農村飲水安全工程設計淺析

李 卿

(遼寧省觀音閣水庫管理局，遼寧 本溪 117199)

1 工程概述

為了解決2931戶約1.0883萬人的飲用水問題，朝陽縣二十家子鎮農村飲水安全工程總投資約483.07萬元。工程計劃包括:打井2眼，潛水泵3臺(套)，鋪設管路107.71km，高壓線路0.15km，低壓線路0.1km，變壓器1臺，供水站1處。

供水工程管網布置采用樹枝狀。為管理方便，在主要節點處設閥門井，共計33個;在地形突變處設置鎮墩;管網在較低處設排污閥，高處設排氣閥［4］。

水源井選在原二十家子林場，共2眼，根據附近成井報告，含水層巖性主要為中粗砂、砂礫石，水源井出水量滿足要求，水質經縣防疫站化驗，符合人畜飲水標準要求。水源井型式為深井，井徑為400mm，管壁為4mm以上鋼管，井深100m［2］。

2 用水定額與用水量計算

根據該村實際情況并參考《新編農村供水工程規劃設計手冊》，常住人口飲水定額50L/人·d，駐鎮單位20L/人·d，大牲畜50L/頭·d。

(1)居民用水量計算。

Q1=(q1×p1)+(q2×p2)×10－3

式中:Q1—居民用水量，m3/d;

q1—常住民用水定額，L/人·d;

q2—駐鎮單位居民用水定額，L/人·d。

P=P0(1+γ)n+P1

式中:P—設計用水人口，人;

P0—供水范圍內的常住人口數，人;

γ—設計年限的人口自然增長率，3.5‰;

n—工程設計年限，a;

P1—設計年限內人口的機械增長總數，人。

(2)牲畜用水量。

Q2=(q3×p3)10－3

式中:Q2—牲畜用水量，m3/d;

P3—大牲畜頭數，頭;

q3—大牲畜用水定額，L/頭·d。

(3)管網漏失量及不可預見量。

Q3=(Q1+Q2)×10%

式中:Q3—管網漏失量及不可預見量，m3/d。

(4)用水總量。Q=Q1+Q2+Q3

式中:Q—總用水量，m3/d。

(5)最高日用水量Qd。

Qd=Kd×Q

式中:Qd—最高日用水量，m3/d;

Kd—日變化系數1.5。

(6)最高日最高時用水量。

Qh=KhQd/24

式中:Qh—最高日最高時用水量;

Kh—時變化系數。

根據《村鎮供水工程技術規范》SL310-2004，該工程供水規模在200～1000m3/d，時變化系數Kh范圍在2.0～2.5。該次設計Kh取2.0和2.4對照，詳細見表1。

(7)比流量計算。

根據供水工程設計供水單位的實地考察和分析，用水單位的日均用水量為:鎮政府10m3/d，派出所5m3/d，中學30m3/d，醫院50m3/d，供銷社5m3/d，林場5m3/d，郵局5m3/d，村委會5m3/d，信用社5m3/d。

用水單位最高時用水量:鎮政府0.42L/s，派出所0.21L/s，中學1.25L/s，醫院2.08L/s，供銷社0.21L/s，林場0.21L/s，郵局0.21L/s，村委會0.21L/s，信用社0.21L/s。

由以上數據可以看出，除中學、醫院、鎮政府及派出所以外，其他單位用水量均較小，集中用水量只需考慮以上4處用水單位。故本工程設計管段集中流量為3.96L/s。

該次設計工程年限為20年，時變化系數取2.4，比流量計算:qs=(Qh－∑QJ)/∑L

式中:qs—管網設計流量(L/s);

Qh—最高時用水量85.17/3.6=23.66(L/s);

∑QJ—集中流量(L/s);

∑L—有用戶用水管段長度(m)，單側供水計算長度為實際長度的一半。

(8)沿線流量:ql=qsL

式中:ql—管道的沿線流量(L/s);

L—管段的計算長度(m)，單側供水的管線長度按一半計算。

(9)節點流量計算:依據公式:qs=0.5∑ql。

3 管路設計

1)管徑按下式計算:D=［4Q/πV］1/2

D—管內徑，mm;

Q—管段流量，m3/s

V—經濟流速，參考《埋地聚氯乙烯給水管道工程技術規程》。

2)水頭損失。

管路水頭損失:hj=1.1×0.000915LQ1.774/D4.774

式中:hj—水頭損失m;L—管段長度m。

以上水頭損失包括局部水頭損失(局部水頭損失hs按沿程水頭損失的1/10計算)。

水壓線標高和各節點自由水壓推算，以最不利點104點推算，根據《村鎮供水工程技術規范》SL310-2004，5層建筑物的最小服務水頭取24m。

4 供水設備

(1)供水流量。根據以上計算可知，當用水時變化系數取值2.0～2.4之間時，現狀最高時用水量為63.82～76.58m3/h，20年設計最高時用水量為70.98～85.17m3/h。

(2)供水管路內徑。根據計算結果供水主管路采用φ160PVC管材。

(3)供水管路水頭損失。由管網水力計算表查得H損=26.10m。

(4)水泵揚程的確定。H=H損+H1+H2+H3

式中:H—水泵揚程m;

H損—水頭損失m;

H1—水源井的動水位m，H1=60m;

H2—自由水頭m，H2=24m;

H3—水源井至最不利用戶高差，H3=10.5m;

H=26.10+60+24+10.5=120.6m。

(5)水泵選型。根據以上數據，并依據200QJ64-124型號水泵與200QJ80-124型號水泵性能分析，200QJ64-124型號水泵的流量設計為64m3/h，揚程124m，電纜規格為(3×252)mm2，功率37kW;200QJ80-124型號水泵的流量設計為80m3/h，揚程124m，電纜規格為(3×252)mm2，功率48kW。綜合考慮，本次共購置水泵3臺套，其中流量為64m3/h的兩臺，80m3/h的1臺套，擬采用潛水泵，2眼井分別一個，另外一個備用。供水工程初始年可選用流量64m3/h的泵，隨著時間的增長，人口的增多，可選用1臺80m3/h的或2臺64m3/h 的聯合供水［2］。

(6)管材設計內水壓力。供水管材及規格，應符合設計內徑、設計內水壓力，選用管材的公稱壓力不小于設計內水壓力。根據《村鎮供水工程技術規范》SL310-2004表6.0.7，由表知，各管材的設計內水壓力為最大工作壓力的1.5倍，通過水壓線可知，管材應選用1.0MPa及0.8MPa及0.6MPa三種。并結合實地情況，塑料管材的最大工作壓力為P，則設計內壓力為1.5P;鋼構管材最大工作壓力為P，則設計內壓力為P+1.5≥0.9。為此，選用鋼構管材合理［3］。

(7)微機控制自動調速給水設備。水泵電機配套功率為37kW、48kW，根據有關技術要求，選擇沈陽恒信電氣給水設備公司成產的HX4S-50-S3微機自動調速給水設備。

考慮到農村電網保證率低，易停電的特點，為保證連續供水，增設備用電源采用柴油發電機，發電機額定功率為55kW。

5 水錘計算及防護措施

式中:a—水錘波傳播速度(m/s);

1425—聲音在水中的傳播速度(m/s);

d—管徑;

K—水的彈性模數，2.025×109N/m2;

δ—管壁厚度(m)0.007;

E—管道縱向彈性模數，2.9×109N/m2;

(2)瞬時關閉，水泵出水口逆止閥后產生的壓強水頭:

式中:V0—管內正常流速;

H0—正常工作時水泵揚程;

Hmax=126+345.87×1.41/9.8=175.76m;

Hmin=126－345.87×1.41/9.8=76.24m。

經以上計算，在逆止閥后，需設水錘消除器，以免水錘所產生的增減壓影響，采用下開式停泵水錘消除器，進口直徑為d=0.25×160=40(mm)，取50mm。

6 輸變電設計

水廠用電量較大，附近林場變壓器容量為30kVA，剛好林場用電，故需新增變壓器一臺，同時需架設高壓線路150m，低壓線路100m。

(1)變壓器容量S:S=∑N(1+25%)+N輔

式中:∑N—電動機功率之和，48kW;

N輔—輔助備用電之和，取20kW;

S=48×(1+0.25)+10=70kVA

水廠廠區選擇ST-70kVA變壓器一臺，容量70kVA。

(2)高低壓線路。根據計算，水廠變壓器容量為70kVA，所以需架設高壓線路150m，低壓線路100m，低壓線路四線制，用橡皮絕緣線。

7 結語

農村供水工程作為農村地區社會經濟發展的重要基礎設施，是提高農村地區人民生活水平、縮小城鄉差別、建設社會主義新農村的重要物質條件［1］。農村安全飲水工程的實施，將解決農村居民生活后顧之憂，保障社會和諧穩定，促進社會進步與健康、可持續發展。

［1］馬宏娟．農村安全飲水工程建設各管理措施分析［J］．水利規劃與設計，2014(09):30-32．

［2］張繼鑫．農村飲水安全工程的設計與建設［J］．城市建設理論研究，2012(06)．

［3］趙娟．淺析農村飲水安全工程設計［J］．城市建設理論研究，2012(15)．

［4］鄭艷君．關于農村飲水安全工程設計的研究［J］．水利科技與經濟，2011，11(07)．