選擇
根據管道節點和規模，暫將供水干管分為三段，分別為玉華山水庫取水口～擬建水廠段管道、擬建水廠～豐城市第二自來水廠段和黃金水庫取水口～玉華山水庫岔點段。（１）玉華山水庫取水口～擬建水廠段管道管徑選擇ＤＮ１８００。（２）擬建水廠～豐城市第二自來水廠段管道分為兩段：涂家村～第二水廠段管道考慮采用ＤＮ１２００管徑，本段長約２７００ｍ；擬建水廠～涂家村段管道采用ＤＮ１４００管徑，長約２７００ｍ。（３）黃金水庫取水口～玉華山水庫岔點段管道管徑取ＤＮ１２００。３．５管材選擇在本次工程設計中，對工程規模、重要性、管徑及壓力的要求、工程地質、外荷載狀況等方面進行綜合分析，并結合當地管材的使用習慣，確定管材如下：（１）開挖直埋管段：本工程管道路線長，管道系統安全性要求較高，使用年限較長，在導流洞出口連接段、線路崎嶇地段、居住區段及特殊管件連接處建議采用鋼管，其余開挖段采用ＰＣＣＰ管，壓力等級１．０ＭＰａ。（２）頂管施工管段：頂管段采用鋼管。（３）倒虹段：倒虹段采用鋼管方包。
４取水口設計
４．１取水口布置
本方案取水口布置在黃金水庫大壩上游西側約１５０ｍ山坡開闊處，后接有壓輸水隧洞，隧洞長約３５３ｍ，出口處位于水庫大壩下游西側庫尾，大壩帷幕線堵頭后接輸水管線。結合黃金水庫的水質條件和取水要求，取庫表１．５ｍ以下淺層水，不取表層水。取水口采用塔式分層取水，塔頂高程７７．７２７ｍ，在不同高程處布置４個取水口，高程分別為ＥＬ．５２．０ｍ、ＥＬ．５６．００ｍ、ＥＬ．６０．００ｍ、ＥＬ．６４．００ｍ。采用有壓取水口自流取水，孔口尺寸一致，尺寸為１．７ｍ×３．０ｍ（寬×高），每個孔口布置一道平板鋼閘門，取水口前面設一道攔污柵，塔后接輸水隧洞，塔體結構及塔頂交通橋結合邊坡開挖馬道布置。４個閘門及攔污柵共用一套門機啟閉。
４．２輸水隧洞
設計輸水隧洞總長３５３ｍ，大壩帷幕堵頭前隧洞為全線有壓隧洞，總長１５９ｍ，堵頭后隧洞不過水采用噴錨支護，洞內布置輸水明鋼管，隧洞總長１９４ｍ。隧洞在大壩帷幕線處設置混凝土堵頭封堵，堵頭內埋設管徑１．２ｍ壓力鋼管，并與堵頭下游輸水管線銜接。混凝土堵頭段設止水環和止推環，進行帷幕灌漿。堵頭后接輸水鋼管，管上設事故檢修閥門。堵頭至隧洞出口段鋼管采用鎮墩、支墩支撐。４．２．１洞型、洞徑選擇。本工程區構造較簡單，斷層規模較小，隧洞圍巖以Ⅱ、Ⅲ類圍巖為主，少部分為Ⅳ類、Ⅴ類。有壓引水隧洞地質條件較好，城門洞形斷面施工條件較好，有利于快速爆破施工，因此，隧洞全線推薦采用城門洞形。經過估算，引水隧洞經濟洞徑僅為０．７７ｍ。該斷面尺寸過小，幾乎無法施工，因此隧洞斷面尺寸不受水力學條件控制，而受施工條件控制。根據隧洞施工、洞內鋼管焊接要求，推薦隧洞開挖尺寸２．５ｍ×３．０ｍ（寬×高），堵頭前隧洞混凝土襯砌厚４０ｃｍ，襯后尺寸１．７ｍ×２．２ｍ（寬×高），如圖１所示。４．２．２開挖支護設計。（１）Ⅱ類圍巖洞段。頂拱部分系統噴５０ｍｍ厚混凝土，設φ２０，Ｌ＝１．５０ｍ的隨機錨桿。（２）Ⅲ類圍巖洞段。頂拱及邊墻系統噴１００ｍｍ厚混凝土，系統掛網鋼筋φ６．５＠１５０×１５０，設φ２０，Ｌ＝１．５０ｍ，間、排距均為１．５ｍ的系統錨桿。（３）Ⅳ類圍巖洞段。頂拱及邊墻采用１００ｍｍ厚噴混凝土，系統掛網鋼筋φ６．５＠１５０×１５０，設φ２０，Ｌ＝０．７５ｍ，間、排距均為１．２ｍ的系統錨桿。（４）Ⅴ類圍巖洞段（出口洞段）。頂拱設φ２５，Ｌ＝３．００ｍ超前錨桿或Ｌ＝３．００ｍ超前小導管，環間距０．５ｍ，排距為３．０ｍ，頂拱及邊墻采用１５０ｍｍ厚噴混凝土，系統掛網鋼筋φ６．５＠１５０×１５０，設φ２０，Ｌ＝２．５０ｍ，間、排距均為１．０ｍ的系統錨桿。４．２．３襯砌設計。本工程帷幕堵頭前均采用鋼筋混凝土作永久襯砌，城門洞有壓引水隧洞的開挖輪廓２．５ｍ×３．０ｍ（寬×高），襯砌采用Ｃ２５鋼筋混凝土，縱向受力鋼筋采用ＨＲＢ３３５級鋼筋。經配筋結構計算，Ⅳ、Ⅴ類圍巖洞段配單層筋Φ２５＠２０ｃｍ。
５結語
豐城市城市供水管道工程主要解決豐城市應急備用水源的問題，豐城市城區現狀主要以贛江為水源，本工程實施后，玉華山水庫未建成之前，在贛江水源地突發污染事件的情況下，可臨時啟用黃金水庫水源，為豐城市用水需求提供保障。本文從需水量計算、輸水管道設計以及取水口設計等幾方面簡要介紹了城市供水管道工程的設計思路，設計方案合理，具有一定借鑒價值。
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作者:聶小軍 單位:豐城市豐東水資源開發利用中心