丹鳳縣武關鎮供水工程輸配水管材選擇

劉濤莉，白浩成，宋玫霖

（丹鳳縣水利局，陜西 丹鳳 726200）

0 引言

武關鎮地處丹鳳縣城東南部35 km，距商洛市區82 km，距西安市221 km。東與商南縣試馬鎮、金絲峽鎮接壤，西與鐵峪鋪鎮、花瓶子鎮為鄰，北接巒莊鎮，轄14 個行政村，102 個村民小組，5660 戶，總人口 21383 人，總面積 286.9 km2，耕地面積24333 畝，森林覆蓋率65%。目前武關鎮實際供水量僅為90 m3/d，干旱期不足50 m3/d，當地群眾生活、生產用水主要取自河道溪水和臨時搭建的供水點，飲水水質、水量難以有效保障，嚴重影響了當地經濟發展和群眾的正常生活生產需要。本項目主要用于解決武關鎮武關村和南坪村以及武關古鎮規劃人口的用水問題。

1 概況

丹鳳縣武關鎮供水工程位于丹鳳縣武關鎮境內，地處陜西省東南部，秦嶺東段南麓。供水規模為Ⅲ型，供水對象為武關鎮全鎮人口，人口預計到設計水平年2025 年人口約為10460 人，重要性分類為一般，對應的工程等別確定為Ⅴ等小（二）型工程；永久性建筑物按其工程等別劃分為主要建筑物5 級，次要建筑物為5 級；臨時建筑物按5 級設計；建筑物洪水標準為：設計洪水標準取10 年一遇設計，校核洪水標準取30 年一遇標準。

工程輸水管線總長655 m，其中大口井至高位蓄水池上行壓力提水管線長405 m，蓄水池至水廠下行重力自流輸水管線250 m。設計流量32 m3/h，泵站設計揚程值71.5 m。工程配水管網由干管、分干管、支管三級管道組成，其中配水干管、分干管、支管總長分別2562 m、6061 m、53900 m。

2 需水量計算及供水規模

根據武關鎮供水范圍、村鎮人口發展狀況、居民和牲畜用水指標、管網漏失水量和未預見用水量、水廠自用水量，設計水平年受水區需水量見表1。

表1 設計水平年常規需水量預測成果表

設計水平年2025 年受水區常規任務時最高日取水量為1397 m3/d，年供水量為36 萬m3。同時，根據《陜西省村鎮供水設計要點》第4.3 條規定，“村鎮供水工程供水規模原則上在百位或十位四舍五入取整數”，故確定本工程供水規模為1400 m3/d。

3 管材及性能介紹

目前常用管材有：鋼管（SP）、球墨鑄鐵管（DIP）、PE 管、PVC-U 管等。球墨鑄鐵管具有耐久性強、承擔壓力高、安裝方便等優點，同時具備鋼管優點，避免了鋼管易腐蝕的缺點，價格便宜，但脆性大。PVC-U 管、PE 管具有內壁光滑、耐腐蝕、重量輕、運輸安裝方便等優點，但對管床基礎和管周回填土要求較高；鋼管具有耐壓高、易連接等優點，但鋼管費用高，需要作內外防腐，以免被腐蝕。

①從管道的承壓能力來看，鋼管、球墨鑄鐵管的承壓能力最好，PVC-U 管和PE 管承壓能力次之。

②從經濟角度講，DN300 以下管徑，鋼管價格最高、球墨鑄鐵管和PE 管相當，壓力較大時PVC-U 管價格相對較高。

③從管道接口看，鋼管采用焊接，球墨鑄鐵管為承插口連接、橡膠圈密封，PVC-U 管可承插式柔性接口、也可插入式溶劑粘結接頭或法蘭接頭等剛性接頭。PE 管應采用熱熔連接、電熔連接和機械連接。

④從管道重量及施工方面看，球墨鑄鐵管最重，鋼管重量居中，施工不便。PVC-U 管、PE 管最輕，施工方便。

⑤從耐腐蝕角度出發，鋼管耐腐蝕最差，球墨鑄鐵管次之；PVC-U 管、PE 管耐腐蝕性能良好。

⑥從安全性及市場信譽度來說，鋼管承壓最高，適應性最廣；PVC-U 管、PE 管耐壓最低，市場信譽度差；球墨鑄鐵管安全性及市場信譽度良好。

⑦從管材壽命看，鋼管壽命稍短，其余管材壽命在50 年以上。

不同管材性能見表2。

表2 不同管材性能比較表

經綜合比較，PVC-U 管、PE 管耐腐蝕、重量輕、施工方便，但對施工安裝要求嚴格，耐壓低球墨鑄鐵管價格較低，連接方式為承插式，施工方便，耐壓高，尤其是中小管徑耐壓更高；鋼管具有耐高壓、韌性好的特點，適宜用于管道變化多、連接復雜的部位，可用于穿越鐵路、河谷及地震區等其他管材不易解決的工程情況，但價格相對較高。

由于本工程輸水管線屬于高揚程提水，要求管材承受極高內水壓力，另外從供水工程的重要性、施工、運行管理、投資等方面綜合分析比較，本段推薦采用鋼管。

本工程配水管線水壓較低，本次設計輸水管線總體走向平順，地勢起伏不大，推薦管線采用PE 管。

4 輸配水管線水力計算

根據《村鎮供水工程設計規范》（SL687—2014）第7.2.7 章節規定公式進行水力計算：

式中：hi為單位管長水頭損失，m；L 為計算管段的長度，m；i 為單位管長水頭損失，m/m；C 為海曾威廉系數；Q 為管段流量，m3/s；d 為管道內徑，m。

局部水頭損失按沿程水頭損失的10%計算。

輸水管道水力計算見表3。

表3 輸水管線水力計算表

從表3 可以看出，方案1 管徑較方案2 和方案3 小，但配套水泵揚程過大，單公里水損達到63.9 m，極不經濟，水泵運行電費高。方案2 和方案3 管徑不同，但從水泵樣冊上看，兩種管徑配套的水泵電機均為15 kW，方案3 管徑大，管道土建投資高，且流速0.53 m/s，過小。方案2 則管徑適中，投資適中，配套水泵揚程合適，因此從工程投資及后期長遠運行考慮，方案2管徑為DN150 為最優方案。

配水管網主、支、分管流量按照各主、支、分管擔負的用水范圍的用水人口，依據用水量預測的計算方法，先計算分管（入村的引水管）的流量，在依次計算支管和主管的設計流量。經統計計算本工程各配水管道控制人口及設計流量見表4。

根據《村鎮供水設計要點》，配水管網按最高日最高時用水量作為管道的設計流量。選取時變化系數K時＝2.2，日變化系數 k日＝1.4。

設計流量=供水規模×時變化系數/24；人均配水當量=設計人口；節點出流量=人均配水當量×節點設計人口+大用戶用水量；D=(4Q/πv)0.5。

沿程水頭損失按海登- 威廉公式計算，管道水頭損失=沿程損失+局部水頭損失。

表4 各配水管道控制人口及設計流量統計表

根據水力計算結果，各段直徑、設計壓力結果見表5 及表6。

表5 配水管徑計算結果表

表6 配水管壓計算結果表

（1）管徑確定

管徑選擇與經濟流速、水頭損失、水錘壓力等有關。在管道流量確定的條件下，管道的流速大小決定著管徑的大小，關于流速的大小，應從技術和經濟兩方面因素考慮，從技術角度說，為防止輸水管道因水錘而出現管道爆管事故，管道最大設計流速不應超過2.5 m/s～3.0 m/s。由于本工程主要為壓力提水，因此，管徑的選取主要與水廠處富裕水頭和水廠位置高程決定，經表3 可知，輸水管道管徑統一采用DN150 鋼管，方可滿足擬建取水口和武關鎮輸水干管的富余水頭要求。

配水管道管徑按最高日最高時用水量計算確定，根據本工程規模時變化系數取2.2，管道設計流速為0.6 m/s～2.0 m/s。經過計算，水廠至受水區的配水管道管徑為：配水干管采用DN250～DN75PE 管；分干管采用 DN200～DN32PE 管。

（2）管壓確定

根據工程總體布置和輸水配水線路走向，管壓的確定應根據不同建筑物的銜接，分段計算確定。各管段分段管壓為最大使用壓力（靜水壓力）再加上一定的安全余量，另外，考慮設備采購、施工控制和后期的管理維護等各種因素，管壓等級不宜過多，針對不同管段的管材，管材不同，確定的壓力段應有所區別。

鑒于本工程為山區小型供水工程，結合上述管材分析和管徑計算，本次輸水管道采用DN150 鋼管，管壓1.6 MPa；配水管道采用DN250～DN32PE 管，管壓取值0.8 MPa～1.25 MPa。

5 結語

本工程從經濟和安全的角度出發，據地形和管道壓力選擇不同管徑、管壓的組合方案，既可保證工程的正常運行，又可達到經濟實用的目的。目前，丹鳳縣武關鎮供水工程已建成投產，管線運行情況良好，為當地村民提供了可靠的水源保障，取得了良好的經濟效益。