姜家店村農村飲水安全工程水力計算與分析

林 楓

(北票市大板水利服務站，遼寧 北票 122114)

姜家店村農村飲水安全工程水力計算與分析

林 楓

(北票市大板水利服務站，遼寧 北票 122114)

常河營鄉姜家店村大溝組位于北票市東南部。該自然屯因遼西北供水工程施工影響造成水位下降，部分群眾人畜飲用水困難及家庭菜園缺水不能生產，為滿足村民經濟發展和農民生活用水的要求，在常河營鄉姜家店村大溝組興建人畜飲水扶持項目，以此促進該地經濟的發展，增加居民收入，提高居民的生活質量。文章就人畜及果園灌溉用水量、供水管網、水源井及泵房進行了計算與分析，結合該村具體現狀和條件，充分滿足了該村的供水要求。

飲水安全；水力計算；水利計算；工程布設；分析

1 工程概況

常河營鄉姜家店村大溝組位于北票市東南部，距縣城60km。該自然屯因遼西北供水工程施工影響造成水位下降，部分群眾人畜飲用水困難及家庭菜園缺水不能生產，為滿足村民經濟發展和農民生活用水的要求，在常河營鄉姜家店村大溝組興建人畜飲水扶持項目，以此促進該地經濟的發展，增加居民收入，提高居民的生活質量。該工程主要用于解決姜家店村大溝組的21戶，82口人，10頭大牲畜，62頭小牲畜的飲水安全問題和部分菜園灌溉問題。

2 流域水文氣象

北票市境內有大凌河、牤牛河兩水系，其中面積100km2以上流域的河流13條。其中大凌河流域面積4339.34km2。牤牛河為大凌河支流，屬于季節性河流，流經境內長度71km，流域面積1936.7km2。牤牛河南西向由臺吉營鄉入境流經興順德、黑城子、泉巨永、馬友營、紅石砬、長皋鄉，到下府鄉東光寺匯入大凌河。北票市北靠內蒙，受西伯利亞季風影響，屬半干旱大陸性氣候，溫差大，積溫高，冬季寒冷，夏季酷熱，多風少雨，多年平均降水量在350mm左右，降雨集中，主要集中在7、8月份。多年平均蒸發量2100mm，年平均氣溫8℃左右。全年無霜期為150d左右，最大凍深1.4m，風力在6級左右。

3 工程地質

項目區地質構造為第四系Q中統Q2地段，地質構造不復雜，無不良地質現象，山間盆地厚度8-30m，下部為半膠結砂礫石，分布穩定，厚度較大，透水強，上部為棕紅色亞黏土，屬坡洪積堆積物，含水巖系屬碎屑巖類的頁巖、粉砂巖、礫巖空隙、裂縫含水，水位埋深10-12m[1-3]。

4 水力計算與分析

4.1 用水量計算

4.1.1 用水量標準

根據姜家店村的實際情況并參照遼寧省地方標準《行業用水定額》DB21，人畜最高日用水量:常住人口60L/d，非常住人口30L/d；大牲畜50L/d，小牲畜15L/d。

4.1.2 大溝組用水量計算

用水量計算公式：

1)村鎮居民生活用水：

Q1=q1×p1(m3/a)m3/d

p1=p0(1+R)n人

(1)

式中：q1為村居民最高用水量定額，L/人·d；p1為設計人口，人；p0為現狀人口，人；n為設計年限，取n=20a；R為設計年限內人口增長率，取R=12‰

則依據公式計算：

Q1=60/100×p1

(2)

則p1=p0(1+R)n人；p1=p0(1+R)n；p1=104人；代入Q1=6.25m3/d。

2)牲畜用水量計算：

Q2=(q2p2+q3p3)×10-3

(3)

式中：q2,q3分別為大小牲畜最高用水量定額，L/頭d；p2，p3分別為大小牲畜頭數，頭。

依據公式：Q2=1.48m3/d

3)管網漏失水量：

Q3=(Q1+Q2)×5%=0.39m3/d

(4)

4)未預見用水量：

Q3=(Q1+Q2)×10%=0.77m3/d

(5)

5)菜園用水量：

Q5=12×3.5=42m3/d

(6)

6)水廠規模(即最高設計給水量Qd)：

Qd=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=50.88m3/d

(7)

7)最高給水量：

Qmax=kaQd

(8)

式中：ka為日變化系數，取ka=1.3；則Qmax=66.15m3/d

最高時給水量Qmax：

Qmax=khQd/24

(9)

式中：kh為時變化系數，取kh=3；Qmax=8.27m3/d。

4.2 供水管路水頭損失計算

經過實地高程測量與計算，蓄水池高程為146.5m，能滿足最不利點14個的正常用水，可保證足夠壓力。計算結果見表1。

4.3 蓄水池的確定

根據前面計算人畜日用水量為50.88m3/d，為保證正常用水修建蓄水池容積為30t，蓄水池底高程為146.5m，池內水深2.5m。

4.4 機泵的選型

根據人畜最高日用水量為66.15m3/d；人畜最高日最高時用水量為8.27m3/h。選用潛水泵150QJ10-80，水泵出水量10m3/h，滿足要求。井深18m，直徑2.5m，水泵位于17.5m處；實測從井口到蓄水池進水口處高差為46.5m；井口到蓄水池安裝管路長268m，管材為Ф75PE管。

沿程損失：hf=0.000915×L×Q1.774/D4.774=2.43m；局部損失按沿程損失的10%計算0.243m。

總揚程為：H=17.+46.5+2.43+0.243+5=71.67<水泵揚程80m，因此選用型號為150QJ10-80潛水泵，電機為7.5kW。此水泵出水量為10m3/h滿足要求。根據需要，架設低壓線路200m，更換50kW變壓器一臺[4-6]。

表1 供水管路水頭損失計算表

4.5 管網布置

考慮此工程的具體現狀和條件，輸配水管網布置采用樹枝狀，輸水管道從蓄水池至最不利點全長829m，采用PE管。

4.6 管網水力計算

按樹狀管網計算：

1)設計流量。人畜以最高日、最高時給水量作為管網起端的設計流量，則管網流量Q=8.27m3/h=2.30L/S。

2)計算管段流量。設計人均用水量=q/設計用水人口=2.30/104=22.06×10-3L/s；每條管路配水流量=設計人均用水量×本段用水人口。

3)節點流量。節點流量=交匯于該節點各管段沿線流量總合。節點流量計算結果詳見表2。

表2 節點流量計算表

4.7 管徑選擇

采用公式：

(10)

由公式得出，管徑選擇與管內流速有關，根據規范經濟流速V=0.6-1.0m/s計算各管路內徑。

4.8 水頭損失及自由水壓計算

聚氯乙烯管沿程水頭損失采用公式：

hf=0.000915×L×Q1.744di4.774

(11)

式中：L為管道長度，m；Q為管道流量，m3/s；di為管內徑，m。

局部水頭損失按沿程水頭損失的10%計算。總水頭損失等于沿程水頭損失與局部水頭損失之和。計算過程詳見表3-表5。

表3 沿線流量計算表

表4 管網水力計算表

4.9 水源井的設計

1)井址的選定。打井前，對井位進行了物探，確定井位于村西的進村路旁；井位所在地地下水埋深12m，根據附近已成井調查，井出水量為20m3/h，其水質符合人畜飲用水標準[7-9]。

2)井房。井房建筑面積為20m2，井房內建有防洪保護措施，以保證洪水淹沒井口時，此井水仍可安全飲用。

表5 節點水壓計算表

5 結 語

姜家店村大溝組人畜飲水工程根據實際情況采用蓄水池控制給水，輸配水管網采用樹枝狀，采用PE管。依據用水量及水泵特征參數，選用150QJ10—80井用潛水泵1臺，通過附近已成井的調查，該井出水量為20m3/h，能充分滿足該村的供水要求。通過本工程建設，能夠改善該處居民飲水條件，促進該地農村經濟的發展，為全民的小康生活和共建社會主義新農村提供了可靠的保障。

[1]馬宏娟.農村飲水安全工程建設和管理措施分析[J].水利規劃與設計，2014(09)：30-32.

[2]劉立娟.農村飲水安全工程存在的問題及解決措施[J].水土保持應用技術，2014(01)：45-46.

[3]崔瑞.義縣農村飲水安全工程建設與管理淺析[J].水利規劃與設計，2015(05)：24-25，55.

[4]石林，侯榮麗，王琴紅.遼寧省加強農村飲水安全工程維修養護的對策與建議[J].水利技術監督，2015(03)：39-41.

[5]張弛.做好農村飲水安全工程的建設管理工作[J].水利規劃與設計，2014(05)：8-10.

[6]袁耀輝，柯俊.甌海區農村飲水安全工程運行管理探討[J].水利規劃與設計，2015(02)：69-71.

[7]于永波.朝陽縣二十家子鎮農村飲水安全工程分析[J].水利技術監督，2015(02)：26-27.

[8]梁宏智.固原市農村飲水安全工程管理現狀與對策[J].水利規劃與設計，2014(06)：51-54.

[9]單正翔，余覺堃.安徽蚌埠市農村飲水安全現狀調查和保障措施[J].水利技術監督，2006(05)：48-49.

1007-7596(2016)11-0063-03

2016-11-16

林楓(1978-)，男，遼寧北票人，工程師，研究方向為農田水利，水土保持，農村飲水安全，節水灌溉等。

S277.7

B