東河灌區農村人飲工程輸配水管網優化布局

任玉斌

（永昌縣四壩水利管理處,甘肅 永昌 737200）

隨著新農村建設的迅速發展,農村生態環境的破壞程度越來越嚴重,尤其水污染問題更為嚴重,直接影響農村居民飲用水的安全性,嚴重威脅農村居民的身體健康。農村飲水安全代表農村居民可以及時、便利地獲取滿足生活所需的飲用水。受環境污染與供水設施數量較少等因素影響,農村居民飲水安全性差、飲水難度高等問題越來越嚴重。為此,全面建設農村人飲工程是新農村發展的首要任務,全面建設農村人飲工程,可提升農村居民的用水安全。目前,農村人飲工程無法滿足用戶對水量與水壓的需求,為此,需要研究輸配水管網優化布局方法,確保農村人飲工程能夠健康發展,提升農村居民的供水質量。

1 工程概況

東河灌區位于永昌縣城東南部,灌區轄3 個鄉鎮,總人口4.59 萬人,其中：農業人口4.35 萬人。20 世紀80 年代灌區居民飲用的是澇池水,澇池水就是灌區各村社居民唯一的飲用水源,而且群眾飼養的牲畜也全部在澇池里飲水,因而對水質的污染相當嚴重,水中的大腸菌群超標,群眾的飲水困難問題相當突出。后來在國家的投資和群眾自籌資金下修建了一些水窖,但是水窖的水源主要是灌溉水通過溝渠輸送到水窖的,由于水窖的容積小,且灌溉間歇期長,水量嚴重不足,且在水源輸送過程中水質也受到了污染,水中有害物質超標,人民飲用水質不合格。由于飲水問題,一直嚴重影響著當地居民的生活,降低了當地群眾生活質量,阻礙了農業生產的快速發展。為此,對東河灌區農村人飲工程輸配水管網進行優化布局,旨在改善農村居民生活質量,提升農村居民飲用水的安全性。本次優化布局人飲工程輸配水管道長度是499.53 km。

2 人飲工程輸配水管網優化布局

2.1 農村人飲工程輸配水管網優化布局原則與標準

2.1.1 輸配水管網優化布局原則

東河灌區農村人飲工程輸配水管網優化布局原則如下：

（1）確保農村供水安全為前提,進行輸配水管網優化布局,同時需盡可能縮短輸配水管網長度,減少土石方量,降低優化布局成本。

（2）優化布局輸配水管網時,需考慮東河灌區農村人飲工程的管線規劃要求,盡量按照規劃路徑進行輸配水管網布局優化。

（3）盡可能降低與公路、鐵路的交叉概率,并遠離滑坡與高地下水位等危險區域。

（4）在長距離輸配水管網的隆起位置,設置排氣閥,及時排出管內空氣。在輸配水管網低洼位置,安裝泄水閥。

（5）按照農村人飲用水需求,遍布整個供水區,確保用戶不會出現水量水壓不夠問題。

（6）以滿足用戶對水量與水壓的需求為前提,盡可能減少輸配水管網長度,最大限度的降低管網布局優化造價。

（7）依據東河灌區農村人飲工程的供水區規劃,留有足夠多的發展余地。

（8）在凍層以下埋設輸配水管網,避免管道被凍裂。

2.1.2 輸配水管網優化布局標準

東河灌區農村人飲工程輸配水管網優化布局標準如下：

（1）用水量標準。按照東河灌區農村人飲工程的實際情況,確定人均用水量標準為55 L/d,以最高日用水量的4.5%,為輸配水管網的漏失水量。

（2）供水水質。輸配水管網布局優化后的供水水質,需符合生活飲用水衛生標準。

（3）輸配水管網壓力。輸配水管網水壓需低于用戶接管點的最小服務水頭,按照供水范圍與實際情況,確定主管網至村頭位置的壓力是210 kPa。單層建筑用戶接管點的最小服務水頭壓力設置為45 kPa,兩層建筑的壓力為90 kPa～130 kPa,兩層以上建筑,每增加一層,壓力便需增加30 kPa～45 kPa。用戶水龍頭高于接管點時,服務水頭壓力設置時,還需考慮用戶水龍頭和接管點的高度差。用戶最大服務水頭壓力不可大于420 kPa。

（4）方便程度。飲水困難的標準為：居民位置至取水位置的橫向距離超過1.5 km,縱向高度差大于110 m。按照東河灌區農村人飲工程的實際情況,結合全面建設社會主義新農村的需要,確定往返取水時間標準為：小于等于18 min。當往返取水時間小于等于10 min 時,代表取水方便。通過上述分析可知,確定供水方便程度為取水往返時間小于等于14 min。

（5）保證率。按照《村鎮供水工程技術規范》要求,設置東河灌區農村人飲工程輸配水管網的供水保證率為大于等于96%。

2.2 農村人飲工程輸配水管網優化布局方案設計

2.2.1 優化布局模式分析

農村人飲工程輸配水管網優化布局建設成本的主要影響因素是優化布局模式。按照輸配水管網優化布局原則與標準選擇兩種常用的優化布局模式,分別為集中優化布局模式與分散優化布局模式。其中,集中優化布局模式代表對飲用水進行統一消毒,并輸送給指定用戶。分散優化布局模式代表將水輸送到不同分凈水廠分別進行消毒處理,再輸送給指定用戶。

輸配水管網優化布局成本計算公式如下：

式中：W 為水從出廠到指定用戶位置的全周期運維成本；C1為消毒成本；C2為加壓提升泵站運維成本；C3為輸配水管網建設成本。

C1的計算公式如下：

式中：Q為水廠處理量；a為消毒藥劑單價；b為消毒藥劑用量。

C2的計算公式如下：

式中：pi為第i 個水泵的單價；k1為修正系數；e 為電費單價；H 為提升泵站揚程；k2為檢修維護綜合費用系數。

C3的計算公式如下：

式中：mj為尺寸為j 的管道單位長度管道單價；lj為尺寸為j的管道長度。

兩種優化布局模式的對比結果見表1。

表1 兩種優化布局模式的對比結果

通過分析表1 可知,兩種優化布局模式的輸配水管網系統所需壓力一致,均為0.29 MPa,集中優化布局模式的提升泵站揚程,比分散優化布局模式的提升泵揚程短1 m；集中優化布局模式的輸配水管網工程量,比分散優化布局模式的輸配水管網工程量短1.8 km；集中優化布局模式的凈成本與總成本,均低于分散優化布局模式。綜合分析可知,集中布局優化模式要優于分散布局優化模式,為此,選擇集中布局優化模式,建設東河灌區農村人飲工程輸配水管網。

2.2.2 輸配水管網優化布局管材選擇

東河灌區農村人飲工程輸配水管網優化布局中,管材選擇非常重要,其選擇結果與輸配水管網系統使用壽命、安全性、建設成本息息相關。常用的管材有鐵管、鋼管、PVC-U管等,不同管材均有各自的優點與缺點,通過對比分析的方式,選擇最佳的輸配水管網布局優化的管材,對比分析結果見表2。

表2 輸配水管網布局優化的管材對比分析結果

通過分析表2可知,在輸配水管網管徑超過450 mm時（包含450 mm）,選擇鐵管為東河灌區農村人飲工程輸配水管網優化布局的管材；在輸配水管網管徑低于450 mm 時,選擇PVC-U 管為東河灌區農村人飲工程輸配水管網優化布局的管材。

3 結論

研究東河灌區農村人飲工程輸配管網優化布局方法,可為提升農村居民飲水安全提供保障。通過對比分析可知,集中優化布局模式的提升泵站揚程與分散優化布局模式的提升泵揚程,分別是41 m 與42 m,相比可知集中優化布局模式的提升泵站揚程相對較短；集中優化布局模式的凈成本與總成本分別是342.96 萬元/a、354 萬元/a,分散優化布局模式的凈成本與總成本分別是373.45 萬元/a、386 萬元/a,相比可知集中優化布局模式的運維成本較低；綜合分析可知,以集中優化布局模式為最終的輸配水管網優化布局模式。