农村饮水安全城乡一体化规划设计研究

摘要：通过对吴桥县农村饮水安全供水城乡一体化，将农村水厂统一由城区地表水厂供水，实行专业化管理，从根本上彻底解决水质不稳定、制水成本高、配套设施不完整、供水能力不足等问题，该规划实施后，将建成以地表水为主、地下水为补充的集中供水网络，形成较为完善的城乡供水管理体系，实现安全供水城乡一体化。

关键词：农村饮水安全；水源置换；城乡一体化；管理吴桥县

自2005年至2015年实施农村饮水安全工程以来，共建设农村联村集中供水工程（以下简称农村水厂）25处，1000m3/d以上（千吨万人）农村水厂14处，供水规模1.825万m3/d；200～1000m3/d农村水厂11处，供水规模0.60万m3/d；总投资9379万元。其中中央投资5356万元，地方投资4023万元，解决了23.55万人的饮水安全问题，并安装一户一表，按表收费标准。

1供水工程

1.1城区与农村供水区别

1.1.1城区供水工程现状吴桥县现有地下水厂设计供水能力1.0万m3/d，供水点3处，深井8眼，深400～600m，现日供水量7500m3/d。城区供水管网直接延伸到桑园镇及宋门乡、曹洼乡、安陵镇的部分行政村，入户水为合格的饮用水。城区地表水厂在建规模近期为3.0万m3/d，包括城区、桑园镇，还有宋门乡、曹洼乡、安陵镇的部分行政村。远期为6.0万m3/d。1.1.2农村供水现状吴桥县现有农村水厂25处。供水主管道均通至各村村口，与村内管网相连，管道水直接入户。但入户水为地下水，含氟量高，只能作为洗衣、洗菜等日常生活用水，不能直接做为饮用水。目前村民日常饮用水为经过降氟处理后水质合格的桶装水。

1.2水污染现状

吴桥县境内主要河流为宣惠河和南运河。宣惠河为水功能区，现状水质为水质劣Ⅴ类水体，目标为Ⅳ类。地表水不符合工业用水和生活饮用水标准，不能作为饮用水水源。地下水主要分为浅层地下水和深层地下水。浅层地下水埋藏相对较浅（50m左右），与当地大气降水或地表水体有直接补排关系的潜水或弱承压水。由于其埋层浅，未经深层岩石过滤，水体极易被工厂排放的污水和农田残留的农药污染，不适合饮用。深层地下水（埋藏150m以上），其水质较好，适宜作为饮用水水源，但含氟量较高，需进行降氟处理。

2农村饮水安全工程规划设计

吴桥地区农村饮水安全工程以水源置换为重点，在加强现有供水工程管护、维修、扩建，保障供水能力的基础上，将南水北调地表水厂与农村水厂连通；充分利用优质地表水源，替代高氟水、苦咸水等劣质水源，从根本上解决农村群众饮用高氟水、苦咸水问题。考虑当地乡（镇）村及人口分布状况、城镇化发展趋势、区域内外可利用水源、地形条件等因素，与当地城镇发展和水资源中长期规划等相协调；结合南水北调水、黄河水，规划到2020年，实现城乡供水一体化。

2.1水源置换工程

2.1.1水量供需分析2.1.1.1供水水源吴桥县现状地表水供水水源：①南水北调水，每年供水628万m3；②引黄水，每年购买2000万m3灌溉用水及500万m3生活用水，用来弥补农业和生活用水不足。2.1.1.2城区需水量预测根据吴桥县各项经济发展指标，参照我国类似城市给水设施概略性需水指标，依照GB50013—2014《室外给水设计规范》，按综合生活用水量、工业企业用水量、浇洒道路和绿地用水量、管网漏损水量、消防用水量，对城区需水量进行分项预测。（1）综合生活用水为居民生活用水和公共建筑用水。河北省地区中小城市最高日生活综合用水定额为150～240L/人•d。据统计城区每年实际用水量437万m3，实际用水人口8.4万人（城区、常住、部分村镇），实际每天平均用水量143L/人•d，故确定综合用水指标现状150L/人•d。（2）由于各行各业用水定额比较复杂，根据SL429—2008《水资源供需预测分析技术规范》，需水预测采用预测工业增加值乘以工业万元增加值需水定额计算。考虑工业生产工艺逐年完善和改进，工业用水量预测可按每年耗水定额下降1%～5%计算。根据（2013～2030）《吴桥城乡规划》国民经济发展目标，2020年年均工业增长增加值率8.5%、2030年均工业增长增加值率7.0%。（3）除城区地表水厂主要供给居民生活用水和工业企业用水外，浇洒道路、广场和绿地用水由吴桥县污水处理厂的中水供给。（4）管网漏损水量按综合生活用水和工业企业用水量之和10%计算。（5）未预见水量按综合生活用水、工业企业用水和管网漏损水量之和10%计算。（6）结合县城具体情况，按同时发生2起火灾考虑，一次灭火用水量35L/s，火灾延续时间2h。则消防1次用水量504m3/d。消防用水应存储于清水池中，一般情况下应保证不被动用。消防用水不计入总用水量。综合以上，城区需水量，2015基准年为2.033万m3/d，2020年为3.659万m3/d，2030年5.916万m3/d。2.1.1.3农村需水量预测农村人均最高日生活用水指标按80L/人•d计算，则现状农村人口需水量1.65万m3/d。依据（2013～2030）《吴桥县城乡总体规划》，2020年，城乡总人口33.2万人，城区中心人口达到14.0万人，则农村人口19.2万人，需水量1.538万m3/d。2030年，城乡总人口39万人，城区中心人口达21.7万人，则农村人口17.3万人，需水量1.384万m3/d。另宋门工业园区生活用水0.3万m3/d，则农村饮水安全需水量现状1.95万m3/d，2020年1.836万m3/d，2030年1.684万m3/d。2.1.1.4供需平衡分析吴桥县已建城区地表水厂近期规模为3.0万m3/d，远期规模扩建到6.0万m3/d。水量供需平衡如表1。通过表1可知，现状城区地表水厂水量供水能力有富余，但也只能满足部分农村需求；近期2020年加上原有地下水厂的1.0万m3/d，满足城区用水要求；远期2030年6.0万m3/d的规模，仅满足城区用水要求。为提升农村供水质量，实现供水城乡一体化，故农村饮水安全需扩建城区地表水厂1.6万m3/d。2.1.2城区地表水厂扩建规模通过对城区和农村饮水安全水量供需平衡分析，2020年需水量差额1.495万m3/d，2030年需水量差额1.6万m3/d。按远期农村饮水安全需水量考虑，城区地表水厂扩建规模1.6万m3/d。2.1.3管线连通工程规划吴桥县现状农村饮水安全为城乡结合，其中县城自来水管网延伸覆盖行政村数50个。本次规划将25处农村水厂统一由城区地表水厂供水。为实现供水城乡一体化，现有水厂管线连通工程数25处，连通管线长112.28km，投资7340万元，新增受益人口20.66万人。

2.2城区地表水厂扩建工程

吴桥县农村饮水安全水源置换工程需扩建城区地表水厂，扩建规模1.6万m3/d。扩建水厂工程占地面积1.76hm2。水厂供水工艺采用混凝、沉淀、过滤、消毒常规处理方法。厂区扩建工程由净水车间、清水池、送水泵房、污泥处理设施、加药间等附属建筑物组成，建筑物面积3800m2。

2.3管线连通工程管材选择

目前我国生产使用的大口径输水管材主要有钢管（SP）、预应力钢筒混凝土管（PCCP）、球墨铸铁管（DIP）和PE复合管（PE）。2.3.1钢管（SP）钢管虽然具有管材重量轻、强度高、管道接口精度高、供水安全性好、对各种地形和地质条件适应性强、运输及施工相对较容易的优点。在采用适当的内、外防腐和电化学保护措施以后，管道使用寿命亦可达40年以上，其缺点是该管材综合费用较高。2.3.2预应力钢筒混凝土压力管（PCCP）预应力钢筒混凝土压力管（PCCP）同时兼有钢管和混凝土管的优点，管道承插口采用钢板冷加工成型、公差配合，加工精度高；插口密封采用双胶圈，密闭性能好；可随安装、随试压，具有方便、快捷的优点。其缺点是管材自重较大。2.3.3球墨铸铁管（DIP）球墨铸铁管是选用优质生铁，采用水冷金属型模离心浇注技术，并经退火处理，获得稳定均匀的金相组织，能保持较高的延伸率，故亦称可延性铸铁管。球墨铸铁管均采用柔性接口。由于其具有较高的抗拉强度和延伸率，而且具有较好的韧性、耐腐蚀性、抗氧化性、耐高压等优良性能，故被广泛运行于有压输水、输气等。其功能与价格比是其他管材无法替代的理想管材。2.3.4PE复合管PE管近年来发展很快，是典型的柔性管。具有内壁光滑不结垢，水头损失小，耐腐蚀，重量轻，加工和接口方便等特性。易于施工，减少开槽土方量，可不设刚性基础，而以碎石、黄沙代替。减轻劳动强度，节省工时和施工费用。综上所述，本输水工程设计的推荐管材为球墨铸铁管与PE复合管组合的形式，即正常敷设段管径d>DN300采用球墨铸铁管，管径d≤DN300采用PE复合管。

2.4管网水力

2.4.1管道糙率在输水管道计算中，对管径计算影响较大的是管道糙率系数的取值。2.4.1.1球墨铸铁管球墨铸铁管内壁采用了与焊接钢管内防腐相同的水泥砂浆衬里方式，其管道内壁糙率与钢筒混凝土管内壁糙率相近。根据CECS10：89《埋地给水钢管道水泥砂浆衬里技术标准》中规定，钢管采用水泥砂浆衬里后粗糙系数n值应不大于0.012。由于本输水线路局部阻力损失按照沿程阻力损失10%进行计算，则粗糙系数取值确定为n=0.0122。2.4.1.2PE复合管由于PE管材水力条件好、内壁光滑，不结垢，水流阻力小，其糙率系数在0.008～0.01。本次计算n=0.010。2.4.2水力计算管道总水头损失应该等于沿程水头损失及局部水头损失之和，局部水头损失按沿程水头损失10%计算。管线沿程水头损失计算公式式中Hi为沿程水头损失（m）；L为管道长度（m）；V为均流速（m/s）；C为谢才系数；R为水力半径（m）；n为粗糙系数；Q为设计流量（m3/s）。根据计算，最不利管线城区地表水厂～陈扬农村水厂损失25.3m，最不利点末端预留水头5m。

2.5管道埋深的确定

本工程区域最大冻土深度44cm。管顶覆土深度主要取决于冰冻厚度、外部荷载、管材强度、管道交叉及土壤地基等因素。根据穿越工程的具体情况，经综合考虑并计算，输水管道最小覆土深度不小于1.5m。

2.6水质化验室

按照“县级统筹、合理布局、资源共享”的原则，农村饮水安全水质检测依托县自来水公司水质检测并在此基础上进行改扩建，建立县级水质检测中心。在地表水厂配套水质化验室1处，以提升工程水质检测水平和检测能力，满足农村供水工程的常规水质检测需求。日常水质检测项目为42项，频率为半年1次。为保证饮水水源长期运用，进一步健全水质卫生常规监测制度，完善农村饮水水质监测网络，在有条件的村镇供水厂开展水质自检工作。每个供水站需配套6参数常规水质（pH、色度、嗅和味、混浊度、肉眼可见物、余氯（CLO2）检测设备。对于专项检测供水调度中心与卫生部门配合进行水质检测，做到资源共享。

3结语

（1）该工程规划实施后，吴桥县实现供水城乡一体化，解决473个村、23.55万人的饮水水质问题。（2）通过规划实施，建立县、乡镇两级水质检测网络。（3）通过水源置换，地下水开采大幅度减少，每年压采地下水521.4万m3，逐渐缓解吴桥地面沉降的发展趋势。

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作者：杨亚伦 戴梅 单位：河北省水利水电勘测设计研究院