橫山區西沙供水設備選用分析

曹美琳，孫慶山

（1.陜西省榆林市橫山區水產工作站，陜西 橫山 719100；2.陜西省榆林市橫山區自來水公司，陜西 橫山 719100）

橫山區西沙供水設備選用分析

曹美琳1，孫慶山2

（1.陜西省榆林市橫山區水產工作站，陜西 橫山 719100；2.陜西省榆林市橫山區自來水公司，陜西 橫山 719100）

西沙是榆林市橫山區重點發展區域，因為地面高程高出橫山城區60 m，地況復雜，使得供水難度較大。為確保西沙發展用水需求，通過分析西沙概況以及管道經過區域地質情況，對西沙供水面臨的地況落差懸殊、地質復雜等問題和供水量進行探討，從施工便捷、價格便宜、水質影響、發展趨勢等多方面，對供水管材和水泵選擇比選，提出網管徑超過300 mm的選用球墨鑄鐵管，不超過300 mm的管路選用管材為PE100給水管，水泵選用格蘭富SP270-6AG型潛水泵和KQL200/460-110/4(Z)型立式離心泵的供水設備，以保障西沙供水工程順利實施。

橫山；西沙；供水；管材；選取

1 概況

橫山區位于榆林市中部，總面積4333 km2。地勢大致從西向東傾斜，西南及中部高，海拔在1300～1500 m之間；東北及南部低，海拔在900～1200 m之間。橫山區地形起伏大，縣城地處蘆河河谷地帶，地勢比較平坦，南高北低，西高東低，因此縣城宜采用一個統一的低區供水系統；而位于縣城西邊的西沙區，整體高程高出縣城約60 m以上，現有人口2萬人，其供水只能采用獨立的高區供水系統。工程建設區域地處鄂爾多斯臺向斜東緣間歇性的緩慢抬升地區，是黃土高原與毛烏素沙漠的過渡地帶，調繪區線路里程長，出露巖土體類型多，成因復雜，物理力學性質差異巨大。工程區內主要不良地質現象為崩塌；滑坡、泥石流等地質現象少見。

2 供水設備選用存在問題

（1）橫山區自來水公司現有的經蘆河進入西沙地區的主干管管徑偏小，如果通過該管段向西沙地區供水，供水量小且會影響到縣城其他居民的正常用水，所以只能另引供水管網；

（2）現有提升泵站的建筑面積過小，如果仍然考慮利用該泵站的建筑，僅換新泵來供給西沙地區的居民用水，不能滿足新泵平面布置的要求，需擴建。但該地質結構較復雜，且可利用的空間很小，改擴建具有較大難度。

（3）從縣城到西沙供水管道需要穿越深度五十多米的海子溝。施工難度大、技術要求高。特別是南磚梁處的垃圾填埋場調和達1164 m，最低水壓要求0.28 MPa。

（4）復雜的地質問題需在管網鋪設時給予注意，特別是蘆河的流沙和水土的腐蝕，要在管材選取時給予考慮。

3 西沙需水量及水力分析

3.1 供水定額及需水量分析

西沙區現有人口2萬人。通過對橫山區1980～2006年人口增長率的一個平滑處理，得到年均增長率為1.72%。考慮到橫山縣西沙區正處于城市化快速發展階段，城鎮人口會急劇增長，因此2010年～2025年橫山縣西沙區人口綜合增長率按1.90%計，采用綜合增長率法，計算出西沙區人口到2025年人口達5萬人。經計算分析，西沙區最高日用水量為4800 m3/s，西沙區最高日城市綜合用水的時變化系數宜用1.6；日變化系數宜采用1.5。則最高時用水量為320 m3/h，則供水泵站設計流量為320 m3/h。

3.2 水力分析

根據西沙區供水管線經過區域情況，將管道分為22段，其管段長度分別為：J1-FM1管長280 m、FM1-FM2管長190 m、FM2-FM3管長60m、FM3-FM4管長135m、FM4-FM5管長30 m、FM5-FM6管長80 m、FM6-FM7管長70 m、FM7-FM8管長20 m、FM8-FM9管長95 m、FM9-FM10管長15 m、FM10-FM11管長70 m、FM11-J4 管長 760 m、FM11-FM12 管長 90 m、FM12-FM13管長 550 m、FM13-FM14管長 200 m、FM14-FM15管長 640 m、FM15-J2管長 140 m、FM13-FM17管長 200 m、FM12-FM18管長 110 m、FM18-FM19管長 120 m、FM19-FM20管長 180 m、FM20-FM21管長 60 m、FM21-FM22管長90 m。按管段配水長度進行沿線流量分配，根據各節點設計流量計算結果以及流量連續性方程進行管段設計流量初分配，分配結果見表1。

表1 管段設計流量

考慮到橫山縣2025年遠期規劃的管網發展建設，現狀管段FM11-J1為2025年給水管網規劃中的設計管段，其管段直徑為200 mm；現狀管段FM11-J4為2025年給水管網規劃中的設計管段，其管段直徑為350 mm，則各管段管徑均要求為350 mm。各節點地面標高以及設計節點數據見表2。

表2 節點數據計算

西沙區現狀改建管網為枝狀管網，不進行水利平差計算。此外，在南磚梁處地勢最高，為控制點。設計分析工況水力結果見表3。

4 配水設備選擇分析

4.1 供水管材選取

目前用于給水輸水工程的管材主要有球墨鑄鐵管、普壓灰口鑄鐵管、焊接鋼管（無縫管）、硬聚氯乙烯管（UPVC管）、玻璃纖維纏繞成型復合管、高分子聚氯乙烯管（PE管）和離心澆鑄成型玻璃纖維增強復合管（HOBAS管）等。經從適應水量及口徑、工作壓力、埋深及承受壓力、主要用于干管或支管、對水質的影響、水頭損失及n值、接口形式及施工難易、防腐及耐久性、施工工藝、現場制作及管材運輸、日常維修及，管材重量，管道造價及發展趨勢等諸方面進行統計和分析比較，球墨鑄鐵管具有較高的強度和延伸率。同口徑管道壁厚為灰口鑄鐵管的1/2。抗接強度接近焊接鋼管，但其抗腐蝕性比鋼管高3～4倍，采用橡膠圈接口，施工方便。價格與灰口鑄鐵管比較基本相當，但比鋼管要低，目前球墨鑄鐵管最大口徑為1000 mm，宜用作輸配水管道。PE管采用熱熔聯接，接口牢固，不結垢，無毒、輕質及表面光滑，柔韌性好，不易拉開或斷裂。這類管材重量輕，安裝方便，并具有內壁光滑，水力條件好，施工費用比鋼管、鑄鐵管、鋼筋混凝土管施工費用減少15%～20%，是小型供水工程理想的管道。

根據西沙供水工程實際情況，本次設計管網管徑超過300 mm的選用球墨鑄鐵管，不超過300 mm的管路選用管材為PE100給水管，工作壓力1.6 MPa。球墨鑄鐵管采用承插接口連接，PE100給水管采用熱容或粘接連接。同時，根據現場調查，蘆河漫灘，地下水位較淺，一般水位埋深1.0 m～2.0 m，覆蓋層厚度多小于10 m，巖性以松散至稍密的細砂為主，管槽基坑開挖時，如采用明排方案，基坑兩側將形成大量的流沙，明排方案很難實施；如采用止水帷幕方案，以基巖作為圍帷底界，然后開挖管槽，較為科學，但工程造價高、工期長，設計及施工時對此問題應有充分準備。

表3 設計分析工況水力結果表

4.2 水泵選擇

西沙區日最高用水量為4800 m3/d，供水量大，且是高揚程，所以水泵選擇也是關鍵。

（1）加壓泵站水泵確定

根據現有加壓泵房的面積尺寸，宜采用一用一備的潛水泵。按最大時流量進行設計，則每臺水泵的流量為320 m3/h。采用變頻控制。在完成設計工況水力分析后，泵站揚程可以直接根據其所在管段的水力特性確定。經計算，水泵的揚程為127 m。根據流量和揚程的要求選兩臺格蘭富SP270-6AG型潛水泵，一用一備。其性流為：流量329 m3/h，揚程138 m，轉速2900 r/min，電動機功率190kW。用該泵替換原有的水泵機組。

（2）泵房水泵確定

提升泵房水泵的流量采用最高日設計用水量，即4800 m3/s。根據現有提升泵房的面積尺寸，宜采用一用一備的立式離心泵。按最高日平均時流量設計，則每臺水泵的流量為4800 m3/d,即200 m3/h。提升泵站至加壓泵站的管長120 m、管徑150 mm，材質為鋼管，如要達到200 m3/h的流量，水頭損失為21.63 m，流速為3.27 m/s，難以實現。因此，要實現上述流量，須增大輸水管的管徑。因此，輸水管徑取300 mm的鋼管，則其流速為0.76 m/s，水頭損失為0.4839 m。

提升泵站和加壓泵站的液位差為70 m，輸水管的水頭損失為0.4839 m，安全水頭采用2 m，則水泵的揚程為72.4839 m，取H=73 m。根據流量和揚程的要求，選用兩臺KQL200/460-110/4(Z)型立式離心泵，一用一備。KQL200/460-110/4(Z)型泵的性能為：流量210 m3/h，揚程85 m，轉速1480 r/min，電動機功率110 kW，吸上高度4.5 m。

4.3 水錘防護措施

西沙供水區域的供水地形高差為124.43 m，水泵揚程127 m，因此供水時應考慮水錘的影響。根據供水地形差、供水區域范圍以及管網的具體布置情況，為了預防水錘的發生，選用735S型壓力波動預止閥（四臺），分別在提升泵、加壓泵各泵的出水口處安裝。735S型閥門除了可預防壓力波動，還具有維持系統壓力的功能。它通過將過高的壓力排向大氣，來完成這一功能。當系統壓力超出高泄壓導閥的設定值，導閥將開啟，導致主閥開啟，使系統泄壓。如系統壓力恢復，低于導閥設定值，導閥將關閉，致使主閥緩慢關閉。

5 結語

橫山縣城南高北低，西高東低，縣城供水為低區供水系統；而新城西沙區由于整體高程高出縣城約60 m以上，其供水只能采用高區供水系統，要保證水壓穩定、輸水安全，就要選擇好供水設備。根據西沙的用水定額和需水量，提出供水方式，并經過多方比較，球墨鑄鐵管抗腐蝕性強、耐壓、經濟發展趨勢好，PE管價格低廉、施工成本低，所以管徑超過300 mm的管道選用球墨鑄鐵管，不超過300 mm的管路選用管材為PE100給水管，壓泵站選用兩臺KQL200/460-110/4(Z)型立式離心泵，泵房選用兩臺KQL200/460-110/4(Z)型立式離心泵，以確保供水能夠從城區供至西沙區，順利供水。

TU991.3

B

1673-9000（2017）05-0071-03

2017-03-18

曹美琳（1981-），女，陜西橫山人，工程師，主要從事水產管理工作。