給排水管道布設影響因素淺析

賈珺琳

（晉城市水務局,山西 晉城 037000）

1 工程現狀

本文給排水供水水源為磨河水源,磨河水庫位于陵川縣東南武家灣河上游磨河村附近,控制流域面積161.9 km2,壩址以上主河道長33.6 km[1]。陵川縣位于山西省東南部,屬大陸性季風氣候,全年降雨量平均值為640 mm,多年平均蒸發量為1665 mm。全年降水主要集中在夏季,冬季降水最少。大義井村位于太行山隆起與沁水凹陷兩大構造之間,它們構成了宏觀的構造格局。工程區屬構造形跡微弱、地殼相對穩定的地塊,區域穩定性良好。有禮義至陵川縣級公路從工程區通過,交通條件較好。

大義井村原先的配水管網及入戶管網大部分修建于2008年左右,距今已有12 年之久,管材為塑料管,現有水源來自村東北現有的200 m3水池,并且水源已經拱池消毒設備消毒,通過一趟管線供至全村各戶。因現有管道使用多年,管道老化、破損嚴重,導致村內管網漏水現象嚴重,影響居民正常使用,管線漏水使管內飲用水易受到外界污染；因為村內高差較大,經常出現低處用水戶水量充足,高處吃不上水的現狀。居民日常生活用水無法得到保障,給居民的身體健康造成不良影響。這些問題嚴重制約了當地經濟的發展和農村人居環境的改善,為了響應國家政策方針,提高人民的生活質量,對該村飲水安全工程進行鞏固提升勢在必行。此外,由于該村居民的生活用水四處傾倒,不僅污染了環境,對冬季來說最為嚴重,沿路、沿街潑灑及傾倒,導致路面及四周都存在結冰現象,隨時都有可能出現摔傷現象,為了徹底解決村內排水管網問題,提升大義井村居民的生活幸福感,很有必要實施污水管網建設工程。

2 自來水工程

2.1 自來水需水量確定

本工程主要任務是為禮義鎮大義井村提供生活用水。工程涉及村莊為大義井村,規劃人口（居民）1296人。

本次設計基準年為2020 年,規劃水平年為2035年。陵川縣按照氣候和地域分區屬于三區,需水規模為50 L/（人·d））~80 L/（人·d））,考慮項目區實際情況和城鎮化進程發展,確定最高日居民生活用水定額為60 L/（人·d））。

（1）居民生活用水量Q1

居民生活用水量按下式計算：

式中：W為居民生活用水量,（m3/d）；P為設計用水人口；P0為現狀常住人口；γ為設計年限內人口自然增長率（由于村鎮人口基本陷入負增長,本次取增長率為0）；n為工程設計年限；（15年）；P1為設計年限內人口的機械增長總數；q為最高居民日生活用水定額。

（2）牲畜用水量Q2

根據項目區牲畜飼養情況及各行政村發展狀況來確定項目區的牲畜數量。通過調查,項目區內無牲畜養殖,因此不再考慮。

（3）公共建筑用水量Q3

根據規范規定,公共建筑供水量可按照居民生活用水量的10%~25%概算,本次設計取10%。

（4）消防用水量Q5

由于項目區內可以允許短時間斷水,并且其最高日用水量遠高于消防用水量,所以供水規模中不單列消防用水量。

（5）管網漏失水量和未預見水量Q4

根據規范規定,管網漏失水量和未預見水量可按以上各項用水量之和的10%~25%取值,考慮到本次管線較長,本次設計取15%。

居民需水量預測結果見表1。

表1 居民需水量預測結果表

綜合該村需水量及居民需水量,本工程共涉及現狀人口1296 人。經計算,最高日供水量為94.09 m3/d,年供水總量為2.64萬m3,屬于Ⅴ型供水工程。

本次工程按全日制供水,配水干管根據各個行政村的實際情況確定主管數量并按樹枝狀管網布置,根據各管段的設計流量,來計算配水管網的各項技術參數。

（1）時變化系數Kh的確定

時變化系數根據表3確定。

表2 基本全日制供水工程的時變化系數

（2）最高日設計用水量Qd=Q1+Q2+Q3+Q4

式中：Qd為最高日設計用水量；Q1為居民最高日生活用水量；Q2為牲畜最高日用水量；Q3為公共建筑用水量；Q4為管網的漏失水量及未預見水量。

（3）最高日平均時用水量Qcp=Qd/T

式中：Qcp為最高日平均時用水量；Qd為最高日設計用水量；T為日工作時間。

（4）最高日最高時用水量Qmax=Kh·Qcp

式中：Qmax為最高日最高時用水量；Kh為時變化系數；Qcp為最高日平均時用水量。

（5）年供水量Qy=365·Qd/Kd

式中：Qy為年供水量；Kd為日變化系數,取1.6。

（6）人均綜合用水量采用下式計算：

式中：q為人均綜合用水當量,m3/（h·人）；Q配為配水管網設計流量,m3/h；∑Q集為集中用水量之和,m3/h；P為設計用水人口。

2.2 配水管網設計

2.2.1 管網布置原則

管網應合理分布,覆蓋全區,線路盡量短,并符合村鎮有關建設規劃；工程布置盡可能與現有工程設施相結合；管道布置應避免穿越污染或腐蝕性地段；干管布置應以較短的距離引向用水大戶；干管上應分段或分區設檢修閥,各級支管上均應在適宜位置設檢修閥；地形高差較大時,應根據供水水壓要求和分壓供水的需要在適宜的位置設加壓或減壓設施[2]。

2.2.2 管材及管徑

配水管道主要采用PE管,該管材具有耐壓、質輕、安裝方便、韌性好、抗沖擊性能好、流體阻力小、耐腐蝕等優點。

2.2.3 管道管徑的確定

供水管道的直徑不僅與通過的流量有關,而且還與所選取的流速有關,流速小造價高,但水頭損失小,反之則造價低,水頭損失大,供水管徑的選擇要綜合考慮管道的建造費用與水頭損失這兩個主要經濟因素。工程中供水對象為1296人,可以直接選取供水及入戶管管徑。

2.2.4 配水管網水力計算

管道的水力計算,目的是根據設計流量確定配水管道的流量、管道直徑和水頭損失,本次設計,管網水力計算選取最不利點來計算。

管道水頭損失計算包括沿程水頭損失和局部水頭損失：

沿程水頭計算：h1=iL

式中：h1為沿程水頭損失,m；L為計算管段長度,m；i為單位管長水頭損失,m/m。

依據公式i=10.67×C-1.852×Q1.852/d-4.87計算：

式中：C為海曾威廉系數,取150；Q為管道的設計流量,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,即：

2.3 自來水工程布置

綜合上述要素,配水管網布置如下：考慮到當地今后的發展,配水主干管從現有水池輸出至新建閥門控制室,再通過分水器分四條配水干管配送給各用水戶,配水干管從新建閥門控制室沿街道布設,支管就近接入。

入戶管網從水表井分別布設入戶管道至各用水戶。結合村內實際情況和業主協商決定,本次設計不考慮入戶管網的開挖和回填,全部由村里自行解決。因此,入戶管網工程僅考慮入戶管管長,每戶管長暫時按45 m計。

3 排水工程

3.1 工程實際情況

結合村內現狀,生活污水排放方式基本為隨意潑灑或自家排水管道排至道路上,村內未建污水收集設施。現面臨的主要問題有：村莊排水管網覆蓋率不完整,管道年久老化；排水管網錯綜復雜,污水排放點不集中,部分污染嚴重；污水管網維護管理和執法力量薄弱；管渠交匯錯亂,無保護措施,污水外流；部分溝渠污染嚴重,夏季惡臭；管道主支分流不清；干管先行,支管建設滯后。

3.2 污水量預測

根據當地發展和社會經濟發展水平,確定2035年為本工程的設計水平年。

綜合生活污水設計流量按以下公式計算：

式中：Qd為設計綜合生活污水流量,L/s；n為綜合生活污水定額,L/s；N為設計人口數；Kz為生活污水量總變化系數。

計算結果見表3。

表3 污水量計算表

3.3 排水管網設計

本工程擬對村莊內的污水管網進行設計收集,范圍包括用地紅線以內宅基地室外污水管道系統；室外最后一個檢查井至末端污水處理站進行設計。

本工程的主要特點是村內巷道固定狹窄,硬化不一,不能按照新建城鎮進行很合理的路線規劃,一些村內原有的污水管網盡可能利用、合并,做到新舊銜接,減少工程量的投資和不必要的開挖。

管道中污水流動的特點：污水順次由支管匯入干管、主管干管,最終進入污水處理設備,污水在管道中一般是靠管道兩端的水面高差從高到低處流動。

1）設計管徑

本工程管道起點位于巷道內,雖然服務范圍相對較小,但需考慮瞬時變化較大,且容易堵塞的特點,合理選擇設計管徑,污水管的設計管徑選取如下：起點管徑,污水管為DN200；連接管,由住戶接入污水管的連接管采用De110 或De160；其余管道按計算確定。

2）非計算管徑管段排水能力復核

排水管的流量計算：

式中：Q為設計流量,m3/s；A為水流有效斷面面積,m2；V為流速,污水管道在設計充滿度下最小設計流速為0.6 m/s,本次計算選用0.6 m/s。

流量計算結果見表4。

表4 各管道設計污水量計算表

根據表中設計綜合生活污水流量對比表各管徑設計水量可知,本工程所選管道管徑的過流能力滿足要求。

此外,本工程管道最小坡度選用7‰,對于地面坡度大于7‰的管道,其坡度應盡可能與地面的坡度一致,這樣可以方便施工,降低工程造價。

4 結論

（1）給排水管道布設時首要考慮的因素就是供水量與排水量。

（2）管道布設時受地形、地質條件、用戶用水方式等影響,若是改造工程,還會受原有管線的影響。

（3）管道布設還需考慮到投資、施工、環境保護等因素。