農(nóng)村引水安全鞏固提升工程設(shè)計

王福財

摘要：隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，工業(yè)廢水、生活污水和農(nóng)業(yè)污水排放量日趨增多，河流湖泊受到越來越嚴(yán)重的污染，人們的引水安全受到嚴(yán)重危害。引水安全事關(guān)人民福祉，因此如何提高農(nóng)村引水安全等級和鞏固提升農(nóng)村引水安全工程問題，已迫在眉睫。為解決我國農(nóng)村引水安全問題，探討了農(nóng)村飲水安全的建設(shè)問題。農(nóng)村引水安全鞏固提升工程主要包括水源工程和配水工程兩部分，以平?jīng)鍪嗅轻紖^(qū)安國鎮(zhèn)安全引水工程為例，對其工程中管徑、管道、管槽的設(shè)計進(jìn)行了分析探討，基于設(shè)計流量和流速確定管徑及各管段水頭損失，得出工程設(shè)計結(jié)果，為解決農(nóng)村引水安全鞏固提升工程問題提供相關(guān)思路。

關(guān)鍵詞：引水;農(nóng)村引水安全;工程設(shè)計;管網(wǎng)設(shè)計

中圖分類號：$277.7文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1概況

引水安全事關(guān)人民福祉。通過實(shí)施農(nóng)村飲水安全工程，我國農(nóng)村飲水問題在“十二五”末基本解決。但受自然、經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展條件制約，農(nóng)村供水總體處于初級發(fā)展階段，部分工程存在不穩(wěn)定、易反復(fù)的問題。“十三五”期間，中央決定實(shí)施農(nóng)村飲水安全鞏固提升工程，各地規(guī)劃總投資1317億元，規(guī)劃受益人口2.08億人，中央擬安排投資220億元，重點(diǎn)對貧困地區(qū)等予以適當(dāng)補(bǔ)助。據(jù)統(tǒng)計，通過多年努力，目前全國農(nóng)村自來水普及率達(dá)到80%，供水保證率和水質(zhì)達(dá)標(biāo)程度顯著提高。

平?jīng)鍪嗅轻紖^(qū)安國鎮(zhèn)位于平?jīng)鍪形鞅辈浚瑢氈需F路和312國道穿境而過，交通便利，全鄉(xiāng)轄20個行政村，91個生產(chǎn)合作社，3553戶，16068口人，總面積97km，耕地面積4623.4hm，其中山地4130.3hm，塬地202.3hm，川地290.9hm。

2 工程設(shè)計

涇水北調(diào)農(nóng)村飲水安全鞏固提升工程包含水源工程和配水工程兩部分。

2.1水源工程

2.1.1水源井布置

本次規(guī)劃在安國鎮(zhèn)頡河右岸階地新打機(jī)井2眼作為補(bǔ)充水源，經(jīng)現(xiàn)場勘查，規(guī)劃在在安國鎮(zhèn)安國村新打機(jī)井l眼（編號5#機(jī)井），安國鎮(zhèn)土橋村新打機(jī)井1眼（編號6#機(jī)井），本論述計算以5#機(jī)井為例。

新打5#機(jī)井位于安國鎮(zhèn)安國村頡河右岸階地，設(shè)計井深75m，設(shè)計井徑0.3m，井口高程1559m。由地質(zhì)鉆孔抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并參考頡河水源地安國村周邊原有機(jī)井抽水試驗(yàn)，機(jī)井可保障出水量為32m/h，故機(jī)井設(shè)計取水量為32m/h。

2.1.2 水源榆水管設(shè)計計算

（1）5#機(jī)井輸水管

本次設(shè)計從安國村新打5#機(jī)井鋪設(shè)輸水管道，管道穿過頡河后沿頡河左岸河堤外側(cè)向上游鋪設(shè)，鋪設(shè)至樁號1+520處與原4#機(jī)井上水管道連接，通過原4#機(jī)井上水管道（φ160PVC管）上水至頡河水廠二泵站，補(bǔ)充水量。

①管道管材選擇

根據(jù)規(guī)劃管線布置方案，從機(jī)井鋪設(shè)管道至原上水管道需橫穿頡河埋設(shè)，故管道宜選擇承壓等級較高、抗震性較好的鋼管。

②管徑的確定

新打5#機(jī)井設(shè)計取水流量為32m/h。

可根據(jù)下式計算管徑：

經(jīng)計算，管道計算內(nèi)徑為D=106mm，選取管道規(guī)格結(jié)合管道水力計算后確定。

③管道水力計算

管道水力計算的主要任務(wù)是合理確定管道的管徑、最大內(nèi)水工作壓力和水頭損失，為管道承壓等級選擇提供依據(jù)。

管材的設(shè)計內(nèi)水壓力應(yīng)根據(jù)管材的最大工作壓力確定，最大工作壓力根據(jù)工作時的最大動水壓力和不輸水時的最大靜水壓力確定。

依據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程設(shè)計規(guī)范》（SL687-2014），采用下式計算管道水頭損失及管徑：

總水頭損失：

h=h+h（2）

沿程水頭損失：

h=iL（3）

局部水頭損失：

h=0.1h（4）

i=10.67C^{-1.852-Qd（5）}

式中：h-總水頭損失，m;

h-沿程水損，m;

h-局部水損，m;

i-單位管長水頭損失，m/m;

Q-管段流量，m/s;

L-管長，m;

C-海曾威廉系數(shù)，鋼管、砼管取120～130，塑料管取140～150;

d-管道內(nèi)徑，m。

新打5#機(jī)井輸水管道水力計算結(jié)果見表1所列。

④輸水管道的確定

根據(jù)管道水力計算，確定輸水管道規(guī)格如下：選擇公稱直徑DN100鋼管，外徑114mm，壁厚6mm，承壓等級4.0MPa。

⑤水泵型號的確定

經(jīng)實(shí)測，新打5#井口高程為1559m，二泵站高程為1634m，設(shè)計井深為75m，幾何揚(yáng)程150m，通過管道水力計算結(jié)果可知，管道總水頭損失為79.04m，故水泵總揚(yáng)程為H=150+79.04+2=231.04m。查潛水泵選型樣表，本次水泵選取200QJ32-247/19型潛水泵，額定流量32m/h，額定揚(yáng)程247m，配套電機(jī)功率37kW，滿足本次供水工程需求。為了防止水錘破壞，在潛水泵出水管設(shè)置DN100緩閉逆止閥1個，承壓等級4.0MPa，設(shè)置DNl00閘閥2個，承壓等級4.0MPa。

（2）管槽設(shè)計

根據(jù)規(guī)范要求，寒冷地區(qū)，管頂應(yīng)埋設(shè)于凍深線以下;穿越道路、農(nóng)田或沿道路鋪設(shè)時，管頂覆土不宜小于1.0m。本次埋設(shè)管道最大管徑為DNl25鋼管，故底部開挖寬度取0.6m，河道埋設(shè)段開挖深度1.8m，開挖邊坡1：0.5，河堤外側(cè)埋沒毆開挖深度1.5m，開挖邊坡1：0.25。

2.2配水工程

本次配水工程規(guī)劃布設(shè)唐灣高位蓄水池至白廟鄉(xiāng)欒塬村配水干管復(fù)線和唐灣高位蓄水池至上灘蓄水池配水干管復(fù)線。

2.2.1管材比選

管材是本工程中投資費(fèi)用影響較大的材料，必須結(jié)合實(shí)際情況擇優(yōu)選用。針對本工程特點(diǎn)，根據(jù)設(shè)計內(nèi)水壓力、敷設(shè)方式、外部荷載、地形、地質(zhì)、施工和材料供應(yīng)等條件，按照運(yùn)行安全、耐久、減少滲漏、施工和維護(hù)方便、經(jīng)濟(jì)合理及防止二次污染的原則，通過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全綜合選取。

（1）鋼管

鋼管特點(diǎn)是耐高壓、耐震動、單管長度大和接口方便，但承受外荷載的穩(wěn)定性差，耐腐性差，管壁內(nèi)外都需有防腐措施，而且造價較高，在給排水管網(wǎng)中通常適用于管徑大和水壓高處，以及因地質(zhì)、地形條件限制或穿越公路、鐵路、河谷時使用。

（2）UPVC管

UPVC管是以聚氯乙烯樹脂為載體，在減弱樹脂分子鏈接間的引力時具有感溫準(zhǔn)確、定時熔融、迅速吸收添加劑的有效成分等優(yōu)良特性。同時，UPVC管具有耐酸堿、耐腐蝕、不生銹、不結(jié)垢、韌性好、重量輕、無污染等優(yōu)點(diǎn)，且運(yùn)輸、安裝方便。管徑一般為20-400mm，工作壓力0.6～2.5MPa。UPVC管的連接方式有承插膠圈連接、黏合連接和法蘭連接。這幾種連接方式都不需另挖工作坑可直接在管溝中安裝。

本次設(shè)計主要選用適合本工程特點(diǎn)的鋼管、PE管、UPVC管三種管材進(jìn)一步比選分析。對上述選定的不同材質(zhì)的管材進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，各類管材單位造價見表2所列。

通過以上三種管材的經(jīng)濟(jì)比選，工程投資從大到小依次為：鋼管、PE管、UPVC管。

從投資控制的角度講，選用UPVC管較好。但是，從地埋管道的移動、彎曲和管道對于基礎(chǔ)的適應(yīng)能力等方面綜合比較，本工程優(yōu)先選用PE管，由于國家標(biāo)準(zhǔn)《給水用聚乙烯（PE）管材》（GB/T-13663-2000）中PE管最大承壓為1.6MPa，故在管道承壓等級要求大于1.6MPa處選擇UPVC管，在跨河段選擇鋼管。

2.2.2 管徑的確定

（1）設(shè)計流量

根據(jù)工程總體布置，結(jié)合表2，供水規(guī)模計算成果表，為了節(jié)約成本，對配水主干管進(jìn)行分段變徑，通過計算各段不同的輸水流量，確定各段配水干管的管徑。根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程設(shè)計規(guī)范》，配水干管設(shè)計流量應(yīng)按最高日最高時用水量確定末端出流量，按包容關(guān)系逐級向上推算各節(jié)點(diǎn)的流量。

各段日平均輸水流量根據(jù)下式進(jìn)行計算：式中：Q-最高日平均輸水流量，m/h;

W-最高日供水量，m/d;

T-日工作時間，本項(xiàng)目取24h。

考慮全日供水工程的時變化系數(shù)，最高日最高時輸水流量依據(jù)下式計算：

Q=k×Q（7）

式中：Q-最高日最高時輸水流量;

Q-最高日平均輸水流量，m/h;

k-時變化系數(shù)，取1.8。

設(shè)計流量計算結(jié)果見表3所列。

（2）管徑確定

根據(jù)各段配水管道的設(shè)計流量計算相應(yīng)的管徑。

根據(jù)下式計算管徑：

式中：D——管道內(nèi)徑，m;

Q——沒計輸水流量，m/s;

V——經(jīng)濟(jì)流速，本項(xiàng)目取1m/s。

管徑計算結(jié)果見表3所列。

2.2.3 配水管道水力計算

管道水力計算的主要任務(wù)是合理確定管道的管徑、最大內(nèi)水工作壓力和水頭損失，為管道承壓等級選擇提供依據(jù)。

管材的設(shè)計內(nèi)水壓力應(yīng)根據(jù)管材的最大工作壓力確定，最大工作壓力根據(jù)工作時的最大動水壓力和不輸水時的最大靜水壓力確定。對于不同的管材，設(shè)計內(nèi)水壓力計算公式為：

鋼管：P+0.5，且≥0.9MPa;

PE、UPVC管：1.5P

式中P為最大內(nèi)水工作壓力。

依據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程設(shè)計規(guī)范》（SL687-2014），采用（2）（3）（4）（5）計算管道水頭損失及管徑，配水管道計算成果見表3所列。

2.2.4 配水管道的確定

根據(jù)管道的管徑計算和水力計算，確定本次配水管道如下：

唐灣蓄水池至白廟鄉(xiāng)欒塬村配水干管復(fù)線：配水干管復(fù)線37.285km，其中1.0MPaφ200PE管13.47km;1.6MPaφ200PE管2.02km，1.6MPaφ180PE管1.53km;1.6MPaφ160PE管4.4km;2.5MPaφ160PVC管8.53km;2.5MPaφ125PVC管3.265km;2.5MPaφ90PVC管4.07km。與原配水支管連接管道4.7km，其中1.6MPaφ75PE管0.8km;1.6MPaφ63PE管2.7km;2.5MPaφ75PVC管0.3km，2.5MPaφ63PVC管0.9km。

唐灣蓄水池至上灘蓄水池配水干管復(fù)線：配水干管復(fù)線18.93km，其中1.6MPaφ200PE管9.15km，2.5MPaφ200PVC管6.13km，DN200鋼管（壁厚7mm，外徑219mm）3.65km。

2.2.5 管槽設(shè)計

根據(jù)規(guī)范要求，寒冷地區(qū)，管頂應(yīng)埋設(shè)于凍深線以下;穿越道路、農(nóng)田或沿道路鋪設(shè)時，管頂覆土不宜小于1.0m。本項(xiàng)目取管頂覆土深度1.2，開挖邊坡為1：0.25。

本項(xiàng)目各段管道中，最大管徑為φ200PE管，故底部開挖寬度取600mm，開挖深度1.4m，開挖邊坡1：0.25。

3 結(jié)束語

保證引水質(zhì)量是一個刻不容緩的過程，農(nóng)村引水安全鞏固提升工程必須引起高度重視。在提高安全引水質(zhì)量的前提下，采取合理的工程設(shè)計方法，保證優(yōu)質(zhì)服務(wù)，開源節(jié)流，降低成本，確保引水安全工程的良性運(yùn)轉(zhuǎn)。平?jīng)鍪嗅轻紖^(qū)安國鎮(zhèn)安全引水工程在配水管材的選擇方面主要采用鋼管、PE、PVC三種管材，并根據(jù)設(shè)計流量和流速確定管徑及各管段水頭損失，詳見表2～3。本論述所進(jìn)行的的管網(wǎng)布置和配水管網(wǎng)設(shè)計對平?jīng)鍪嗅轻紖^(qū)安國鎮(zhèn)農(nóng)村引水安全鞏固提升工程具有很大實(shí)用價值，可為具體工程的實(shí)施提供借鑒參考。