新時期農(nóng)村飲用水引水管道設(shè)計分析

盧 瑜

(云南省文山州水利電力勘察設(shè)計院，云南 文山 650000)

在農(nóng)村飲用水工程建設(shè)中，引水管道工程設(shè)計具有較強(qiáng)的系統(tǒng)性和復(fù)雜性，且存在諸多影響因素。近年來，我國農(nóng)村飲用水工程建設(shè)規(guī)模日益擴(kuò)大，取得了較大的發(fā)展成就，對于促進(jìn)農(nóng)村地區(qū)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和良好發(fā)展發(fā)揮著重要作用。為有效保障農(nóng)村飲用水工程的正常經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，必須增強(qiáng)引水管道設(shè)計的科學(xué)性和安全性。這就要求相關(guān)工作人員在新時期深入實(shí)踐，并結(jié)合相關(guān)理論，在農(nóng)村飲用水工程建設(shè)中，對引水管道進(jìn)行科學(xué)設(shè)計。

1 新時期農(nóng)村飲用水引水管道設(shè)計

1.1 管線設(shè)計

在農(nóng)村地區(qū)，飲用水工程建設(shè)，通常采用重力流輸水方式。多數(shù)農(nóng)村地區(qū)缺乏就近水源，存在相對較長的引水距離，且引水管道沿線大多是高山、陡坡以及密林，施工用電存在較大的接線困難，引水管線甚至需穿越山口、溪流以及溝谷等地理環(huán)境。因此，對引水管線進(jìn)行設(shè)計，要盡量降低工程造價、增強(qiáng)供水安全性和可靠性、增強(qiáng)施工和維護(hù)管理的便捷性。對管線進(jìn)行設(shè)計選擇，要遵循以下原則：

(1)嚴(yán)格遵循具體埋地要求，盡量縮短線路、減緩管線起伏并減少土石方實(shí)際工程量，要實(shí)施科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)募夹g(shù)經(jīng)濟(jì)比較，對管線進(jìn)行合理確定，增強(qiáng)管線設(shè)計的合理性和經(jīng)濟(jì)性[1]。

(2)對管線走向進(jìn)行確定，要盡量沿著固有的山間便道或者是機(jī)耕路，對管線進(jìn)行敷設(shè)，增強(qiáng)管線施工和維護(hù)管理的便捷性。

(3)要盡量避免管線穿越各類不良地形環(huán)境和地質(zhì)段，諸如山口、溝谷以及溪流等。

(4)對管線進(jìn)行選擇，要盡量避免占用農(nóng)田，防止引發(fā)相關(guān)糾紛。

1.2 管材及管徑選擇

在農(nóng)村地區(qū)的飲用水工程建設(shè)中，引水管道建設(shè)施工投資通常占總投資的40%以上。要對引水管道的具體管材和實(shí)際管徑進(jìn)行合理選擇，有效增強(qiáng)引水管道設(shè)計的合理性，從總體上降低飲用水工程造價。對引水管線進(jìn)行設(shè)計，要綜合考慮飲用水工程規(guī)模、地形地質(zhì)狀況等因素，在最大程度上優(yōu)化性價比[2]。

1.2.1管材選擇

引水管道通常采用鋼管、HDPE管(即高密度聚乙烯管)、預(yù)應(yīng)力混凝土管以及球墨鑄鐵管等。農(nóng)村地區(qū)，飲用水工程通常采用管徑小于200mm的引水管道，HDPE管具有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性。從施工上來說，引水管道沿線大多是高山、陡坡以及密林，多數(shù)情況下需要對管道實(shí)施二次搬運(yùn)，HDPE管道具有較輕的單節(jié)重量，且搬運(yùn)安裝具有較強(qiáng)的便捷性，對農(nóng)村地區(qū)相應(yīng)的飲水工程建設(shè)具有較強(qiáng)的適用性[3]。因此，除了基巖段以及跨越溝谷的相關(guān)地段外，通常選用HDPE管。引水管線通常較長，對此，在對引水管線進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)工作壓力作對引水管線進(jìn)行合理的分區(qū)、分段，不同各區(qū)段的管道采取不同的壓力等級。

1.2.2管徑確定

引水管道的實(shí)際流速，對于工程造價具有直接影響。通常，農(nóng)村地區(qū)的飲水工程管道管徑保持在100mm到400mm范圍內(nèi)，其對應(yīng)的經(jīng)濟(jì)流速保持在0.6m/s到1.0m/s之內(nèi)。管徑優(yōu)選時，是將經(jīng)濟(jì)流速范圍作為依據(jù)，對管徑范圍進(jìn)行確定，初選對經(jīng)濟(jì)流速范圍具有較強(qiáng)適用性的管徑，再通過水利計算，結(jié)合投資比較，確定最優(yōu)管徑。飲水管道具有相對較高的造價，且對飲水工程設(shè)計的安全性具有重要影響，因此，要增強(qiáng)飲水管道設(shè)計的合理性。通常，引水管道實(shí)際管徑與輸水速度以及輸水流量直接相關(guān)。農(nóng)村飲水用水量以及實(shí)際使用時間對引水流量具有決定性影響。若條件允許，相關(guān)設(shè)計人員可借助經(jīng)驗數(shù)值實(shí)施對比分析，或?qū)︻愃频墓こ虜?shù)值進(jìn)行參照，對流速取值進(jìn)行可操控的合理選擇，促進(jìn)引水管道具備的經(jīng)濟(jì)流速效率實(shí)現(xiàn)大幅度提升[4]。

2 新時期農(nóng)村飲用水引水管道工程優(yōu)化設(shè)計

2.1 對水源進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計

水源選擇對農(nóng)村地區(qū)飲用水工程的安全性具有重要影響。因此，要對水源進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計和合理選擇，有效保障水源具有較好質(zhì)量。

(1)只有水量充沛，才能有效保障農(nóng)村地區(qū)干旱年枯水期相應(yīng)的設(shè)計取水。多數(shù)干旱地區(qū)，農(nóng)村嚴(yán)重缺水。對此，飲水工程的單一供水模式難以有效滿足干旱期間，農(nóng)村居民的水源需求。因此，在農(nóng)村地區(qū)，對飲用水工程進(jìn)行建設(shè)，要對多水源引水模式進(jìn)行采用。

(2)盡量選用優(yōu)良水質(zhì)，并增強(qiáng)衛(wèi)生防護(hù)的便捷性。水源選取時，要對水質(zhì)進(jìn)行測試，確保水質(zhì)滿足我國相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的具體要求。

(3)在水質(zhì)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)各項要求的前提下，統(tǒng)一對飲用水進(jìn)行管理和有效維護(hù)。要增強(qiáng)水資源利用的合理性，并控制各項用水比例。對于水質(zhì)優(yōu)良的水源，可將其作為飲用水；水質(zhì)相對較差的水源，可作為其他用水。

2.2 對引水管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計

在農(nóng)村地區(qū)，居民呈現(xiàn)出較強(qiáng)的分散性。飲用水工程具有較長的供水距離，且具有較大的時變化系數(shù)，但缺乏較高的用水安全系數(shù)。相關(guān)設(shè)計人員在引水管道設(shè)計過程中，要會同水利工程相關(guān)技術(shù)人員，深入實(shí)地進(jìn)行勘察。對引水管線進(jìn)行選擇，要加強(qiáng)近期規(guī)劃施工和遠(yuǎn)期規(guī)劃施工的結(jié)合，并對引水管線施工進(jìn)行分步實(shí)施；要充分結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)村各項建設(shè)規(guī)劃，根據(jù)實(shí)際情況對引水管線進(jìn)行布置；要盡量避免鐵路及公路等障礙物；要對重力條件進(jìn)行充分利用，對重力流供水進(jìn)行優(yōu)先利用；盡量避免對農(nóng)田的占用，并減少拆遷。例如，對新建水廠相應(yīng)的引水管道走向進(jìn)行確定、對已建水廠相應(yīng)的引水管道進(jìn)行重新鋪設(shè)，要加強(qiáng)與水利及交通部門的溝通協(xié)商。同時，要將農(nóng)村地區(qū)實(shí)際情況作為依據(jù)，并結(jié)合農(nóng)村地區(qū)的遠(yuǎn)期規(guī)劃，對新的居民點(diǎn)規(guī)劃實(shí)施配套規(guī)劃，增強(qiáng)引水管線對農(nóng)村居民點(diǎn)的適用性，避免重復(fù)對引水管線進(jìn)行建設(shè)，使農(nóng)村飲用水工程最大化地發(fā)揮其綜合效益，并確保飲用水水質(zhì)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。引水管道管材選取，對于飲用水工程的實(shí)際使用壽命具有直接影響。引水管道承受著整個引水系統(tǒng)的壓力，對此，要增強(qiáng)引水管道運(yùn)行的安全性。引水管道受管材質(zhì)量、溫度應(yīng)力以及地質(zhì)構(gòu)造等因素影響，極易引發(fā)爆管。對此，要采取有效措施，防止引水管道出現(xiàn)爆管。

2.3 合理確定引水規(guī)模

引水管道工程設(shè)計必須合理確定引水規(guī)模。首先，要對農(nóng)村地區(qū)的飲用水工程覆蓋范圍進(jìn)行明確，并綜合考慮農(nóng)村地區(qū)用水量現(xiàn)狀、用水實(shí)際條件、水源狀況、用水定額等因素，對引水規(guī)模進(jìn)行合理確定。農(nóng)村地區(qū)用水具有較強(qiáng)的復(fù)雜性，難以構(gòu)建確定模型對之進(jìn)行準(zhǔn)確描述。因此，大多數(shù)需水量預(yù)測方法均是基于對相關(guān)歷史數(shù)據(jù)作出的統(tǒng)計分析，差異在于各類方法對數(shù)據(jù)采用不同的處理方式，且應(yīng)用特點(diǎn)各不相同[5]。對農(nóng)村地區(qū)用水量進(jìn)行預(yù)測，通常采用如下方法：

(1)人口綜合指標(biāo)法。該法是將相關(guān)資料作為依據(jù)，并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗，對人均綜合用水指標(biāo)進(jìn)行確定，并以該指標(biāo)與用水人口數(shù)相乘，即可計算出農(nóng)村日需水量的最高值。在規(guī)劃過程中，要對人均用水量這一關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行合理確定。

(2)用地性質(zhì)分類指標(biāo)法。該法即將各類性質(zhì)不同的農(nóng)村用地相應(yīng)的用水指標(biāo)作為依據(jù)，對各類用地相應(yīng)的用水量進(jìn)行分別預(yù)測，在此基礎(chǔ)上相加求和。在實(shí)際規(guī)劃中，通常將用水分類為生活、工業(yè)、市政、公共設(shè)施用水等。

(3)回歸分析法。該法將過去農(nóng)村地區(qū)存在的相互影響、關(guān)聯(lián)的兩個以上因素的相關(guān)資料作為依據(jù)，基于不確定函數(shù)關(guān)系，借助數(shù)學(xué)方法，對相關(guān)關(guān)系進(jìn)行構(gòu)建，擬合為多維平面，對之適當(dāng)外延，獲取預(yù)測值。

(4)年遞增率法。該法將歷年來農(nóng)村地區(qū)供水能力相應(yīng)的年遞增率作為依據(jù)，結(jié)合農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r和速度，對供水相應(yīng)的遞增函數(shù)進(jìn)行選定，結(jié)合現(xiàn)狀供水量，對規(guī)劃期相應(yīng)的供水量進(jìn)行預(yù)測[6]。

2.4 增設(shè)管道安全設(shè)施

對引水管道工程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，要注重增設(shè)管道安全設(shè)施。

(1)排氣閥

在引水管道實(shí)際運(yùn)行中，管道水流會攜帶部分空氣，為將引水管道內(nèi)存在的空氣及時排出，防止氣阻，避免負(fù)壓在引水管道中產(chǎn)生，對于距離較長的引水管道，必須設(shè)置排氣閥。

(2)調(diào)壓池或減壓閥

在地形因素影響下，農(nóng)村地區(qū)引水管道通常存在較大的壓力，極易超出管材的實(shí)際承受能力。對此，需在引水管道中設(shè)置減壓池或者減壓閥，以解決上述問題。減壓池具有較強(qiáng)的運(yùn)行可靠性，但會導(dǎo)致水量損失，要基于實(shí)際用水量，對閘閥開度進(jìn)行調(diào)節(jié)[7]。減壓池還能對水量進(jìn)行調(diào)節(jié)。對于地勢平緩的引水管線，可在引水管道中設(shè)置減壓閥。減壓閥通常不會導(dǎo)致水量損失，但缺乏較長的使用壽命，減壓閥失效后，極易導(dǎo)致水管發(fā)生爆裂。因此，需定期對減壓閥會進(jìn)行檢查，必要時，及時對之進(jìn)行更換。

3 結(jié)語

綜上所述，在新時期對農(nóng)村飲用水引水管道進(jìn)行設(shè)計，要注重管線、管材及管徑選擇。同時，要通過對水源、引水管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，合理確定引水規(guī)模、增設(shè)管道安全設(shè)施等措施，實(shí)現(xiàn)對水資源的有效開發(fā)和合理利用，有效增強(qiáng)引水管道設(shè)計的科學(xué)性和安全性。