長海縣小長山島鎮供水工程設計研究

于飛伏世紅

(1.大連市水利建筑設計院有限公司,遼寧 大連 116000；2.大連市水務集團工程建設有限公司,遼寧 大連 116000)

1 概況

小長山島地勢主要以丘陵為主，呈東西狹長排列，中部較寬略為平坦，有顯著的區域性地形高差。地處黃海北部海面，降水多集中于夏季，具有典型北方海島特征。

長海縣小長山島鎮供水工程，在已實施的2012年長海縣農村飲水安全工程的基礎上，利用已建成跨海輸水干管[1]，新建配水支管及入戶工程。

本設計方案針對小長山島鎮地形特點、用水需求等因素，采用泵站、高位水池及給水管網等構筑物進行分隔，實現海島分區供水。

近幾年來，由于小長山島鎮發展迅速，使供水管網覆蓋小長山島規劃區內，實現小長山島各村屯居民和各規劃發展區域自來水管網全覆蓋，是十分必要的。

2 項目可行性分析

2.1 水源可行性

項目水源為已建跨海引水水源，水量充足，水源可以滿足項目區的需水要求。水質合格，滿足《生活飲用水衛生標準》(GB5749-2006)要求，可以作為飲水水源[1]。

2.2 輸水線路可行性

本項目輸水線路布置遵循的原則為以下幾點。輸水線路布置要求線路最短，交叉工程最少，起伏差小，施工方便快捷，土石方工程量少；盡量避免穿越重要公路、村屯、河谷、溝壑、陡坡及其它建筑物；減少拆遷，少占良田、果園，少毀植被，保護環境；盡量避開不良地質構造(地質斷層、滑坡等)處，盡量沿現有或規劃道路鋪設；綜合考慮管線施工條件、運行條件、管理條件、機電設備容量等方面的綜合因素，節省能源。

本項目最終確定的輸水線路，基本沿村鎮道路和田間路，只有控制閥室等占用少量農田。

2.3 建設條件可行性

工程的主要建設條件在社會經濟條件、水文氣象條件、地質地形條件、對內對外交通條件、占地拆遷、政策支持等方面，都是適宜的。

3 項目規模確定

3.1 用水人口確定

用水人口P，設計年限內的用水人數，公式如下：

P=P0(1+γ)n+P1

(1)

式中，P為設計年限內的用水人數；P0為設計時供水范圍內的現狀常住人口數；γ為設計年限內人口的自然增長率，取2‰；n為工程設計年限，取20a；P1為設計年限內人口的機械增長總數，取0人。

計算設計用水人口為：

P=P0(1+γ)n+P1=9178人

3.2 用水量標準

根據《村鎮供水工程設計規范》SL687-2014，有洗滌池，衛生設施較齊全的村鎮最高日居民生活用水定額70～110L/(人·d)，確定本工程最高日居民生活用水定額100L/(人·d)。

3.3 最高日用水量

Q1=p×q

(2)

式中，Q1為最高日居民生活用水量，m3·d-1；q為最高日用水量標準，100L/(人·d)；p為設計年限內用水總人口，9178人。

計算最高日居民生活用水量為：

Q1=100×9178/1000=917.8m3·d-1。

3.4 未預見用水量

依據《村鎮供水工程設計規范》，管網漏失水量和未預見水量之和，宜按居民最高日用水量的10%～25%取值，本項目取10%。

Q2=917.8×10%=91.8m3·d-1。

3.5 總用水量

Q=Q1+Q2=1009.6m3·d-1。

依據《村鎮供水工程設計規范》，日變化系數應根據供水規模、用水量組成、生活水平、氣候條件，結合當地相似供水工程的年內供水量變化情況綜合分析確定，可在1.3～1.6范圍內取值，本項目取1.3。該項目最高日用水總量為1009.6m3·d-1，平均日用水總量為776.6m3·d-1。

3.6 最高日最高時用水量

Qmax=Q×Kh/24

(3)

式中，Kh為時變化系數，依據《村鎮供水工程設計規范》，全日制供水工程規模在1000～5000m3·d-1范圍內，時變化系數Kh應在1.8～2.2范圍內取值，本項目取2.2。

計算最高日最高時用水量：

Qmax=92.54m3·h-1。

4 工程設計

4.1 工程總布置

根據小長山鎮政府統一規劃，本項目共分中心區、西區和東區3個區域。

中心區域分8個小區域，共設計總人口4443人，從現有配水干管接入支管，然后至各個村屯入戶。

西區設計總人口1165人，從總水源高位水池[2]引水，設1條配水干管。

東區分2個小區域，設計總人口3570人，從現有配水干管和中心區新建管線接入支管，然后至各個村屯入戶。

4.2 管材比較

輸水管管材的選擇對提高供水保證率是至關重要的，在保證供水安全、可靠的前提下，選擇基建投資省，管道施工及維護管理方便的管道材料也是不可忽視，目前經常使用的輸水管道管材有球墨鑄鐵管、玻璃鋼管、鋼管、PE管(高密度聚乙烯管)。本工程輸、配水管線管徑相對較小，PE管具有重量輕、耐腐蝕、耐壓強度好；可撓性好，施工方便，安裝維修費用低；粗糙系數小，水流條件好，節約電能等優點。而且PE管廣泛應用于小口徑給水管路中，因此綜合考慮，本項目推薦采用PE100級管材。

4.3 管徑確定

管徑按以下公式計算：

(4)

式中，Q為管段流量，m3·s-1；D為管道內徑，m；ve為管道經濟流速，m·s-1，根據規范要求管道經濟流速控制在2.0m·s-1以下，具體各管線的流速應根據所供區域的流量和管徑確定。

4.4 管道水力計算

4.4.1 計算方法

系統各級管道布置好后，從最末一級管開始，逐級推算各級管道的水頭損失。

計算沿程損失的公式采用《村鎮供水工程設計規范》，輸配水管道沿程損失計算公式：

hf=i·l

(5)

i=10.67C-1.852Q1.852d-4.87

(6)

式中，hf為沿程水頭損失，m；l為管段長度，m；i為單位管長水頭損失，m·m-1；Q為管段流量，m3·s-1；d為管道內徑，m；C為海曾威廉系數。

本次設計局部水頭損失以整個系統中的管道沿程損失的10%計取。

系統設計水頭按下式計算：

H=Zd-Zs+hs+Σhf+Σhj

(7)

式中，H為系統設計水頭，m；Zd為受水水位高程，m；Zs為高位水池出水管管底高程，m；hs為預留水頭，m；Σhf為由水泵吸水管至最末級管道的沿程水頭損失，m；Σhj為由水泵吸水管至最末級管道的局部水頭損失，m。

4.4.2 計算結果

4.4.2.1 西區最不利供水點水力計算

高位水池出水管管底高程為61.4m，西區最不利點選擇在管線距離最遠處，位于桃房村最北端附近，控制點高程為3.5m，距離高位水池4.12km，管徑從dn280～dn25，其中管徑dn280長度為2.15km，dn110管線長度為0.354km，dn90管線長度為0.33km，dn75管線長度為0.515km，dn50管線長度為0.626m，管網總損失為5.49m，剩余水頭為52.41m，單層建筑物，預留水頭10m，滿足規范要求。

4.4.2.2 東區最不利供水點水力計算

高位水池出水管管底高程為61.4m，東區最不利點選擇西部1#加壓泵站處，控制點高程為22.3m，距離高位水池5.669km，管徑從dn355～dn25，其中管徑dn355長度為2.086km，dn225管線長度為2.281km，dn140管線長度為0.247km，dn110管線長度為1.055km，管網總損失為21.39m，剩余水頭為17.71m，滿足要求。

4.5 給水管網設計

本次工程配水管線均采用PE100管材，管徑為dn280～dn25，工作壓力0.8～1.0MPa，管線接口方式采用熱熔對接，具體見表1。

表1 管網管徑長度統計表

4.6 泵站設計

4.6.1 泵型選擇

4.6.1.1 水泵流量選擇

本項目2座泵站對應水泵流量均為對應二次加壓區內對應最高日供水量，1#泵站設計流量10.10m3·h-1，2#泵站9.45m3·h-1。

4.6.1.2 水泵揚程確定

Hp=H0+hs+Σhf+Σhj+hc

(8)

式中，Hp為水泵設計總揚程，m；H0為水泵吸水管至高位水池最高水位的幾何高差，m；hs為水泵泵件總水頭損失，m；Σhf為泵站至高位水池管線沿程總水頭損失，m；Σhj為泵站至高位水池管線局部總水頭損失，按沿程總水頭損失的10%取值，m；hc為其它局部損失，m。計算結果見表2、表3。

表2 1#加壓泵站水力計算表

表3 2#加壓泵站水力計算表

4.6.2 泵站內部設計

由于本工程東區部分用戶所在位置較高，水源處的高位水池尚不能完全滿足這些區域的供水，因此需要進行二次加壓，故分別在東區東部和西部分別建設一座加壓泵站。2座二次加壓泵站均由加壓泵站廠區、廠房和加壓泵站組成。

二級泵站廠房尺寸均為13.2m×13.2m，建筑面積187.7m2，1#、2#加壓泵站室內地面高程分別為22.3m和44.5m，廠房內設二級疊壓給水設備、自動化控制柜、值班室、鍋爐房等。廠房內設排水溝和集水坑，通過1.5kW小型排污泵排除廠房積水。為方便檢修及安裝，廠房房梁安裝CD1型電動葫蘆，起重量1t，起升高度9m。廠房內設配套供暖設備及配電設備。

二級泵站內工程內容為二級疊壓給水設備。二次疊壓給水設備包括二級疊壓給水水箱、二級疊壓加壓泵站及其配套設備。

一級加壓泵站主管道同時接入二級疊壓給水水箱和二級疊壓加壓泵站，經疊壓后以恒定壓力接入配水管網。

疊壓給水設備可實現疊壓供水的功能，即可按設定壓力利用管網原有壓力疊加增壓，差多少補多少，以保證出水管路壓力恒定，能夠達到節能穩壓的效果。該設備還有小流量保壓功能、保護功能及遠程監控監測等優勢功能。

二級疊壓給水水箱有效容積按照最高日平均時2h的供水流量確定，本工程最高日平均時流量為6.72m3·h-1，因此本工程水箱有效容積為8m3。

二級疊壓加壓泵站從水箱及管網取水。設2臺臥式離心泵，1用1備。離心泵選擇時應根據水力計算結果，查水泵的性能曲線，盡可能讓水泵在高效區內運行。在出水管路上加設750L穩壓罐，便于夜間在停泵情況下小流量供水。

5 結語

本設計方案針對小長山島地形特點及用水需求等因素，采用分區給水系統，實現了東、西、中3區相對獨立供水，既有利于輸配水管網的安全運行，又有節能作用。小長山島鎮供水工程的實施，將全面解決小長山島鎮居民飲水問題，改善當地的投資環境，加快基礎設施建設，從而帶動和加速地方社會經濟的發展。