昌吉市農村飲水工程（佃壩鎮段）配水工程設計

張 成

（新疆昌吉市農村集中供水中心，新疆 昌吉 831100）

1 工程概況

昌吉市兩鄉兩鎮農村飲水安全工程是昌吉市改善農村人居環境、助力鄉村振興農村安全飲水項目的一部分，其維修改造涉及六工鎮、濱湖鎮、佃壩鎮、大西渠鎮等區域，工程水源為地下水，利用大西渠鎮政府旁機井一眼，另新建機井一眼，共配套機井2 眼，期間新建井位置距原有井間距800 m，井深200 m，單井出水量160 m3/h。根據水質化驗，水源井各項常用水質指標均達到評價標準中一級水指標要求。昌吉市改善農村人居環境、助力鄉村振興農村安全飲水項目將徹底解決昌吉市12.66 萬人農村人口飲水安全問題，通過新建、擴建、配套、改造、聯網等措施，到2020 年，使昌吉市農村集中供水率達到95%以上，農村自來水普及率達到90%以上，水質達標率達到95%以上，供水保證率設計供水規模在20 m3/d 以上的集中式供水工程不低于95%，其他小型供水工程或嚴重缺水地區不低于90%，供水保障程度進一步提高。

2 配水工程設計

2.1 設計原則

保證供水安全，施工方便，管線短，土石方量小，便于維修管理。供水管線的選擇充分利用現有地形，優先考慮利用地形高差重力輸水。選擇最短線路；既要照顧現狀，又要考慮遠景發展規劃，近遠期結合，盡可能沿道路布置；力求少占農田、破壞植被；管線埋設在地形起伏小、順直段，附件設置少；長距離輸水，在隆起點設排氣閥，在低凹處設排氣閥；輸水干管沿公路及簡易道路布置，防止壓在路面之下；輸水管網應根據用水要求，遍布整個給水區，供水到戶，保證用戶有足夠的水量與水壓；管頂埋深在最大凍深1.8 m 以下[1]。

2.2 管線布置

本次實施主要為輸配水管建設，由于居民區和主要道路（主要道路均為柏油路）已建，本次管線布置形式較為單一，管網線路提出兩種方案進行比選。

方案一：管線沿現有已建柏油道路路邊布置，施工時先用切割機將需要破壞的路面切開，再進行管溝開挖，管道施工完成后再恢復柏油路面。該方案優點為不占用耕地，不存在耕地補償費，施工不受季節影響；缺點為主管基本全部位于道路邊，施工工作量大，阻礙交通，主干道以后加寬改造將使主管置于道路中心，運行養護難度大。

方案二：管線盡量避開主干道柏油路，沿田間路邊或耕地邊布置。該方案優點為不破壞道路，施工不影響交通，后期運行管理方便；缺點為管道施工需占用耕地，與農民協商困難，需支付補償費用，施工期受農作物生長期影響，需合理安排施工期。

本次設計通過對兩方案1 km 管線投資進行比較，推薦采用方案二。投資比較見表1。

2.3 配水管材的選取

農村供水工程中，對管材的基本要求是對水質不產生毒害、污染，價格低，耐腐蝕，使用年限較長，施工容易安裝；內壁光滑（減少水頭損失，節約能源）；工作安全可靠，保證工作所需壓力。

本工程管材的選擇主要從管材造價、安裝速度、經濟耐用等方面進行比較。根據市場價格及防病改水工程普遍采用的管材，管徑小于400 mm 的塑料管綜合造價比球墨鑄鐵管和玻璃鋼管都要低，且具有耐腐蝕、管壁光滑、輸水能力強、重量輕、安裝速度快[2]等特點，而本次設計最大的管徑為DN250，因此推薦選擇UPVC 管和PE 管兩種管材，結果見表2。

表1 管線布置方案投資比選表

表2 配水管材比較表

根據比選，球墨鑄鐵管管材造價高，但抗腐蝕性強，強度高適用于規模較大的供水工程，一般DN200 以上性價比較高；PE管管材造價適中，具有耐沖擊、耐腐蝕、高韌性的特點，UPVC管價格最低，但UPVC 管抗荷載差、實際運行中較易發生爆管現象。通過比選PE 管的安全性和質量均比UPVC 管優越，結合昌吉市已實施飲水安全工程中管材選用的實際情況，本工程給水管材選用1.0 MPa 生活用聚乙烯管，即PE 管材。

2.4 管網設計

2.4.1 管網設計流量

式中：Q配為配水管設計流量，m3/h；Q 為水廠供水流量，m3/h；K時為時變化系數，農村最高日用水量時變化系數取值為2.2；T 為水廠日工作時間，h，取T=24 h。

經計算，昌吉市農村飲水工程（佃壩鎮段）配水管網設計流量800 m3/h。

2.4.2 管網水力計算

考慮到本次實施方案階段布置到項目區村頭，由于是從已建工程管網接水，根據接口壓力適當調整供水管管徑，以滿足最不利節點受水區對供水水壓的要求。

管段的計算流量等于該管段下游各節點流量之和，管段管徑的計算按下式：

式中：d 為管段的計算內徑，mm；Q 為管段的計算流量，m3/s；V為管段內水的經濟設計流速，m/s。

根據各管段的計算流量，參考不同管徑的經濟流速范圍，結合整個管網的布置，優化選擇合理的管徑，并計算出各管段水頭損失。聚乙烯管在水溫10℃時的沿程水頭損失采用下式計算：

式中：hf為單位沿程水頭損失，m；Q 為管段管網設計流量，m3/s；d 為供水管內徑，mm；L 為供水管長度，m。

局部水頭損失按沿程水頭損失的10%計。具體計算結果見表3。

表3 佃壩鎮段管網水力計算表

3 結論

昌吉市農村飲水工程（佃壩鎮段）配水工程自實施以來，配水工程在整個農村飲水工程運行中起到了關鍵性作用，為確保配水工程正常運行，必須加強配水管網布置及各級管道管材的比選，重視管徑的合理設計，加強管網水力計算控制。昌吉市農村安全飲水工程的順利實施在改善項目區內農村居民生活衛生條件、提升居民健康水平、加快我國新農村建設步伐、推動和諧社會發展方面效益十分凸顯。