海城市東耿村安全飲水工程設計與計算

陳延生

(海城市水利工程建設質量安全監(jiān)督站，遼寧 海城114200)

1 概 況

耿莊鎮(zhèn)東耿村位于海城市西北25 km處，沈大高速公路西側，東與驗軍鎮(zhèn)接壤。東耿村擁有土地面積286.7 hm2，土地平坦，土質肥沃，主要土壤為河淤土、河淤黑土、河淤黃土，保水、保肥能力強，是以糧食生產為主，蔬菜等經濟作物為輔的地區(qū)。該村有農業(yè)戶766 戶，人口2 840人，人均收入5 800元。飼養(yǎng)豬2 200 頭，牛30 頭，羊130 頭，馬50 頭，雞250 000只。

村內有學校1 所，村委會1 處，衛(wèi)生所1 處，飯店2 家，商店3 家，浴池1 家。村內居民現飲水主要以手壓井為主，小水泥管井為輔，飲用的均為淺層地表水。

近幾年來，由于東耿村種植業(yè)的發(fā)展，肥料對水質污染較為嚴重，水質污染較為嚴重，河水中主要污染物為氨氮、化學需氧量、懸浮物、揮發(fā)粉等。

根據2000年水質監(jiān)測資料，PH、SS、DO、COD、BOD、石油類、揮發(fā)酚、CN、NH3－N、NO2－N、NO3－N、AS、Cr6+、Cd、Pb、Mn指數共16 項指標均超過《生活飲用水衛(wèi)生標準》的規(guī)定，已不適合飲用，常引發(fā)各種中毒性疾病，影響群眾身體健康。

對此，群眾反映強烈，要求采取有力措施徹底根除水污染隱患。根據實地調查，通過農村安全飲水工程徹底解決問題。

2 參數確定

2.1 工程設計年限

依據該村經濟水平，村鎮(zhèn)發(fā)展規(guī)劃、給水系統(tǒng)各種設備的使用壽命等因素綜合考慮，設計年限按20 a計算。

2.2 用水標準與管道損失量確定

設計標準:戶內有水龍頭，但無衛(wèi)生設備，村莊30 ～70 L/人·d，大牲畜50 L/頭～d，豬30 L/口·d，家禽1 L/只·d，供水時變化系數3.0 ～1.8。管道損失量取最高日用水量的10%［1－3］。

2.3 用水人口

以設計時該村前一年的人口為基數，按照當地的計劃生育規(guī)劃和年自然增長率，按下列公式計算:

式中:P 為設計年限的用水人數，人;P0為設計時該村前一年的人口數，人;а 為年自然增長率目前采用12‰;n 為設計年限，20a;P1為設計年限內人口機械增長數(280 人);P = P0(1 + а)n+ P1=3 885人。

2.4 供水能力

供水能力即建成投產后所能提供的最大日供水量，根據最高日生活用水量標準和其他用水量確定，其計算公式如下:

式中:Q 為供水能力，m3/d;Q1為最高日生活用水量，m3/d;Qc為除生活用水外，其他各種用水量之和，m3/d;q 為最高日生活用水量標準，L/(人·d);p 為設計年限內用水人口數。

通過計算東耿村自來水工程每天用水量為680 m3，詳細計算見表1。

表1 東耿村自來水工程用水量表

2.5 設計流量

該水源井以生活用水為主，用水時間相對集中，一般可以間斷運行，所以設計流量可以根據水源井每天的工作時間計算即:設計流量(m3/h)=水源井日供水量/水源井工作時間［4－6］。

2.6 時變化系數

用水量不僅每天不同，且每天之中的每小時都有變化。

一年中用水量最高的某一天一個小時的用水量與同日平均小時用水量的比值，稱為“時變化系數(K時)”即:

K時=最高日最高時用水量/同日平均小時用水量

全日供水K時取3.0 ～2.0，該設計K時取2.5。

現以該村20年后人口為3 885人，每人最高日用水量為70 L/d，水源井每日工作10h，時變化系數采用2.5 為例，來計算供水量、設計流量、最高日平均用水量、最高時用水量。

供水量:Q =p. q/1000 +Qc=680m3/d;

設計流量:Q =680/10 =68m3/h;

最高日平均用水量為680/24 =28.3m3/h;

最高日最高時用水量為28.3 ×2.5 =70.8m3/h;

3 給水系統(tǒng)設計

從水資源情況看，該區(qū)地表及地下水資源比較充足，由海城河、五道河等堆積大厚度砂礫石含水層。水量豐富，水質良好，系工農業(yè)開發(fā)地下水的良好水源地。上層中粗砂，砂礫石含水層，厚13 ～45 m，水位埋深1 ～3 m，水質為重碳酸鈣鎂型水，此處水質優(yōu)良，達到生活飲用水標準，可以不進行凈化［7－9］。

水源為該村的深水井，單井出水量在80 m3/h，由于該村人口多，用水量較大，深井可視為大效益井，選擇一處水源井，在該村西北耕地內。井深約為130 m。

井房內井口高出地面0.5 m，周圍用黏土及水泥等不透水材料封閉，封閉深度為30 m。井壁管有利于加固井壁，隔離水質不良或水頭較低的含水層，井壁管采用螺旋鋼管。

過濾器采用鋼制骨架纏絲過濾器安裝在含水層中，用以集水，保持填礫的含水層的穩(wěn)定性。人工填礫在過濾器的周圍充填一層粗砂或礫石作為人工反濾層，以保持含水層的滲透穩(wěn)定性，提高過濾器的透水性，改善管井的工作性能，提高管網單位出水量，延長管井使用年限。

沉淀管設在管井的最下部，用來沉淀進入井內的細砂和水中析出的沉淀物，沉淀管長度為2 ～10 m。填礫采用礫石，卵石(＞2.0)為主，填礫規(guī)格16 ～30 mm，填礫深度57 m，填礫時徐徐填入，避免礫石充阻于井口上部，井口的封閉采用黏土球，球徑為20 ～25 mm，黏土球填入后會遇水壓縮，容易造成填礫錯位，所以填入高度要比所需封閉位置多25%左右，填至距地面0.5 m時，用混凝土填實，混凝土表面用1∶3 水泥砂漿抹成散水狀井口，井口高出地面0.5 m［10］。

給水采用潛水電泵抽水直接輸送至配水管網，配水管網設計管材選用0.6MPA 壓力的PE 管，PPR管，按干管、支管、毛管逐級布置管網，將水質合格的水送到用戶，滿足用戶對水量與水壓的要求。給水系統(tǒng)的形式采用集中式給水系統(tǒng)的抽升系統(tǒng)，此類系統(tǒng)的供水保證率高，水質容易保證，便于用戶使用、管理及維護［11］。

4 輸配水計算

4.1 輸配水管道水力計算

設計流量采用最高日最高時用水量Q =70.75 m3/h，單井設計流量為Q =80 m3/h。計算壓力流的主管管徑按下式計算:

式中:D 為輸、配水管管直徑，m;Q 為輸、配水管設計流量，m3/h;V 為管道內流速，m/s，0.75;D =18.8(Q/V)1/2=97.08mm。

經計算，管徑取90 mm，流速稍大。

4.2 沿程水頭損失計算

計算公式為:

式中:hf為沿程水頭損失，m;L 為管道長度，m;Q 為管道流量，m3/h;D 為管道內徑，mm。

管道局部水頭損失按沿程水頭損失的10%計算，hj= hf×10%，按布置圖紙查得最長主管線(Φ90)1 500 m，支管(Φ50)長400 m。

hf主=3.31m;hj主=0.331m;支管計算(Φ50):

由水力計算結果可知，可選用主干管為0.6MPA，φ90PE 管，支管選用0.4 MPa，φ50PE 管，滿足壓力要求。

4.3 水泵揚程計算

取水泵的揚程除按照水泵的總揚程考慮外，還應增加5m 富裕水頭，以備有時直接向某些建筑物物提供這部分水頭高度。揚程可按下式計算:

式中:H 為水泵的計算揚程，m;H1為水泵的吸水幾何高度50 m;H2為地面高差，m，20m;h 為管道的水頭損失，m，6m;H3為出水口富余水頭，m，5m。

計算結果:H =81 m。

4.4 管溝及管網安裝

管溝開口0.5 m，溝深應在凍層下，本設計為1.2 m。管道安裝采用管件連接，在回填土前應進行試水打壓。確保無滲漏后再回填。

5 水泵選擇與泵房設計

5.1 水泵選擇

設計流量:80 m3/h，設計揚程:81 m。根據流量80 m3/h揚程H =81 m，查沈陽潛水泵廠水泵性能表選擇250QJ(R)80—84/6 型水泵，電機30 kW。

5.2 泵房設計

潛水電泵泵房7.84 m2，泵房凈高2.2 m，潛水電泵正上方的平頂上開設1.0 m ×1.0 m的檢修孔。泵房內應設排水溝，嚴禁將水泵的散水回流到井內。

出水管布置:為減少出水管的水頭損失，應以最簡捷的路線敷設出水管。出水總干管上應安裝計量裝置。

出水管上應安裝止回閥，以防止由于停電或其他原因引起水泵突然停止時，造成管網壓力水倒灌。在止回閥后面安裝閘閥，便于調整水泵的出口壓力，使水泵保持在最佳效率點工作，同時還可隔斷壓力水，方便止回閥或水泵的檢修。

出水管與出水總干管的連接和出水總管上均需裝設閘閥，以保證水泵房在不中斷供水的情況下，檢修出水管。

泵房內管采用暗溝敷設，設有蓋板，管溝的深度和寬度應便于檢修和安裝。管溝底部需設1%的坡度，坡向集水坑或排水口。

6 結 語

通過對海城市耿莊鎮(zhèn)東耿村的飲水安全工程設計過程中工程參數的確定;輸水與配水的管道水力計算、沿程水頭損失計算、水泵揚程計算數據的確定及水泵的選擇，為安全飲水工程建設的順利實施提供了有力數據保障和堅實基礎。

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