基于飲水安全工程的管網設計——以新疆紅星一牧場飲水安全工程為例

吳玉梅

(新疆生產建設兵團勘測規劃設計研究院，烏魯木齊 830002)

0 概 述

安全飲水是人類的基本需求，它關系到群眾的身心健康和生命安全。據《全國農村飲水安全工程“十一五”規劃》顯示，到2005年底我國農村仍有3.12億人飲水不安全，其中水質不達標人數高達2.20億。農村飲水安全不僅事關群眾生命安全，也是農村經濟社會可持續發展的保障。農村自來水普及和飲水安全問題已經成為當前中國新農村建設的重要課題。國家投入巨資建設的農民飲水安全工程，被譽為“群眾最滿意的實事”。“建設是基礎，管理是關鍵”，為使工程發揮正常效益，確保農村人口長期喝上安全水，以實現農村飲水安全工程的長效性和可持續性，就必須解決“只建不管、重建輕管”的問題。作為鞏固安全飲水工程后續管理問題已成為各級政府面臨的重要課題［1］。

農村安全飲水工程是一項事關水利部門、地方政府、村民自治組織和村民等眾多主體的工作。早在黨的十六大就提出了要全面假設小康社會，要堅持以人為本，樹立全面、協調、可持續的發展觀，促進經濟社會和人的全面發展。

近年來，隨著工農業的發展，工業廢水、生活污水和農業污水排放量日趨增多，河流湖泊受到越來越嚴重的污染，人們的飲水安全受到嚴重危害。保障農村居民的飲水安全，事關農村居民的身體健康和正常生活，是水利一項主要和長期的工作任務為保障人們的飲水安全，應大力推進安全飲水工程的建設。

管網設計是飲水安全工程的重要組成部分，飲水安全工程管網設計主要包括管道的布置、各級管道的管材、管網的水力計算和管徑的確定等。結合新疆紅星一牧場飲水安全工程實例，筆者對供水管網的具體設計程序進行介紹。

1 工程區飲水安全現狀

兵團邊境團場農十三師紅星一牧場位于天山北麓巴里坤縣山間盆地，地形復雜，屬于溫帶大陸性冷涼干旱氣候區。現有人口4 799人，人飲工程項目已解決1 822人，未解決2 977人。

紅星一牧場水質不符合生活飲用水衛生標準要求共2 317人，人均用水量＜40L 共2 577人，取水往返時間超過10 min共1 624人，水源保證率低于95%共1 688人。本次工程解決3 112人，其中:現狀人口2 912人，機械人口200 人。

2 飲水安全工程管網設計

飲水安全工程管網設計包括設計資料的收集和飲水安全問題的調查2個部分［2－4］:

2.1 設計資料的收集

包括水源資料、自然及社會資料和規劃資料3個部分:

2.1.1 水源資料

設計之前需要對水源資料進行收集，其中包括水源的位置、類型、可開采流量、水位埋深以及水塔可能布置的位置等。本工程中地表水流程較短，部分地區甚至已無水源可用;地下水水位埋深0～4 m，含水層厚度大約25～35 m。

2.1.2 自然、社會資料

自然資料主要包括地形、地質及地貌等情況，還需要對供水范圍內居民街區分布情況、公共建筑的分布情況及交通情況進行收集。本工程區地勢復雜，自然環境條件差，特別是人畜飲水條件極差。城區場部、中學、建筑隊、各農業分場、牧區和煤礦等片區，有自來水管網的片區存在供水管網破損嚴重，水源沒有消毒、凈化設施，供水量無法滿足生活用水要求的問題;而無自來水管網的片區，水源緊張，供水條件極差部分地區甚至需要長年挑水吃。

2.1.3 規劃資料

規劃資料主要包括對飲水安全工程規劃、區域經濟發展規劃的資料收集及制定等。本工程中針對項目團場安全人飲的各種成因，結合項目團場的經濟發展規劃、《紅星一牧場解決人畜飲水“十五”規劃》、連隊規劃用水、人口、環境等方面的發展設想，結合安全飲水的評價指標，分別確定各行業的用水量、人口遞增率及生活用水定額等，從而估算出包括居民生活用水量、牲畜用水量及其它用水量在內的項目團場遠期最高日用水量，在此基礎上確定供水規模與供水方式，并作出相應的人畜飲水工程規劃。

2.2 飲水安全問題調查

設計前還需要對規范區內的飲水安全問題進行詳細調查，以保證工程設計的全面性和有效性。本工程中供水主管道未能建設到近幾年規劃已建造的住房，管網仍無法對其供水;部分依賴挖井取水的用水戶，因井深較淺，水質為鹽堿水，不能達到飲用水標準;現有的供水水源由水泵直接抽取地下水供給用水戶，用水水質未經消毒，因此不符合供水要求。

3 管網的布置設計

管網的布置設計包括管網的分布設計、管道基礎設計和沿線交通及閥門設計4個部分:

3.1 管網的分布設計

管網應該合理的分布在整個工程區內，線路應該盡量縮短，同時還要符合相關的建設規劃需求。對于規模較小的規劃區，可以布置成樹枝狀管網，而規劃區如果規模較大，則應該盡量將管網布置成環形或者環樹結合的管網。在山區丘陵地帶應該盡量將主管道沿山脊布置，并盡量減少管道的起伏變化。如果規劃區地形較為復雜，管道最大的縱坡不應該超過1∶1.5，而且要小于土壤的內摩擦角，并需要在平面拐彎處和縱斷面起伏處設置鎮墩。本工程因規模較小，因此選擇了樹狀管網布置。這樣使工程的建設即滿足近期用水需求，同時又兼顧遠期，做到不重復投資。

3.2 管道基礎設計

管道通常應該埋設在未經擾動的原狀土層中，當在巖基上埋設管道時，需要鋪設一層砂墊層。如果軟土層承載力不能達到設計要求，則需要進行基礎處理。本工程由于處于高寒在帶，因此配水管道埋深還需要根據最大凍土深度等因素確定，管頂必須埋在凍深線以下。

3.3 沿線交通

設計時還需要考慮沿線的交通情況和道路路邊的布置情況，本工程新規劃管道基本沿線現有或規劃道路布置，便于管道維修和管理。

3.4 閥門設計

管道的凸起點應該設置自動進(排)氣閥，排氣閥可以單獨設置在閥門井內也可以和其它管件共用一個閥門井。本工程在管網最低處或末梢設置泄水閥，在管道凸起處設置自動進(排)氣閥，并在干、支管合適位置設置檢修閥，在最不利用戶接管處設測壓表。

4 管材的選擇

在飲水安全工程中，水質非常關鍵，由于長期以來工業廢水、農業化肥、農藥、生活污水等對地下水可能會造成一定影響，因此管材的選擇必須嚴格要求。管材必須化學穩定性能較好，不易受外部環境及管道內輸送介質成分的影響，要具備較高的耐腐蝕能力;另外，管材的水力性能也要好，管道內壁應該光滑，以減少其阻力系數，防止積垢堵塞問題的產生?？傊嬎こ讨械墓艿缿摼C合滿足衛生、受力、耐久等基本要求。本工程中的配水管均為PVC－U、PE 管材。

5 管網流量設計

管網流量設計包括設計流量計算、水壓標準及入戶管網設計3個部分:

5.1 設計流量計算

本工程中配水管網中所有段的沿線出流量之和等于最高日最高時用水量。各管段沿線出流量包括人均用水當量、大戶用水流量。人均用水當量計算公式為:

式中:q 為—人均用水當量，L/h;W 為最高日用水量，m3/d;W1為大戶用水量，m3/d;K時為日變化系數;P 為設計用水人口。

管網水力計算采用長度比流量法進行計算，具體計算方法根據管道的設計流量選擇適當的經濟流速，在選用多種管徑情況下進行試算，來確定管道的管徑和管道水頭損失。管道內的水頭損失由沿程水頭損失和局部水頭損失兩部分組成，配水管均為PVC－U、PE 管水頭損失計算公式為:

式中:H1為管段沿程損失，m;i 為單位管長水頭損失，m/m;Q 為管段流量，m3/s;d 為管道內徑，m;L為計算管段的長度，m;局部水頭損失按沿程損失的10%計算。

5.2 水壓標準

首先應該根據工程所在地的經濟發展水平，來確定用戶接管點的最小服務水頭，通常單層建筑物可為5～10 m。然后根據離管網入口最遠處的節點地面標高最高條件來確定最不利節點。

本工程中最不利用戶單層建筑最小服務水頭為5～10 m，建筑物每增加一層增加3.5 m，消火栓設置處服務水頭≥10 m，用戶水龍頭最大服務水頭不超過40 m。團部最小服務水頭為22.5 m。壓力按平房用水考慮，最不利點所需水壓為5 m。

5.3 入戶管網設計

本工程中根據用戶實際情況及用水需求，確定入戶管按每戶40 m計算，選用de25PE 管，并采用一戶一表制，以便于日后維護和管理。

6 工程應用價值

在實施了飲水安全工程的地方，群眾吃上了符合標準的凈化水，健康狀況明顯改善，戶均年減少醫藥費支出幾十元。飲水安全工程不僅改善群眾的生存環境，也提高生活質量。水質和供水條件的改善，也能夠使各種種植高附加值的經濟作物有了可能，提高了牲畜、家禽的成活率和畜禽產品的產量、品質，促進了農民家庭經濟發展。因此，飲水安全工程的全面實施不僅可以提高當地居民的生活質量，也可產生較高的經濟效益。

7 結論

飲水安全工程的全面實施能夠有效解決農、牧民的飲水困難問題，提高飲水質量，保障人民群眾的健康。飲水安全工程中的管網設計非常關鍵，設計時應該全面勘察工程區的地形條件和地質狀況，并綜合考慮到各種影響因素，以保證設計工作的全面性、科學性和有效性。

［1］馬寬.農村飲水安全工程后續管理研究［D］.鄭州:河南大學，2007.

［2］杜秀蘭，趙巖.農村安全飲水工程配水管網設計［J］.黑龍江水利科技，2010，38(2):128－129.

［3］許春芳，趙德芳，李忠仁.陵縣農村飲水安全工程管網設計與管理［J］.山東水利，2010(6):35－37.

［4］王崇軍，徐建彬，楊鑫榜，等.飲水安全工程供水管網的設計和體會［J］.河南水利與南水北調，2008(4):21－23.