巴圖營鄉應急引水工程實施方案研究

沈 松

（遼寧省石佛寺供水有限責任公司，遼寧 沈陽 110166）

0 引言

巴圖營鄉位于遼寧省朝陽市北票市，2014 年春夏先后遭受了嚴重的春旱和伏旱，全市平均降雨量54.4 mm，比常年同期偏少七成，是1958 年以來有完整記錄氣象最小值。巴圖營鄉政府所在地缺水人口達1.48 萬人，鄉鎮主要機關、學校、醫院、供電等部門同時出現飲水困難。現有飲水工程不能滿足需巴圖營鄉的生活和工農業用水需求，經測算實際運行缺水量為216 m3/d，因此需要對現有飲水工程進行改擴建。

1 工程概況

巴圖營鄉位于北票市最南部，地勢東高西低，多為丘陵山地，屬暖溫帶半濕潤的大陸性季風氣候區，四季分明，春冬兩季降水量少，蒸發量大，空氣干燥，夏季炎熱，雨量較集中，屬雨熱高峰。多年平均降水量474.7 mm，大部分集中在7 月～9 月，約占全年降水量61.9%，多年平均氣溫為8.7℃。

巴圖營鄉屬小凌河流域，境內主要有巴圖營河，流域面積181.08 km2。境內有東山咀水庫，位于崔家杖子河上，崔家杖子河屬小凌河二級支流、巴圖營河一級支流。該水庫集雨面26.9 km2，河流長度7 km,河道平均比降為19‰。巴圖營鄉政府位于東山咀水庫大壩下游。本次擬在東山咀水庫輸水洞出水口處取水，經過凈化后經管道輸水自流至巴圖營鄉蓄水池。

2 實施方案

2.1 供水水源選擇

在巴圖營鄉地下水不能滿足當地需水量要求的情況下，擬采用東山咀水庫庫區水為水源。東山咀水庫于1975 年建成并投入使用，是一座以防洪、灌溉為主，兼顧養魚、旅游等綜合利用的小一型水庫，建設在小凌河二級支流崔家杖子河上，水庫正常高水位236.1 m，設計洪水位238.6 m，校核洪水位240.36 m。校核洪水位庫容550 萬m3。該水庫水量可以滿足巴圖營鄉長期用水要求，而且水質情況相對較好，可以選定為本工程的取水水源。

2.2 水量計算

根據《抗旱規劃實施方案技術綱要》及《遼寧省地方標準行業用水定額》中所限定的最低每日用水量來計算水量。應急引水工程水量計算結果見表1。供需平衡可以滿足中旱年鄉鎮居民的基本飲用水，供水保證率可達到100%。

表1 應急引水工程水量計算表

2.3 工程級別與方案

本工程的引水流量為216 m3/h，為0.06 m3/s。根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》確定，北票市抗旱應急備用水源巴圖營鄉應急引水工程的供水對象重要性為“一般”，工程等別IV 等，工程規模為小（1）型。主要建設內容包括蓄水池1 座，輸水管路1.9 km，管護房100 m2。

3 工程設計

3.1 輸水管線布置

綜合考慮供水安全，施工安全，節約勞動力，線路符合各行業的規劃要求。巴圖營鄉應急引水工程輸水管線自巴圖營鄉東山咀水庫輸水洞出水口處取水，輸水管線向正南方向，穿過公路后轉向西南方向到達巴圖營鄉蓄水池。輸水管線全長1.9 km。

從水源的供水安全性上要求，應考慮鋪設兩條輸水管道上，且單條輸水管道應保證另一條發生事故時輸水量達到總輸水量的70%。但本工程取水量不大，輸水距離相對較遠，如果鋪設兩條管線，工程造價將提高近一倍，工程費用的加大，將使單位制水成本提高，引起水價的上漲，企業不易接受。綜合考慮，本次工程僅建一條輸水管道[1]。

3.2 輸水管線選材

本輸水工程具有單管線、大流量、長距離、輸水安全性要求高的特點，遵循節省資金、方便供貨、易于施工的原則。經比較，球墨鑄鐵管各種性能較好，具有耐腐蝕、承受此壓力的能力，且球墨鑄鐵管單位長度阻力較小，在地勢高差變化較大，地質條件比較復雜的長距離輸水過程中優點較突出，運行成本較低。綜上，決定采用安全性較高的球墨鑄鐵管做為本次工程的主輸水管材，穿河及公路段管道采用鋼管穿越。

3.3 管徑確定

長距離壓力輸水工程中，在滿足用水點所需水量和水壓的前提下，輸水管管徑的大小與提升水泵的揚程存在著多項組合。擬通過計算法來確定本輸水工程經濟管徑。

公式如下：

式中：d 為供水管徑，m；q 為供水流量，m3/s，本次計算為216/3600＝0.06 m3/s；v 為供水管路流速，m/s，根據給排水規范規定，供水干管流速為1.2 m/s～2.0 m/s，本次取1.26 m/s。

則d=0.246，m＝246 mm, 為減少管道水損和滿足自流要求，選擇管徑為DN600。

3.4 水錘分析

在輸水管道中通常發生的多為瞬間關閉管道末端閥門而引起的水錘壓力，管路系統中必須設置水錘防護措施或消除措施，將水錘壓力減少到管道的試壓標準以下或減小至可忽略不計。本工程系長距離輸水管線，管線上有高點出現。這些高點由于距供水壓力線較近，平時壓力較小，一旦出現供水中斷時很可能會出現水柱拉斷，即非常水錘。管線可能會受到負壓及隨后高壓的影響，有破壞的可能。

a.計算管道水擊波傳播速度，公式為：

式中：C 為水擊波速度（m/s）；a 為水的彈性系數與管壁材料的彈性系數比值為0.02；d 為管道內徑（cm）；δ 為管壁厚度（cm）。計算得C=904.15 m/s。

式中：Hα為直接水擊壓強水頭（m）；V0為關閉前水流速度（m/s）。

計算得Hα=19.59m。

根據泵站揚程計算和直接水擊壓強水頭計算，綜合考慮采用DN600K9 的標準球墨鑄鐵，其最大水壓力可達1.6 MPa，爆破壓力達到5 MPa。可保證輸水管線安全。

3.5 管道水力計算

a.沿程水頭損失hf計算：

可采用下式計算管道沿程水頭損失，公式為：

式中：hf為管道的沿程水頭損失（m）；L 為管長（m）；Q 為管內通過的流量（m3/h）；d 為管道內徑（mm）；f、m、b 為鑄鐵管材系數，

f=6.25×105，m=1.90，b=5.10。

b.局部水頭損失hj計算：

取沿程水頭損失的10%～20%為局部水頭損失，本次取15%，即hj＝0.15hf。

c.管道總消減水頭損失h 計算：

綜上，巴圖營鄉東山咀水庫輸水洞出水口處至巴圖營鄉蓄水池，L=1.9 km，h=0.25 m，工作壓力為21.65 m。

4 環境保護及水土保持

4.1 環境保護

該工程施工占地主要集中在管線上，且大部分為村路用地。對管線的臨時占地，在工程結束后要做好原地貌恢復和復墾工作，取土場在竣工后要進行土地平整，防止水土流失、土壤退化等現象發生。其它占地在工程竣工后需要綠化的地方應及時采取植被恢復措施。進場公路兩旁應植樹綠化，以達到防塵、降低噪聲的作用。

4.2 水土保持

抗旱應急備用水源工程水土流失類型主要為水力侵蝕。通過水土流失預測可以看出，施工時管線兩側會散落很多松土，應注意及時清理管線浮土，避免遇雨流失。臨時土料堆放邊坡應按1∶2 設計，坡腳處用編織袋土護腳。

5 工程運行管理

工程在運行中要對管護房、管網及蓄水池等水工建筑物經常進行監測和巡視，特別是洪水期加強監測，要定期對管道、蓄水池、閘閥井、排氣閥井等進行巡查，發現問題及時處理，確保工程安全、可靠運行，使其正常發揮效益。實行法人負責制，做到管理企業化；實行按表計量收費，做到供水商業化；實行定額供水，做到用水制度化；嚴格執行操作規程，做到運行科學化。

6 結語

本文分析了巴圖營鄉應急飲水工程實施方案，分別對水源選擇、輸水管線布置與選材等方面進行了論述，對供水水量、水錘、水頭損失等關鍵設計指標進行了計算，對環境保護、水土保持和工程運行管理等方面進行了論述。根據項目建成后的實施情況來看，巴圖營鄉應急飲水工程的實施，有效地解決了該地人民群眾生活及工農業用水短缺的問題，改善了居住條件，同時也可以對全鄉的引水工程運行管理起到一定的借鑒作用。