農村安全飲水工程配水管網設計

杜秀蘭,趙 巖

(1.密山市水利設計處,黑龍江 密山 158300;2.雙城市水務局,黑龍江 雙城 150100)

農村安全飲水工程配水管網,是指水經過直接供水水泵或水處理設備等設施后,由管道、管件和附屬管道裝置相連接而成,向用戶配水、輸水的管道網絡。配水管網按其布置形式可分為樹枝狀、環狀和混合狀管網。

農村安全飲水工程配水管網的設計內容包括管道的布置、各級管道的管材、管網水力計算和管徑的確定、輸配水管網各控制點的壓力計算等。要依據相關規范并結合本地區地理、氣候特點及運行規程等實際情況,從技術科學性、經濟合理性及安全可靠性出發綜合考慮,進行設計。下面介紹具體設計過程和應考慮的主要問題。

1 配水管網選線和布置原則

1)管網應合理分布于整個用水區,線路盡量短,并符合村鎮有關建設規劃。

2)規模較小的村鎮,可布置成樹枝狀管網;規模較大的村鎮,有條件時,宜布置成環狀或環、樹結合的管網。在山區丘陵地區主管道應盡量沿山脊布置,以盡量減少管道起伏。地形復雜或確需爬坡時,管道最大縱坡不宜超過 1∶1.5,而且應小于土壤的內摩擦角,在其平面拐彎處和縱斷面起伏處設置鎮墩。管道的轉彎角度應大于或等于90°。

3)管道宜沿現有道路或規劃道路路邊布置。

4)管道一般應埋設在未經擾動的原狀土層上;在巖基上埋設管道時,應鋪設砂墊層;在承載力達不到設計要求的軟地基上埋設管道時,應進行基礎處理。

5)在管道凸起點,應設自動進(排)氣閥。農村配水管網選用單口排氣閥,排氣閥的直徑與管道直徑比為 1∶2～1∶5。在管道的最低處設置泄水閥,泄水閥的直徑與管道的直徑之比一般為 1∶3。排氣閥、泄水閥可以單獨放在閥門井內,也可以和其它管件共用一個閥門井。

6)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泵或減壓設施。

7)應根據村鎮具體情況,按規范GBJ16和GBJ39的有關要求設消火栓;消火栓應設在取水方便的醒目處。

8)集中供水點,應設在取水方便處,寒冷地區應有防凍措施。

9)測壓表,應設在水壓最不利用戶接管點處。

2 管材選擇

農村安全飲水工程的關鍵是水質。長期以來,由于工業廢水、農業所用的化肥、農藥、生活污水及地面污染物大量排入江河和滲入地下,致使江河、湖庫的水質及局部地下水污染嚴重,人們深受其害。因此,管材必須要求化學穩定性好,不受環境因素和管道內輸送介質成分的影響,耐腐蝕性能好;水力性能好,管道內壁光滑,阻力系數小,不易積垢。綜合考慮,配水管道管材選擇應滿足衛生、受力、耐久等基本要求,盡可能選用節能、耐腐蝕、價廉和施工簡便的 P E管材。常用的口徑為 D N 20—D N630共 14種規格。

3 管網水力計算

1)配水管網設計流量,要滿足最高日最高時用戶的需求,即最高日最高時用水量。

式中:Q設為設計供水能力,按最高日用水量計算;Kh為時變化等數,全日制供水可參照下表取值;定時供水,Kh=3.0～4.0。

2)人均綜合用水當量

式中:q0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焦為企業、機關、學校等用水大戶最高時用水量之和,m3/h;P為設計用水人口。

3)節點出流量

繪制管網水力計算圖時,在折點、用水點或集中出流點,畫小圓圈并編號即為節點。配水管網中,所有節點出流量之和,應等于最高日最高時用水量。每個節點的出流量,包括綜合用水出流量和集中出流量,綜合用水出流量,以人均綜合用水當量乘以由該節點供水的設計人口數計算;集中出流量為用水大戶的最高時用水量。

4)管段設計流量

樹枝狀管網的管段設計流量,等于該管段下游各管段所有出流量之和;環狀管網的管段設計流量,在滿足各節點出流量的前提下,通過管網平差計算確定。

5)管道內徑的計算

式中:D為管道計算內徑,m;Q為管段設計流量,m3/s;Ue為經濟流速,m/s。

經濟流速可根據選用管材單價,當地敷管單價及動力價格(電費)計算確定。管徑大時,經濟流速大;管徑小時,經濟流速小。

6)管道水頭損失計算

管道水頭損失計算,應包括沿程水頭損失和局部水頭損失;配水管網的局部水頭損失,可按其沿程水頭損失的 5%～10%計算。環狀管網水力計算時,水頭損失閉合差絕對值,小環應 ＜0.5 m,大環應 ＜1.0 m。

7)管網水力計算圖的標注

圖 1 管網水力計算標準圖

根據地形圖或實際測量結果,確定各節點地面高程,標注在示意圖上。

8)確定最不利點的自由水頭

一般將距水廠最遠或人口最多的節點定為最不利點,最不利點的自由水頭,單層建筑為5～10 m,二層建筑物為 10～12 m,二層以上每增加一層增加 3.5～4.0m。視設計范圍內用戶實際情況或規劃要求而定。自由水頭為10m標在示意圖上。

9)確定各節點的水壓線標高

首先確定最不利點的水壓線標高,即自由水頭加地面高程,然后下游節點向上游節點推算,以下游節點水壓線標高,加上管段的總水頭損失,即為上游節點水壓線標高,依此類推。可據此選泵或確定高位水池、水塔的最低水位。

10)檢驗校核

①流入節點的流量,應等于從該節點流出的流量;②上游節點水壓線標高,減去該管段水頭損失,等于下游節點水壓線標高;③每個節點的水壓線標高,減去該節點地面標高,等于該處自由水頭。

3 結束語

農村安全飲水工程自 2005年計劃實施以來,配水管網在整個農村飲水安全工程中起主要作用,在運行中消耗大量的能量。因此,配水管網工程的管網布置和各級管道的管材選擇及管徑的合理設計,是影響管網運行和投資的主要因素。

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