農(nóng)村安全飲用水供水管網(wǎng)設(shè)計(jì)實(shí)例分析

羅科峰

(韶關(guān)市華源水電建設(shè)有限公司，廣東 韶關(guān) 512000)

1 概 況

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，改善農(nóng)村居民生活飲用水條件，實(shí)施農(nóng)村引水安全工程建設(shè)是社會(huì)發(fā)展的必然產(chǎn)物，也是農(nóng)村居民的迫切希望。農(nóng)村飲用水工程中，管網(wǎng)投資占比總投資的50%-80%，甚至更多。管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以產(chǎn)生可觀的工程投資，產(chǎn)生非常顯著的經(jīng)濟(jì)效益[1-3]。

某鎮(zhèn)供水工程十余個(gè)行政村由于其工程地點(diǎn)、水源等特殊性，自來(lái)水一直未普及，村民飲水條件極差。該鎮(zhèn)具有極其豐富的水資源，村民居住得又很集中，自來(lái)水普及建設(shè)具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2 工程建設(shè)內(nèi)容

工程因地制宜實(shí)施小型連片、單村集中供水，穩(wěn)步提升農(nóng)村集中供水入戶率和水質(zhì)達(dá)標(biāo)率。工程新建供水主管77.71km，新建入戶管135.22km，入戶水表箱420套，入戶智能水表4050套。

3 需水量分析

水量預(yù)測(cè)是供水工程規(guī)劃的基礎(chǔ)和決定建設(shè)規(guī)模的重要因素。水量預(yù)測(cè)應(yīng)力求符合用水發(fā)展的實(shí)際，通過(guò)合理分析當(dāng)?shù)厮Y源、水環(huán)境質(zhì)量、用水習(xí)慣、工業(yè)結(jié)構(gòu)及參照鄰近地區(qū)規(guī)模大致相當(dāng)?shù)牡貐^(qū)供水經(jīng)驗(yàn)，采取適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行。水量預(yù)測(cè)通常采用的方法有數(shù)理統(tǒng)計(jì)法、分項(xiàng)用水指標(biāo)預(yù)測(cè)和綜合用水指標(biāo)預(yù)測(cè)法[4-5]。

參照《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》(SL310-2019)、《廣東省農(nóng)村飲水安全工程建設(shè)管理實(shí)施細(xì)則》，該工程采用分項(xiàng)用水指標(biāo)法對(duì)全區(qū)的用水量進(jìn)行預(yù)測(cè)，以確定工程供水規(guī)模。用水量包括生活用水、企業(yè)用水、公共設(shè)施用水、管網(wǎng)漏失水量及其他用水水量等。

該工程包括賴家村、上江村、下江村等19個(gè)自然村，現(xiàn)狀人口合計(jì)16211人，按人口增長(zhǎng)率6.2‰計(jì)算，計(jì)算人口總量17245人，最高人均日用水量100L。經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)用水量：居民生活用水量1727.9m3/d，公共建筑用水172.79m3/d，管網(wǎng)漏失水量和未預(yù)見(jiàn)水量190.9m3/d，設(shè)計(jì)用水量2090.78m3/d，最高供水量2100m3/d。

4 管網(wǎng)布置原則

1)為了確保全部用水區(qū)管網(wǎng)的合理分布，線路不能過(guò)長(zhǎng)，同時(shí)要滿足鄉(xiāng)村建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)。

2)如果村或鎮(zhèn)的規(guī)模較小，可布置為樹枝狀的管網(wǎng)；如果是大規(guī)模及條件好的村鎮(zhèn)，可以考慮布設(shè)環(huán)狀管網(wǎng)或者是環(huán)狀與樹枝狀結(jié)合。

3)管線最好布置在原有的道路的旁邊。布置管道的路線要避開(kāi)有危害性的地段，例如有毒物、腐蝕性和生物污染等，如果必須穿過(guò)時(shí)必須做好防護(hù)措施。必須以最短的距離布置干管并連接用水大戶。針對(duì)管道凸起的位置，必須安裝自動(dòng)的排氣和進(jìn)氣閥門。有必要將泄水閥設(shè)置在樹枝狀管網(wǎng)的末端。干管上檢修閥的設(shè)置要本著分段或者分區(qū)的原則，支管上檢修閥的設(shè)置必須選擇合理的位置。

5)如果表現(xiàn)很大的地形高差，就要在合理的位置設(shè)置壓泵站和減壓設(shè)備，設(shè)計(jì)原則是按照分壓供水和供水水壓的具體要求。

6)消火栓的設(shè)置必須按照村鎮(zhèn)的實(shí)際情況和具體要求進(jìn)行，而且要在取水方便和比較醒目的位置設(shè)置。

7)在取水方便的位置設(shè)置集中供水點(diǎn)。

8)必須在水壓最差用戶接管點(diǎn)位置安設(shè)測(cè)壓表。

4.1 選擇給水材料

1)球墨鑄鐵管：具有良好的技術(shù)性和適應(yīng)性，外荷載大且內(nèi)壓承受力高，具備超強(qiáng)的耐腐蝕性，光滑的管內(nèi)壁襯有水泥砂漿的防腐層，避免被再次污染，接口處設(shè)置柔性的T型橡膠圈，良好的密封性減少了漏耗水，既節(jié)能又耐使用。尤其是最近這些年，在大、中型城市的管網(wǎng)建設(shè)和改造工程中廣泛應(yīng)用。在重量上，球墨鑄鐵管比混凝土管輕，又重于鋼管、塑料管和夾砂玻璃鋼管，制作成本比較高。

2)鋼管(SP)：具有良好的技術(shù)性，外荷載大且內(nèi)壓承受力高，韌性和耐沖擊性極佳，可以適應(yīng)比較復(fù)雜的地質(zhì)，特別是在水利建設(shè)中的穿地道、河流、過(guò)鐵路和爬堤等環(huán)境中應(yīng)用，具有極高的可靠性，被各類工程廣泛應(yīng)用。在質(zhì)量上普遍輕于混凝土管徑和球墨鑄鐵管，更方便運(yùn)輸和安裝。鋼管的缺點(diǎn)是耐腐蝕性差，需要具備較高的防腐技術(shù)和采取特殊的防腐手段，同時(shí)有很高的加工精度要求，維護(hù)比較困難，在造價(jià)上高于球墨鑄鐵管和混凝土管。

3)聚乙烯給水管(PE管)：該材料具備穩(wěn)定的化學(xué)性能、良好的特里機(jī)構(gòu)性、優(yōu)秀的衛(wèi)生環(huán)保性，因?yàn)楸绕渌艿栏霰姡玫讲煌I(lǐng)域的大力應(yīng)用。其優(yōu)質(zhì)的性能表現(xiàn)在下面幾點(diǎn)：超強(qiáng)的耐用性，使用壽命超過(guò)50年；耐腐蝕性極高、具備很強(qiáng)的抗附著能力；因?yàn)樵摬牧显诨瘜W(xué)上的惰性，不會(huì)遭受土壤中天然物質(zhì)的腐蝕，可以在不同的土壤環(huán)境中應(yīng)用，不需要太多的維護(hù)。

4)SRCP管(鋼絲網(wǎng)增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管)：因?yàn)樵牧系膬?yōu)質(zhì)性和生產(chǎn)技術(shù)的先進(jìn)性，該材料的耐壓性能極高。同時(shí)又具備良好的柔性，可以在長(zhǎng)距離管道中使用，比如埋地的輸氣和供水管道等。該管材是利用聚乙烯電容管件作為原材料。連接的過(guò)程中，管材的外層塑料可以通過(guò)管件的內(nèi)部發(fā)光體與管件內(nèi)層塑料進(jìn)行熔融，實(shí)現(xiàn)管材與管件的牢固連接。

《城市供水行業(yè)2010年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃及2020年遠(yuǎn)景目標(biāo)》對(duì)城市供水管材的選用提出了明確的要求，其選擇原則是：能承受要求的內(nèi)壓和外荷載；使用性能可靠，維護(hù)工作量少，施工方便；使用年限長(zhǎng)；內(nèi)壁光滑，輸水能力基本保持不變；造價(jià)低。

通過(guò)上述各種管材的技術(shù)性能對(duì)比，同時(shí)根據(jù)供水工程設(shè)計(jì)規(guī)范和要求，結(jié)合《村村通自來(lái)水工程規(guī)劃》省廳對(duì)管材的推薦意見(jiàn)，本次設(shè)計(jì)所采用的供水管網(wǎng)(DE≥50mm)管材均采用SRCP管(鋼絲網(wǎng)增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管)，(DE<40mm)管材均采用PE管。

另外，對(duì)于局部穿越障礙物、部分跨度較窄的河流、地質(zhì)不良地段則采用SRCP管配合定向鉆的拖拉管技術(shù)，在需要明鋪管道的部分則需要采用鋼管，韶關(guān)地區(qū)空氣潮濕氣溫高，鹽分對(duì)于鋼管的腐蝕問(wèn)題不容忽視，所以本工程要求所有外露及埋地使用鋼管的部分，都需要按照《埋地鋼質(zhì) 管道環(huán)氧煤瀝青防腐層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(SY/T0447一96)》中要求的特加強(qiáng)級(jí)防腐層結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理。

4.2 給水管網(wǎng)水力計(jì)算

4.2.1 供水管網(wǎng)設(shè)計(jì)流量

最高日最高時(shí)用水量是管網(wǎng)的全部管段的沿線流量加在一起的數(shù)值。可以按照區(qū)域不同管段的用水人口和人均用水當(dāng)量，以及機(jī)關(guān)、學(xué)校等用水大戶的配水流量，進(jìn)行各管段的沿線出流量的有效計(jì)算。計(jì)算人均用水當(dāng)量可利用以下公式：

人均用水當(dāng)量：

q=1000(W-W1)Kh/24P

(1)

式中：q為人均用水當(dāng)量設(shè)定為，L/(h·人)；W為村鎮(zhèn)的日用水最高量設(shè)定為，m3/d；W1為用水大戶的用水量之和設(shè)定為，m3/d；Kh為時(shí)變化系數(shù)；P為村鎮(zhèn)規(guī)劃用水人口設(shè)定為，人。

經(jīng)計(jì)算，人均用水當(dāng)量為13.25L/(h ·人)。

根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程設(shè)計(jì)規(guī)范(SL310-2019)》的要求，以及本段管道承擔(dān)的供水量，以最高日最高時(shí)設(shè)計(jì)流量計(jì)算各個(gè)供水點(diǎn)的設(shè)計(jì)流量。人均用水當(dāng)量的計(jì)算，必須按照明確后的參數(shù)借助人均用水當(dāng)量公式進(jìn)行，不同管段節(jié)點(diǎn)流量則是按照不同管段承擔(dān)的人口數(shù)量計(jì)算。

4.2.1 設(shè)計(jì)流速

輸配水管道的設(shè)計(jì)流速，宜采用經(jīng)濟(jì)流速，≤2.0m/s。

4.2.2 水力計(jì)算

管道水頭損失計(jì)算應(yīng)包括沿程水頭損失和局部水頭損失，并按如下要求進(jìn)行計(jì)算：

沿程水頭損失可按《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范SL310-2019》中的公式進(jìn)行計(jì)算。

4.2.3 管徑計(jì)算

由水力學(xué)知識(shí)可知，管線布置已定，已知要求輸送的流量時(shí)，可確定管徑。考慮管線的沿程水頭損失、局部水頭損失，在確保供水點(diǎn)具有最小服務(wù)水頭的情況下確定最優(yōu)管徑。

4.2.4 自由水壓復(fù)核

用戶接管點(diǎn)在配水管網(wǎng)中的最小服務(wù)水頭，若建筑物為單層設(shè)定為5m-10m，若建筑物為兩層則設(shè)定10m-12m，而二層以上建筑物，增加一層增加4m,如果用戶超過(guò)接管點(diǎn)的高度，則是需要疊加用戶與接管點(diǎn)的地形高差。凈水壓>40m水頭設(shè)減壓閥，不足5m設(shè)一體化加壓設(shè)備。

以供水管網(wǎng)1為例進(jìn)行水力計(jì)算，共分為1-77個(gè)節(jié)點(diǎn)，其中0-4節(jié)點(diǎn)最大供水流量0.0241m3/s,初定流速1.20m/s，管長(zhǎng)1615.9m，上游節(jié)點(diǎn)水壓標(biāo)高793.7m，下游節(jié)點(diǎn)地面標(biāo)高753.29m，下游節(jié)點(diǎn)水壓標(biāo)高758.86m，沿程水頭損失7.37m，局部水頭損失0.737m，總水頭損失8.107m，累計(jì)自由水頭32.57m。實(shí)際流速0.93m，計(jì)算管徑159.81mm，選取管內(nèi)徑182mm。

4.2.5 管道敷設(shè)

本工程管道主要措施是地埋敷設(shè)，同時(shí)輔助于明敷。

1)在敷設(shè)跨河橋位置時(shí)，怎樣固定沿橋兩側(cè)底部支架，是優(yōu)先考慮的問(wèn)題，還要考慮電站跨河橋橋面兩側(cè)管線的靠邊布置方式。

2)避免與國(guó)道和省道交匯，如果難以避免時(shí)，就要考慮在國(guó)道或者省道某些凸起處利用頂管施工技術(shù)進(jìn)行穿路。

3)敷設(shè)倘若穿鄉(xiāng)村水泥路，可以考慮進(jìn)行部分開(kāi)挖施工，要以最快的速度完工及早恢復(fù)。

4)針對(duì)很淺覆蓋層或者巖基出露的區(qū)域、道路排水溝周圍等的管道敷設(shè)，可淺埋并用混凝土進(jìn)行外包。

管道采用地埋方式時(shí)，按如下標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)：①路線不能過(guò)長(zhǎng)，符合地埋標(biāo)準(zhǔn)、在沿線或者規(guī)劃道路的側(cè)面敷設(shè)；減少穿越高等公路、河流等障礙物；少占農(nóng)田、少損毀植被，保護(hù)環(huán)境。②輸配水管道宜埋設(shè)于地下，原則要求管頂覆土≥1.0m，開(kāi)挖溝槽溝寬≥管外徑加0.5m，要求挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高，如有局部超挖，需用符合要求的原土壤分層夯實(shí)，針對(duì)溝槽的填土，管道敷設(shè)完成后第一時(shí)間回填；務(wù)必要填實(shí)管底與管道下端的空隙；③應(yīng)該在沒(méi)有被擾動(dòng)的原狀土層埋設(shè)管道；必須利用細(xì)土填充管道附近0.2m的區(qū)域；不能低于90%的回填土壓實(shí)系數(shù)，接口前后0.2m范圍內(nèi)不得回填，以便試壓時(shí)觀察，管道的沖洗和試壓等應(yīng)符合GB50268的有關(guān)規(guī)定，水壓試驗(yàn)合格后，應(yīng)及時(shí)回填其余部分管段；④在巖基風(fēng)化層上埋設(shè)時(shí)，管頂覆土≥0.5m；穿越道路、農(nóng)田管頂覆土≥1.0m；管道穿越河流時(shí)，埋深應(yīng)在其相應(yīng)防洪標(biāo)準(zhǔn)的洪水沖刷深度以下，且≥1m；針對(duì)很淺覆蓋以及巖基出露區(qū)域或者省道排水溝周圍，可考慮露天明設(shè)或者淺埋。

若管道露天明設(shè)，需設(shè)置保證管道整體穩(wěn)定的措施(支墩或鎮(zhèn)墩)，管道穿越河流、跨越橋梁兩岸需設(shè)置支墩或鎮(zhèn)墩等，管道轉(zhuǎn)角及變坡的位置同樣需要設(shè)置支墩或鎮(zhèn)墩等，管底不能懸空。

1)管線穿越混凝土道路時(shí)，需破路開(kāi)挖，輸水管道采用鋼管，鋼管需外兩布四油內(nèi)襯水泥砂漿防腐，管道埋深為1m，采用開(kāi)挖料回填夯實(shí)，壓實(shí)系數(shù)≥90%。管道穿越水泥道路段施工完成后應(yīng)盡早恢復(fù)道路，減少阻礙車輛通行。混凝土道路恢復(fù)厚度為20cm，混凝土強(qiáng)度采用C25。

2)管線穿越清化河時(shí)，需選擇在枯水期布設(shè)圍堰進(jìn)行河道開(kāi)挖，輸水管道采用鋼管，鋼管外兩布四油內(nèi)襯水泥砂漿防腐，管道埋深為1.5m，采用開(kāi)挖料回填夯實(shí)，壓實(shí)系數(shù)≥90%。

3)管線穿越橋梁時(shí)，采用明敷方式，輸水管道采用鋼管，鋼管需外兩布四油內(nèi)襯水泥砂漿防腐。管道跨越橋梁兩岸需設(shè)置支墩或鎮(zhèn)墩等。

4)管線沿縣道X257布置時(shí)，需破路開(kāi)挖，輸水管道采用SPRC管，管道埋深為1m，采用開(kāi)挖料回填夯實(shí)，壓實(shí)系數(shù)≥90%。管道施工完成后應(yīng)盡早恢復(fù)道路，減少阻礙車輛通行。混凝土道路恢復(fù)厚度為20cm，混凝土強(qiáng)度采用C25。

4.3 管道附屬設(shè)施

管道附屬設(shè)施的設(shè)計(jì)，要遵循相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范和運(yùn)行維護(hù)規(guī)程進(jìn)行，包括以下幾個(gè)方面：

1)管道沿線每隔1-2km左右設(shè)一隔斷閥，更有利于分段檢修管道。

在給水管網(wǎng)運(yùn)行中，閥門不僅可以進(jìn)行水壓和流量的調(diào)節(jié)，更可以在工程維修過(guò)程中截?cái)嗨矗哂斜Ｕ瞎芫W(wǎng)安全運(yùn)行的作用。閥門布設(shè)要本著少而運(yùn)用靈活的原則。選擇密閉性高、運(yùn)用力矩小、故障少、耐腐蝕、精度高、結(jié)構(gòu)合理、方便安裝和維護(hù)的閥門。由于本工程管徑較小，最大DN250，為節(jié)省費(fèi)用，建議閥門選用手動(dòng)閘閥。

2)兩個(gè)隔斷閥之間最低處設(shè)泄水閥，用于檢修時(shí)放空管道。

表1 排泥閥規(guī)格表

4.4 在管道凸起處設(shè)排氣閥。

在管道的凸起點(diǎn)設(shè)排氣閥；長(zhǎng)距離無(wú)凸起點(diǎn)的管段，每隔1.0km左右設(shè)排氣閥。排氣閥可以設(shè)置在壓力管的隆起點(diǎn)，發(fā)揮排除管內(nèi)空氣的作用，還可以在維修管道時(shí)吸收空氣，確保順暢地排水，另外，水錘產(chǎn)生時(shí)能夠讓空氣自動(dòng)進(jìn)入，避免負(fù)壓的生成，為了維修方便，務(wù)必要垂直安裝排氣閥。各規(guī)格管道選用排氣閥直徑如表2。

表2 排氣閥規(guī)格表

4.5 計(jì)量設(shè)施

為保證計(jì)量的精確度，本次供水管網(wǎng)計(jì)量設(shè)備選型為：公稱直徑≥DN200的計(jì)量設(shè)備選用電磁流量計(jì)水表，直徑

在供水主管上的總計(jì)量設(shè)備，安裝在清水池出水總管上；在入村的干管上分別設(shè)置水表，水表直徑同管徑,,入村水表設(shè)置在水表井內(nèi)；供水管入戶時(shí)均設(shè)置智能水表，公稱直徑DN20，入戶水表根據(jù)一定的戶數(shù)安裝在水表箱內(nèi)。

5 結(jié) 語(yǔ)

農(nóng)村供水工程是一個(gè)復(fù)雜的工程，影響因素眾多，僅從管網(wǎng)設(shè)計(jì)考慮，具有一定的局現(xiàn)象，但可以為農(nóng)村類似飲用水工程提供借鑒和參考。