浅析小型农村饮水安全工程的模块化设计

　　摘要：为了满足农村居民生活与生产活动过程中对水量、水质、取水方便程度和供水保证率等到四个方面的需求，农村饮水安全工程要力求做到综合调度、合理利用当地水资源、保证水源水量可靠、水质达标，确保饮水工程长期稳定地发挥效益。合理、高效的完成农村人畜饮水安全设计，是保证农村饮水安全工程得以充分发挥效益的先决条件，在农村饮水安全工程设计管理上规范化，程序化、模块化，是农村饮水安全工程设计人员的应具备的职责。
　　关键词：农村，饮水安全工程，模块化设计
　　农村饮水困难地区多属山区、少数民族聚居区和边远贫困地区，由于经济欠发达，交通不便，居住分散，文化经济比较落后。工程点多面广，单个工程涉及人口较少，但工程项目数量多。每个县每年至少有三十个项目，由于单个工程投资少，没有设计院愿为小工程提供设计，只好由县（市）水利局水利水电勘测设计室（队）自行设计，这给县（市）水利局水利水利勘测设计室（队）的工作带来相当繁重的压力。为了减轻设计人员的工作繁重程度，规范设计程序，以及提高工作效率，作者结合多年的农村饮水安全工程设计经验，提出模块化设计经验以供交流。下面根据工程设计步骤对模块化设计进行分析。
　　1、基础数据模块。收集设计所需的原始数据、资料，实地查看、走访受益群众，对受益群众的经济条件及用水结构进行了解，以合理确定受益群众数量、选择用水定额等，并了解项目区在饮水安全中存在的主要问题（水源保证率问题、取水距离问题和水质问题），并提出相应的解决措施。根据农村发展的趋势，城镇化率的不断提高，边远山区农村向坝区农村迁移民，坝区农民向集镇区农民，集镇区农民向县城或市级城市迁移，以及外出务工等将成为不可逆转的事实。因此，在考虑当地人口自然增长的同时，也应考虑人口转移的实事，在非常边远的农村，人口自然增长是很缓慢的，有的甚至出现负增长，而集镇人口增长率将远远大于自然增长率。比如在某县，全县人口平均自然增长率为7‰，边远山区多数不到2‰，集镇多在18‰以上，在那个村组，常住人口甚至只有2000年的80%，因此考虑工程涉及人口时应综合各方面因素，确定一个相应合理的人口增长率。用水定额也是影响工程投资的重大因素，按照2004年水利部、卫生部制订的《农村饮用水安全卫生水评价指标体系》的有关规定，每人每天可获得的水量不低于40～60L为安全，不低于20～40L为基本安全。根据实际划分，举个例子：贵州应为四区，每人每天可获得的水量不低于55L为安全，不低于35L为基本安全。最高日居民生活用水量定额还对各类供水情况及家庭设施情况进行划定。同为四区，最低为40～55L/人.日，最高为95～130L/人.日，相差3倍多。因此，不能贪大，也不能一味为了节省投资而缩小，应根据当地农村群众的用水习惯以及家庭用水设施情况进行确定。原则上边远山区应该小一点，集镇应该大一点，大集镇比小集镇又大一点。
　　2、水源选择模块。将本辖区的地下水出露情况调查清楚，主要是调查流量及高程，以及是否存在各种有害物质，包括矿物质和微生物。对矿物质含量进行分区，哪些区域某种矿物质含量超标，对应采取什么工程措施，做出个区域规划图，在设计中可以直接选用。在水质检测时，只需进行微生物检测即可满足要求，特别是对只有几百人饮水规模的工程，本身工程投资就相当紧张，这有利于节省工程投资。有条件的地方可以选择几个水源进行方案比较再确定具体水源。应优先选用流量稳定、能自流供水的水源。其次选择溪沟、河流或水库提水水源，再次才是抽采地下水源。自流供水是农村饮水工程水源的首选，也是农村饮水工程长效发挥效益的首要条件，更有利于减轻受益农民负担。
　　3、蓄水池设计。蓄水池设计主要考虑容积和高程问题,这在存在水源保证率不足的地区尤为重要。在一些农村饮水工程中，只需建设一个蓄水池及一条主供水管道就能满足要求。在农村调查中，农民总是希望将蓄水池建得很大，但规范中对蓄水池的容积又显得比较小。这在边远山区微、小工程显得尤为突出。比如现有人口150人的一个小山村，地处高山，本身水源就不是特别保障，从很远的地方引水或提水又受到投资的限制，只得考虑现有水源———老百姓长期饮用的水源，当地群众长时期饮用的这水源，知道一般情况干旱多长时间水源的流量是多少，能解决多少用量，差多少用量，因此群众对此很有发言权，但根据规范，一般蓄水池设计只为平均日用水量的30%～40%，因此这一矛盾在设计经常出现，一般都有2倍以上的差距，在资金充裕的情况下，可以适当放大蓄水池，多蓄一点水，更大程度解决水源保证率不足的问题。在解决山区供水保证率问题为主的饮水安全工程中应以建大蓄水池为主要工程措施，而可在输水管道上可以相应缩小。
　　4、净化及消毒设计模块。在2000人以下的小型工程，如果没有特殊化学物质必须处理，仅是浊度超标，或引用溪流水等，净化设计可只考虑修建过滤池进行物理过滤处理即可。2000人以上的项目同时又采用集中水源，可以考滤一体化净水设备，这能较好的保证水质达标。消毒设备要根据水中所含有害物质确定，在只有大肠杆菌超标的情况（这一现象在现在的地下水或地面水中经常出现），考虑二氧化氯消毒即可解决，且成本较低，操作简便。如果需要特殊处理的水源，可以专门作一个区域区划。
　　5、提水站设计。提水站设计中最先需要确定的数据为提水时间，结合已建设工程管理的实际经验，小工程提水时间应该较短为好，大工程（有专门管理机构）提水时间不宜过短，因为提水时间的长短不光与机组选择有关，还与管道及集水井、蓄水池的大小有关，小型工程的供水规律基本就是白天用水，深夜用水量很小，每天提水时间8小时就可满足24小时的用量，集水井及蓄水池的总容积可以建成每天的用水量，这在小型工程比较合适，也便于后期运行管理。而在较大型的供水工程中，用水结构较为复杂，全天24小时都在用水，在设计提水站时，可以考虑每天16～18小时的提水时间，不论大小工程都应该设计2套提水机组，以备检修或者其他情况替用，提水设备优先选择深井泵。
　　6、输、供水管道设计模块。自流引水的管道输水能力根据计算确定，不宜过大，管道过大，在水源不足时间很容易进入空气，造成堵塞，小管径（DN63及以下）管道每500m设计一道排气阀，在必要的情况下每段的最低处设计冲沙闸，最高处增设排气阀。大管径管道应每1000m设计一道排气阀。
　　供水管道设计应该考虑供水时变化系数以及供水未端的自由水头。山区工程由于只用于人畜饮水，用水时间比较集中，早上及下午为用水高峰时段，理论上时变化系数应取高值，但山区农村人家几乎都有水缸等蓄水设备，因此时变化系数取2即可满足要求。未端自由水头在山区供水工程中也没有特殊要求，只要保证最高处用户能够用上水即可，有特殊要求的除外。较大的供水工程或集镇饮水工程时变化系数也可以取2左右，但考虑以后工程扩大的需要，供水管道宜预留一部分富余供水能力，以免出现三年一新建，五年一扩建的无规律建设。规模较大的工程一般都出现在集镇或周边，这些地方往往建有高层建筑，因此对未端自由水头有一定要求，一般要求在集镇的供水工程未端自由水能高出地面20m左右，以保证六层楼顶能正常供水。
　　总而言之，模块化设计的好处在于将一个饮水安全工程进行流水化、规范化打包设计，对于点多面广的小型农村饮水安全工程设计，有着类似于工厂流水化生产的优点，能有效避免设计方案不清、意图不明、点要环节无法控制的弊病，在实施过程中不断总结完善，可以有效提高设计质量和效率。