山東沂水農(nóng)村飲水安全工程村外主管網(wǎng)設(shè)計分析

楊成剛

（沂水縣水利局，山東 沂水 276400）

0 引言

截至2017 年底沂水縣自來水普及率達到90.6%，已解決922036 口人的吃水問題，未解決人口94915 人，主要存在問題包括：

1）人口增長造成的飲水困難

隨著人口的自然增長，用水量也隨之增加，而過去在建設(shè)人畜飲水工程時由于受社會和經(jīng)濟條件的限制，部分工程在設(shè)計時只注重了當(dāng)時的眼前利益，未考慮到長遠發(fā)展問題，因此，人口增加導(dǎo)致用水量不足，從而形成了新的人畜飲水困難。

2）干旱引起的飲水困難

近幾年來，沂水縣遭受了嚴重的干旱，春旱幾乎年年發(fā)生，夏、秋季干旱也頻繁發(fā)生，導(dǎo)致河道斷流、水源枯竭、地下水位不斷下降，使大部分機井等人畜飲水水源工程供水不足或沒水可供，致使原來已經(jīng)解決了的吃水困難的部分村莊重新又吃水困難，部分原本吃水不困難的村莊也成了新的吃水困難村莊。

3）水質(zhì)污染造成的飲水困難

近年來隨著工業(yè)的發(fā)展，特別是小型企業(yè)的快速增加、大量工業(yè)污水隨意排放；部分群眾用壓水井取水，獨家獨院、家禽、糞便、洗衣洗菜等污水下滲及樹木根系等造成井水水質(zhì)污染，嚴重影響了周邊地區(qū)的環(huán)境和水質(zhì)，致使區(qū)域內(nèi)水質(zhì)污染無法飲用。因此，該區(qū)域內(nèi)的農(nóng)村人口需解決飲水安全問題。

4）工程老化造成的飲水困難

沂水縣從最初解決農(nóng)村人畜飲水困難到現(xiàn)在已有幾十年的歷史，最早建設(shè)的自來水工程經(jīng)過多年的運行，已有部分工程老化，不能正常發(fā)揮作用。盡管有的工程經(jīng)過多次維修，由于主體工程老化嚴重，已很難發(fā)揮應(yīng)有的效益，致使已解決人畜飲水困難的村莊重新吃水困難。

為了緩解沂水縣農(nóng)村飲用水困難的問題，相關(guān)部門大力開展農(nóng)村飲水安全工程。本文圍繞沂水縣農(nóng)村飲水安全工程村外主管網(wǎng)設(shè)計分析展開分析。

1 項目區(qū)概況

1.1 自然地理

沂水縣位于魯中南地區(qū)，沂蒙山北部，沂山山脈南側(cè)，屬魯東南低山丘陵區(qū)，地勢西北高，東南低，自西北向東南傾斜，地貌復(fù)雜，溝壑、河溪縱橫貫穿。境內(nèi)大小河溪622 條。境內(nèi)有大小山頭1941 個，海拔最高點916.1 m，最低點為101.1 m。

1.2 水文氣候

沂水縣西部覆蓋著第四紀松散沉積物，為沖積－沉積－洪積成因，地下水資源為滲入蒸發(fā)型，含水較為豐富。其余淺層潛水源主要由大氣降水以及河水與巖層孔隙潛水補給，隨其水量的豐枯，潛水耗于蒸發(fā)或泄于河中，循環(huán)往復(fù)，交替發(fā)生，互相補給。

沂水縣屬暖溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季變化明顯，光照充足，冬季干冷，雨雪稀少，風(fēng)向多偏北；春季干燥，易發(fā)春旱，風(fēng)向多偏南；夏季高溫高濕，雨量集中；秋季天高氣爽，少雨干旱。多年平均降水量766 mm，其中汛期（6 月～9 月）多年平均降水量561.3 mm，是多年平均降水量的73.28%。年平均相對濕度66%，平均無霜期206 d，年平均蒸發(fā)量1020.5 mm，均日照2420.5 h，溫潤度為0.80。

2 水資源概況

根據(jù)《沂水縣水資源基礎(chǔ)研究》，沂水縣多年平均水資源總量89801 萬m3，其中地表水資源總量64815 萬m3，地下水資源總量24986 萬m3，兩者之間重復(fù)計算量13637 萬m3。

沂水縣可開發(fā)利用的水資源量54936 萬m3，其中地表水36947 萬m3，地下水17989 萬m3。

2.1 現(xiàn)狀水資源供需分析

全縣共建成大中小型水庫143 座，見表1。

表1 沂水縣水庫統(tǒng)計表

其中沂河流域39 座，沭河流域64 座，濰河流域118 座；另，全縣共有機電井5473 處，其中配套機電井3323 眼。

經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計計算，2008 年沂水縣各類水利工程設(shè)計供水能力達到45813 萬m3，其中地表水工程設(shè)計供水能力39497 萬m3，地下水供水工程設(shè)計供水能力為6316 萬m3；全縣現(xiàn)狀實際供水能力為37415 萬m3，地表水現(xiàn)狀供水能力為31099 萬m3，占現(xiàn)狀總供水能力的83%，地下水現(xiàn)狀供水能力為6316 萬m3，僅占現(xiàn)狀總供水能力的17%。

2.2 開發(fā)利用現(xiàn)狀

歷年沂水縣農(nóng)村飲水水源多依靠地下深井、大口井、山泉等供水保證率不高的水源。其次，城鎮(zhèn)工業(yè)生活廢污水濫泄，造成水質(zhì)惡化，甚至污染了地下水。造成一些地區(qū)人畜飲水困難。現(xiàn)狀工業(yè)用水重復(fù)利用率僅有13%，與國內(nèi)先進指標(biāo)（40%～90%）相距太遠。因此加強污水處理，提高重復(fù)利用率達到本縣先進水平（34%）亦可緩和供水不足。

3 村外主管網(wǎng)設(shè)計

根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL 252-2017）的規(guī)定，確定本工程規(guī)模為小型。本工程等別為Ⅴ等，工程防洪標(biāo)準(zhǔn)為20 年一遇，工程抗震等級8 度。

3.1 水源選擇

水源形式：深井。

計劃利用原有深井作為供水水源，實施入戶自來水工程。

該水源比較充足，配套二氧化氯消毒設(shè)備對水質(zhì)進行消毒凈化，使其能達到《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749）的要求。該工程供水保證率能達到95%以上。

3.2 管網(wǎng)設(shè)計

選取高莊鎮(zhèn)高莊村、佛莊村、下薛村、杏峪官莊村四村作為集中供水工程典型村外管網(wǎng)進行設(shè)計。現(xiàn)有3382 口人，人口自然增長率5‰，設(shè)計年限15 a。

3.2.1 設(shè)計用水量計算

（1）設(shè)計原則

用水標(biāo)準(zhǔn)：居民80 L/（人·d），設(shè)計年限末用水人口數(shù)按下式計算[1]：

式中：p 為設(shè)計年限末的用水人口總數(shù)；pa為現(xiàn)有人數(shù)；r 為人自然增長率，人口取6‰；n 為設(shè)計年限，取n=15 a。

則：居民：p=3382×（1+6‰）×15=3700 人

（2）日平均用水量Q

式中：Q 為人日均用水量，m3/d；p 為設(shè)計年限末人數(shù)，人；q 為人用水標(biāo)準(zhǔn)，L/（人·d）。

則，居民：Q=3700×80/1000=296 m3/d

（3）最高日用水量Qmax

式中：kd為日變化系數(shù)，取kd=1.5[2]。

則，Qmax=1.5×296=444 m3/d

（4）年用水量

Qy=365Qmax/kd=365×444/1.5=108040 m3

（5）最高時用水量Qhmax

供水系數(shù)全天供水，故設(shè)計最大時用水量按下式計算：

式中：kh為時變化系數(shù)，取kh=2.5。

則Qhmax=2×444/24=37 m3/h。

（6）每人最高日最高時用水量：

3.2.2 管網(wǎng)布置及水力計算

本供水管網(wǎng)采用聯(lián)村供水系統(tǒng)，通過輸水管道送至村中，各村村口處設(shè)閘閥在村中沿街鋪設(shè)干管，沿街巷鋪設(shè)支管，各住戶從支管引水入戶，入戶管直徑選定為20 mm，每戶設(shè)DN15球閥一個，DN15 水表、DN15 水龍頭站桿一套。

（1）管網(wǎng)布置：根據(jù)該村地形，采用樹狀管網(wǎng)的布置形式。

（2）主管道水力計算

①管徑

式中：Q 為管中流量，m3/h；D 為管內(nèi)徑，mm；V 為管內(nèi)流速，取V=1.0 m/s。結(jié)果見表2。

②沿程水頭損失

本工程管網(wǎng)一律采用PE 塑料管，沿程水頭損失采用下式計算：

式中：Hf為管道損失，m；Q 為管段流量，m3/s；D 為確定的該管段內(nèi)徑，m；L 為該管段長度，m。見表2。

③局部水頭損失（Hi）

局部水頭損失（Hi），按沿程水頭損失的10%計，計算結(jié)果見表2。

表2 村外干管道水力計算表

④水源水壓高程

水源水壓高程等于控制節(jié)點地面高程（H），加上從控制節(jié)點到供水水源點的各管段水頭損失（h總）之和，再加上控制點的自由水頭（Z）三者之和，即[3]：

式中：Zo為自由水頭，本工程取11.36 m；Ho、H 意義同上。

⑥各節(jié)點水壓高程

水源水壓高程（Ho），減去所求節(jié)點到供水水源各管段水頭損失（h總），為所求節(jié)點水壓線高程Hi=Ho-∑h總，Hi為所求節(jié)點水壓線高程。

⑦各節(jié)點自由水頭

所求節(jié)點水壓高程（Hi），減去該節(jié)點的地面高程（H），為該節(jié)點的自由水頭，Z=Hi-H，Z 為所求的自由水頭，結(jié)果見表3。

表3 村外主管道水壓線高程及節(jié)點自由水頭計算結(jié)果表

續(xù)表3

4 結(jié)語

通過計算，高莊鎮(zhèn)高莊村、佛莊村、下薛村、杏峪官莊村四村日平均用水量296 m3/d，最高日用水量444 m3/d，年用水量108040 m3，最高時用水量37 m3/h，每人最高日最高時用水量0.01 m3/h；管網(wǎng)、采用聯(lián)村供水系統(tǒng)，通過輸水管道送至村中，各村村口處設(shè)閘閥在村中沿街鋪設(shè)干管，沿街巷鋪設(shè)支管，各住戶從支管引水入戶，入戶管直徑選定為20 mm，每戶設(shè)DN15球閥一個，DN15 水表、DN15 水龍頭站桿一套，管網(wǎng)采用樹狀管網(wǎng)的布置形式。