北票市農村飲水安全供水管網設計分析

陳 亮

(北票市基層水利管理總站，遼寧 北票 122100)

0 引 言

“三農”問題歷來是中國各級政府關注的大事之一，而保障廣大農村地區飲水安全則是最基礎的問題。供水管網是保證農村飲水安全的主要設施，其中的設計工作包括供水規模、流量、水力計算等多種內容，這也是供水工程成敗的關鍵所在。

1 區域概況

該項目涉及到的區域包括北票雙山子村、下雙山子、寶樹營子三個村莊，區域地形以山坡地為主，可概括為“七山、一水、兩分田”，三個村有共計334戶，人口1000人。由于該些村傳統水源地為深水井，日常村民飲水方式為挑水，無自來水入戶，為了用水的便利性及安全性，相關部門在2019年4月對該三個村的供水管網進行設計，并以此積累經驗而推廣到其他農村地區。該項目設計供水水質要求參數詳見下表1所示(部分)。

表1 雙山子村供水管網水質要求(部分)

2 供水規模及供水形式設計

2.1 供水規模計算

用水定額是計算供水量的基礎，本項目具體定額詳見表2。項目區總計人口1000人，大牲畜715頭，因此計算得總供水規模為：111.17m3/d(管網損失率設計為10%)[1]。

表2 用水定額

2.2 供水形式設計

農村供水模式主要有以下兩種：①集中連片供水，該模式適用于平原地區，且人口規模大，數以萬計，地下水水質較好地區，供水方式一般為加壓泵站直供；②單村和聯村供水，該模式適用于供水范圍小、人口較少地區(一般不超過2000人)，為降低供水成本，一般設計高位供水池，以實現自流供水[2]。

結合該項目實際情況，設計采用聯村供水模式，水源地定在雙山子村，設計井深120m，出水量為15-20m3/h，由于地形限制，無法實現自流供水，設計供水方式為加壓泵站供水。

3 供水管網設計

3.1 供水管網布置形式

供水管網布局和出水口、用水量、水壓等均有直接關系，在布局時應盡量減小流量集中、水頭損失過大、管網總長度較大等問題[3]。

1)“樹狀網”管道結構

“樹狀網”管道結構中(見圖1)，水流流向為：樹干→樹枝→分枝，分別對應的是干管→支管→分支管，該形式下供水只有分流而無匯流，適合用戶分布分散、供水規模小的地區[4]，本項目設計采用該管道結構。

圖1 “樹狀網”結構示意圖

2)“環狀網”管道結構

“環狀網”管道結構中，各管道通過節點連接成閉環狀供水網，可以通過控制閥門來調配水流，而且水流可以逆向流動，這種管網供水可靠性高，而且控制系統先進且復雜，適合人口集中的城鎮、城市供水采用[5]。

圖2 “環狀網”結構示意圖

3.2 供水管網水力計算

3.2.1 管徑設計

參照其他工程經驗，項目選取PE管作為供水管道，管徑D主要和供水流量Q、水流速度v(PE管經濟流速1.0-1.8m/s，在此取1.5m/s)有關，計算公式見(1)[6]。經計算本項目各級管道直徑數值見表3。

表3 各級管道管徑數值計算結果

(1)

3.2.2 水頭損失計算

1)沿程水頭損失計算

沿程水頭損失hf計算公式見(2)[7]，相關系數取值見表4。通過計算，hf=7.55m，其中干管為5.92m，支管為1.63m。

表4 不同管材相關系數取值

(2)

式中：f為摩阻系數；m為流量系數；b為管徑指數；Q為流量；D為管段直徑，mm；L為管段長度，m。

2)局部水頭損失計算

當水流通過彎頭、閥門、三通(四通)等裝置時，會引起局部水頭損失hw，在實際中為了避免計算麻煩，一般直接取沿程水頭損失的10%-15%計算，項目按照15%計算得hw=1.13m。因此，算得項目水頭損失總計為8.88m。

3)水泵選型配套設計

選取水泵時，需要其有足夠大的揚程，本項目根據地面高程差(65m)、水頭損失(8.88m)、水源地地下水水位變化(45m)等因素來計算水泵揚程，盈余系數k=1.1，計算見(3-3)，可得水泵揚程L=130.77m，選取水泵型號為一臺150QJ20-143/22潛水泵，流量為20m3/h，揚程143m，功率為15kW。

L=(65+8.88+45)×1.1=130.77m

(3)

3.3 配套建筑設計分析

1)管井設計

項目水源井井管設計為內徑325mm鋼管，其中取水段過濾器的結構示意圖見下圖3所示。井壁和鋼管之間填充巖石顆粒，粒徑不均勻系數為(2.5-3.0)d50，設計填料高度高出過濾器8.0m，過濾器為纏絲型，取水段長10.0m，基本和含水層動水位以下厚度一致，以保證供水穩定性。過濾器以下為無孔沉砂管，長度設計為5.0m，其用途是聚集經過濾層流入濾水管內的細小沙礫，防止濾水管被堵塞[8]。

圖3 水源井取水段過濾器結構示意圖

2)井管房設計

為保證供水安全和潔凈度，建造一座井管房，采用M5砌磚墻結構，厚度要求不低于25cm，井管房設計尺寸：長×寬×高=5.0×3.0×3.0m，房頂采用C20現澆混凝土結構，預留0.5×0.5m吊裝孔，井管房鑰匙由專人負責妥善保管，不得外借。

3)閥門井設計

閥門井為方向設計，凈尺寸為0.8×0.8m，深度1.5m，底部為30cm厚的C20混凝土結構，井壁采用M5砌磚即可。輸水管中心線距離井底要求不低于20cm，給操作和維修留足空間。井口覆蓋10cm厚鋼筋混凝土蓋板。

4)蓄水池設計

項目蓄水池容積設計為120m3，凈尺寸7×5×5m，長方體形狀，為C23鋼筋混凝土結構，壁厚25cm，設計φ200mm溢水管和φ100mm通氣管，為防止污染，蓄水池頂部為20cm鋼筋混凝土蓋。蓄水池要每隔3個月由專人清理和消毒一次，水質監測每隔4個月檢測一次，在汛期時應一個月檢測一次。

4 結 語

該項目于2019年10月30日正式投入使用，涉及到的雙山子村、下雙山子、寶樹營子三個村莊供水率達到了100%，供水量也達到了設計要求。經過近半年檢測，供水水質完全達到了飲用水標準，而且也沒有影響地下水位變化，水源井供水穩定。但如果全區域供水，供水壓力會存在不足問題，因此項目區合理安排分時段、分區域供水，無需對硬件設施進行更換升級，很好地解決了這一問題。