農(nóng)村飲水安全工程設(shè)計(jì)淺析

李 卿

(遼寧省觀音閣水庫(kù)管理局，遼寧 本溪 117199)

1 工程概述

為了解決2931戶約1.0883萬(wàn)人的飲用水問題，朝陽(yáng)縣二十家子鎮(zhèn)農(nóng)村飲水安全工程總投資約483.07萬(wàn)元。工程計(jì)劃包括:打井2眼，潛水泵3臺(tái)(套)，鋪設(shè)管路107.71km，高壓線路0.15km，低壓線路0.1km，變壓器1臺(tái)，供水站1處。

供水工程管網(wǎng)布置采用樹枝狀。為管理方便，在主要節(jié)點(diǎn)處設(shè)閥門井，共計(jì)33個(gè);在地形突變處設(shè)置鎮(zhèn)墩;管網(wǎng)在較低處設(shè)排污閥，高處設(shè)排氣閥［4］。

水源井選在原二十家子林場(chǎng)，共2眼，根據(jù)附近成井報(bào)告，含水層巖性主要為中粗砂、砂礫石，水源井出水量滿足要求，水質(zhì)經(jīng)縣防疫站化驗(yàn)，符合人畜飲水標(biāo)準(zhǔn)要求。水源井型式為深井，井徑為400mm，管壁為4mm以上鋼管，井深100m［2］。

2 用水定額與用水量計(jì)算

根據(jù)該村實(shí)際情況并參考《新編農(nóng)村供水工程規(guī)劃設(shè)計(jì)手冊(cè)》，常住人口飲水定額50L/人·d，駐鎮(zhèn)單位20L/人·d，大牲畜50L/頭·d。

(1)居民用水量計(jì)算。

Q1=(q1×p1)+(q2×p2)×10－3

式中:Q1—居民用水量，m3/d;

q1—常住民用水定額，L/人·d;

q2—駐鎮(zhèn)單位居民用水定額，L/人·d。

P=P0(1+γ)n+P1

式中:P—設(shè)計(jì)用水人口，人;

P0—供水范圍內(nèi)的常住人口數(shù)，人;

γ—設(shè)計(jì)年限的人口自然增長(zhǎng)率，3.5‰;

n—工程設(shè)計(jì)年限，a;

P1—設(shè)計(jì)年限內(nèi)人口的機(jī)械增長(zhǎng)總數(shù)，人。

(2)牲畜用水量。

Q2=(q3×p3)10－3

式中:Q2—牲畜用水量，m3/d;

P3—大牲畜頭數(shù)，頭;

q3—大牲畜用水定額，L/頭·d。

(3)管網(wǎng)漏失量及不可預(yù)見量。

Q3=(Q1+Q2)×10%

式中:Q3—管網(wǎng)漏失量及不可預(yù)見量，m3/d。

(4)用水總量。Q=Q1+Q2+Q3

式中:Q—總用水量，m3/d。

(5)最高日用水量Qd。

Qd=Kd×Q

式中:Qd—最高日用水量，m3/d;

Kd—日變化系數(shù)1.5。

(6)最高日最高時(shí)用水量。

Qh=KhQd/24

式中:Qh—最高日最高時(shí)用水量;

Kh—時(shí)變化系數(shù)。

根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》SL310-2004，該工程供水規(guī)模在200～1000m3/d，時(shí)變化系數(shù)Kh范圍在2.0～2.5。該次設(shè)計(jì)Kh取2.0和2.4對(duì)照，詳細(xì)見表1。

(7)比流量計(jì)算。

根據(jù)供水工程設(shè)計(jì)供水單位的實(shí)地考察和分析，用水單位的日均用水量為:鎮(zhèn)政府10m3/d，派出所5m3/d，中學(xué)30m3/d，醫(yī)院50m3/d，供銷社5m3/d，林場(chǎng)5m3/d，郵局5m3/d，村委會(huì)5m3/d，信用社5m3/d。

用水單位最高時(shí)用水量:鎮(zhèn)政府0.42L/s，派出所0.21L/s，中學(xué)1.25L/s，醫(yī)院2.08L/s，供銷社0.21L/s，林場(chǎng)0.21L/s，郵局0.21L/s，村委會(huì)0.21L/s，信用社0.21L/s。

由以上數(shù)據(jù)可以看出，除中學(xué)、醫(yī)院、鎮(zhèn)政府及派出所以外，其他單位用水量均較小，集中用水量只需考慮以上4處用水單位。故本工程設(shè)計(jì)管段集中流量為3.96L/s。

該次設(shè)計(jì)工程年限為20年，時(shí)變化系數(shù)取2.4，比流量計(jì)算:qs=(Qh－∑QJ)/∑L

式中:qs—管網(wǎng)設(shè)計(jì)流量(L/s);

Qh—最高時(shí)用水量85.17/3.6=23.66(L/s);

∑QJ—集中流量(L/s);

∑L—有用戶用水管段長(zhǎng)度(m)，單側(cè)供水計(jì)算長(zhǎng)度為實(shí)際長(zhǎng)度的一半。

(8)沿線流量:ql=qsL

式中:ql—管道的沿線流量(L/s);

L—管段的計(jì)算長(zhǎng)度(m)，單側(cè)供水的管線長(zhǎng)度按一半計(jì)算。

(9)節(jié)點(diǎn)流量計(jì)算:依據(jù)公式:qs=0.5∑ql。

3 管路設(shè)計(jì)

1)管徑按下式計(jì)算:D=［4Q/πV］1/2

D—管內(nèi)徑，mm;

Q—管段流量，m3/s

V—經(jīng)濟(jì)流速，參考《埋地聚氯乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)程》。

2)水頭損失。

管路水頭損失:hj=1.1×0.000915LQ1.774/D4.774

式中:hj—水頭損失m;L—管段長(zhǎng)度m。

以上水頭損失包括局部水頭損失(局部水頭損失hs按沿程水頭損失的1/10計(jì)算)。

水壓線標(biāo)高和各節(jié)點(diǎn)自由水壓推算，以最不利點(diǎn)104點(diǎn)推算，根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》SL310-2004，5層建筑物的最小服務(wù)水頭取24m。

4 供水設(shè)備

(1)供水流量。根據(jù)以上計(jì)算可知，當(dāng)用水時(shí)變化系數(shù)取值2.0～2.4之間時(shí)，現(xiàn)狀最高時(shí)用水量為63.82～76.58m3/h，20年設(shè)計(jì)最高時(shí)用水量為70.98～85.17m3/h。

(2)供水管路內(nèi)徑。根據(jù)計(jì)算結(jié)果供水主管路采用φ160PVC管材。

(3)供水管路水頭損失。由管網(wǎng)水力計(jì)算表查得H損=26.10m。

(4)水泵揚(yáng)程的確定。H=H損+H1+H2+H3

式中:H—水泵揚(yáng)程m;

H損—水頭損失m;

H1—水源井的動(dòng)水位m，H1=60m;

H2—自由水頭m，H2=24m;

H3—水源井至最不利用戶高差，H3=10.5m;

H=26.10+60+24+10.5=120.6m。

(5)水泵選型。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，并依據(jù)200QJ64-124型號(hào)水泵與200QJ80-124型號(hào)水泵性能分析，200QJ64-124型號(hào)水泵的流量設(shè)計(jì)為64m3/h，揚(yáng)程124m，電纜規(guī)格為(3×252)mm2，功率37kW;200QJ80-124型號(hào)水泵的流量設(shè)計(jì)為80m3/h，揚(yáng)程124m，電纜規(guī)格為(3×252)mm2，功率48kW。綜合考慮，本次共購(gòu)置水泵3臺(tái)套，其中流量為64m3/h的兩臺(tái)，80m3/h的1臺(tái)套，擬采用潛水泵，2眼井分別一個(gè)，另外一個(gè)備用。供水工程初始年可選用流量64m3/h的泵，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，人口的增多，可選用1臺(tái)80m3/h的或2臺(tái)64m3/h 的聯(lián)合供水［2］。

(6)管材設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力。供水管材及規(guī)格，應(yīng)符合設(shè)計(jì)內(nèi)徑、設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力，選用管材的公稱壓力不小于設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力。根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》SL310-2004表6.0.7，由表知，各管材的設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力為最大工作壓力的1.5倍，通過水壓線可知，管材應(yīng)選用1.0MPa及0.8MPa及0.6MPa三種。并結(jié)合實(shí)地情況，塑料管材的最大工作壓力為P，則設(shè)計(jì)內(nèi)壓力為1.5P;鋼構(gòu)管材最大工作壓力為P，則設(shè)計(jì)內(nèi)壓力為P+1.5≥0.9。為此，選用鋼構(gòu)管材合理［3］。

(7)微機(jī)控制自動(dòng)調(diào)速給水設(shè)備。水泵電機(jī)配套功率為37kW、48kW，根據(jù)有關(guān)技術(shù)要求，選擇沈陽(yáng)恒信電氣給水設(shè)備公司成產(chǎn)的HX4S-50-S3微機(jī)自動(dòng)調(diào)速給水設(shè)備。

考慮到農(nóng)村電網(wǎng)保證率低，易停電的特點(diǎn)，為保證連續(xù)供水，增設(shè)備用電源采用柴油發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)額定功率為55kW。

5 水錘計(jì)算及防護(hù)措施

式中:a—水錘波傳播速度(m/s);

1425—聲音在水中的傳播速度(m/s);

d—管徑;

K—水的彈性模數(shù)，2.025×109N/m2;

δ—管壁厚度(m)0.007;

E—管道縱向彈性模數(shù)，2.9×109N/m2;

(2)瞬時(shí)關(guān)閉，水泵出水口逆止閥后產(chǎn)生的壓強(qiáng)水頭:

式中:V0—管內(nèi)正常流速;

H0—正常工作時(shí)水泵揚(yáng)程;

Hmax=126+345.87×1.41/9.8=175.76m;

Hmin=126－345.87×1.41/9.8=76.24m。

經(jīng)以上計(jì)算，在逆止閥后，需設(shè)水錘消除器，以免水錘所產(chǎn)生的增減壓影響，采用下開式停泵水錘消除器，進(jìn)口直徑為d=0.25×160=40(mm)，取50mm。

6 輸變電設(shè)計(jì)

水廠用電量較大，附近林場(chǎng)變壓器容量為30kVA，剛好林場(chǎng)用電，故需新增變壓器一臺(tái)，同時(shí)需架設(shè)高壓線路150m，低壓線路100m。

(1)變壓器容量S:S=∑N(1+25%)+N輔

式中:∑N—電動(dòng)機(jī)功率之和，48kW;

N輔—輔助備用電之和，取20kW;

S=48×(1+0.25)+10=70kVA

水廠廠區(qū)選擇ST-70kVA變壓器一臺(tái)，容量70kVA。

(2)高低壓線路。根據(jù)計(jì)算，水廠變壓器容量為70kVA，所以需架設(shè)高壓線路150m，低壓線路100m，低壓線路四線制，用橡皮絕緣線。

7 結(jié)語(yǔ)

農(nóng)村供水工程作為農(nóng)村地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是提高農(nóng)村地區(qū)人民生活水平、縮小城鄉(xiāng)差別、建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村的重要物質(zhì)條件［1］。農(nóng)村安全飲水工程的實(shí)施，將解決農(nóng)村居民生活后顧之憂，保障社會(huì)和諧穩(wěn)定，促進(jìn)社會(huì)進(jìn)步與健康、可持續(xù)發(fā)展。

［1］馬宏娟．農(nóng)村安全飲水工程建設(shè)各管理措施分析［J］．水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2014(09):30-32．

［2］張繼鑫．農(nóng)村飲水安全工程的設(shè)計(jì)與建設(shè)［J］．城市建設(shè)理論研究，2012(06)．

［3］趙娟．淺析農(nóng)村飲水安全工程設(shè)計(jì)［J］．城市建設(shè)理論研究，2012(15)．

［4］鄭艷君．關(guān)于農(nóng)村飲水安全工程設(shè)計(jì)的研究［J］．水利科技與經(jīng)濟(jì)，2011，11(07)．