昌吉市農(nóng)村飲水工程（佃壩鎮(zhèn)段）配水工程設(shè)計(jì)

張 成

（新疆昌吉市農(nóng)村集中供水中心，新疆 昌吉 831100）

1 工程概況

昌吉市兩鄉(xiāng)兩鎮(zhèn)農(nóng)村飲水安全工程是昌吉市改善農(nóng)村人居環(huán)境、助力鄉(xiāng)村振興農(nóng)村安全飲水項(xiàng)目的一部分，其維修改造涉及六工鎮(zhèn)、濱湖鎮(zhèn)、佃壩鎮(zhèn)、大西渠鎮(zhèn)等區(qū)域，工程水源為地下水，利用大西渠鎮(zhèn)政府旁機(jī)井一眼，另新建機(jī)井一眼，共配套機(jī)井2 眼，期間新建井位置距原有井間距800 m，井深200 m，單井出水量160 m3/h。根據(jù)水質(zhì)化驗(yàn)，水源井各項(xiàng)常用水質(zhì)指標(biāo)均達(dá)到評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中一級水指標(biāo)要求。昌吉市改善農(nóng)村人居環(huán)境、助力鄉(xiāng)村振興農(nóng)村安全飲水項(xiàng)目將徹底解決昌吉市12.66 萬人農(nóng)村人口飲水安全問題，通過新建、擴(kuò)建、配套、改造、聯(lián)網(wǎng)等措施，到2020 年，使昌吉市農(nóng)村集中供水率達(dá)到95%以上，農(nóng)村自來水普及率達(dá)到90%以上，水質(zhì)達(dá)標(biāo)率達(dá)到95%以上，供水保證率設(shè)計(jì)供水規(guī)模在20 m3/d 以上的集中式供水工程不低于95%，其他小型供水工程或嚴(yán)重缺水地區(qū)不低于90%，供水保障程度進(jìn)一步提高。

2 配水工程設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

保證供水安全，施工方便，管線短，土石方量小，便于維修管理。供水管線的選擇充分利用現(xiàn)有地形，優(yōu)先考慮利用地形高差重力輸水。選擇最短線路；既要照顧現(xiàn)狀，又要考慮遠(yuǎn)景發(fā)展規(guī)劃，近遠(yuǎn)期結(jié)合，盡可能沿道路布置；力求少占農(nóng)田、破壞植被；管線埋設(shè)在地形起伏小、順直段，附件設(shè)置少；長距離輸水，在隆起點(diǎn)設(shè)排氣閥，在低凹處設(shè)排氣閥；輸水干管沿公路及簡易道路布置，防止壓在路面之下；輸水管網(wǎng)應(yīng)根據(jù)用水要求，遍布整個(gè)給水區(qū)，供水到戶，保證用戶有足夠的水量與水壓；管頂埋深在最大凍深1.8 m 以下[1]。

2.2 管線布置

本次實(shí)施主要為輸配水管建設(shè)，由于居民區(qū)和主要道路（主要道路均為柏油路）已建，本次管線布置形式較為單一，管網(wǎng)線路提出兩種方案進(jìn)行比選。

方案一：管線沿現(xiàn)有已建柏油道路路邊布置，施工時(shí)先用切割機(jī)將需要破壞的路面切開，再進(jìn)行管溝開挖，管道施工完成后再恢復(fù)柏油路面。該方案優(yōu)點(diǎn)為不占用耕地，不存在耕地補(bǔ)償費(fèi)，施工不受季節(jié)影響；缺點(diǎn)為主管基本全部位于道路邊，施工工作量大，阻礙交通，主干道以后加寬改造將使主管置于道路中心，運(yùn)行養(yǎng)護(hù)難度大。

方案二：管線盡量避開主干道柏油路，沿田間路邊或耕地邊布置。該方案優(yōu)點(diǎn)為不破壞道路，施工不影響交通，后期運(yùn)行管理方便；缺點(diǎn)為管道施工需占用耕地，與農(nóng)民協(xié)商困難，需支付補(bǔ)償費(fèi)用，施工期受農(nóng)作物生長期影響，需合理安排施工期。

本次設(shè)計(jì)通過對兩方案1 km 管線投資進(jìn)行比較，推薦采用方案二。投資比較見表1。

2.3 配水管材的選取

農(nóng)村供水工程中，對管材的基本要求是對水質(zhì)不產(chǎn)生毒害、污染，價(jià)格低，耐腐蝕，使用年限較長，施工容易安裝；內(nèi)壁光滑（減少水頭損失，節(jié)約能源）；工作安全可靠，保證工作所需壓力。

本工程管材的選擇主要從管材造價(jià)、安裝速度、經(jīng)濟(jì)耐用等方面進(jìn)行比較。根據(jù)市場價(jià)格及防病改水工程普遍采用的管材，管徑小于400 mm 的塑料管綜合造價(jià)比球墨鑄鐵管和玻璃鋼管都要低，且具有耐腐蝕、管壁光滑、輸水能力強(qiáng)、重量輕、安裝速度快[2]等特點(diǎn)，而本次設(shè)計(jì)最大的管徑為DN250，因此推薦選擇UPVC 管和PE 管兩種管材，結(jié)果見表2。

表1 管線布置方案投資比選表

表2 配水管材比較表

根據(jù)比選，球墨鑄鐵管管材造價(jià)高，但抗腐蝕性強(qiáng)，強(qiáng)度高適用于規(guī)模較大的供水工程，一般DN200 以上性價(jià)比較高；PE管管材造價(jià)適中，具有耐沖擊、耐腐蝕、高韌性的特點(diǎn)，UPVC管價(jià)格最低，但UPVC 管抗荷載差、實(shí)際運(yùn)行中較易發(fā)生爆管現(xiàn)象。通過比選PE 管的安全性和質(zhì)量均比UPVC 管優(yōu)越，結(jié)合昌吉市已實(shí)施飲水安全工程中管材選用的實(shí)際情況，本工程給水管材選用1.0 MPa 生活用聚乙烯管，即PE 管材。

2.4 管網(wǎng)設(shè)計(jì)

2.4.1 管網(wǎng)設(shè)計(jì)流量

式中：Q配為配水管設(shè)計(jì)流量，m3/h；Q 為水廠供水流量，m3/h；K時(shí)為時(shí)變化系數(shù)，農(nóng)村最高日用水量時(shí)變化系數(shù)取值為2.2；T 為水廠日工作時(shí)間，h，取T=24 h。

經(jīng)計(jì)算，昌吉市農(nóng)村飲水工程（佃壩鎮(zhèn)段）配水管網(wǎng)設(shè)計(jì)流量800 m3/h。

2.4.2 管網(wǎng)水力計(jì)算

考慮到本次實(shí)施方案階段布置到項(xiàng)目區(qū)村頭，由于是從已建工程管網(wǎng)接水，根據(jù)接口壓力適當(dāng)調(diào)整供水管管徑，以滿足最不利節(jié)點(diǎn)受水區(qū)對供水水壓的要求。

管段的計(jì)算流量等于該管段下游各節(jié)點(diǎn)流量之和，管段管徑的計(jì)算按下式：

式中：d 為管段的計(jì)算內(nèi)徑，mm；Q 為管段的計(jì)算流量，m3/s；V為管段內(nèi)水的經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)流速，m/s。

根據(jù)各管段的計(jì)算流量，參考不同管徑的經(jīng)濟(jì)流速范圍，結(jié)合整個(gè)管網(wǎng)的布置，優(yōu)化選擇合理的管徑，并計(jì)算出各管段水頭損失。聚乙烯管在水溫10℃時(shí)的沿程水頭損失采用下式計(jì)算：

式中：hf為單位沿程水頭損失，m；Q 為管段管網(wǎng)設(shè)計(jì)流量，m3/s；d 為供水管內(nèi)徑，mm；L 為供水管長度，m。

局部水頭損失按沿程水頭損失的10%計(jì)。具體計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 佃壩鎮(zhèn)段管網(wǎng)水力計(jì)算表

3 結(jié)論

昌吉市農(nóng)村飲水工程（佃壩鎮(zhèn)段）配水工程自實(shí)施以來，配水工程在整個(gè)農(nóng)村飲水工程運(yùn)行中起到了關(guān)鍵性作用，為確保配水工程正常運(yùn)行，必須加強(qiáng)配水管網(wǎng)布置及各級管道管材的比選，重視管徑的合理設(shè)計(jì)，加強(qiáng)管網(wǎng)水力計(jì)算控制。昌吉市農(nóng)村安全飲水工程的順利實(shí)施在改善項(xiàng)目區(qū)內(nèi)農(nóng)村居民生活衛(wèi)生條件、提升居民健康水平、加快我國新農(nóng)村建設(shè)步伐、推動(dòng)和諧社會(huì)發(fā)展方面效益十分凸顯。