农村安全饮水工程配水管网设计

杜秀兰,赵 岩

(1.密山市水利设计处,黑龙江 密山 158300;2.双城市水务局,黑龙江 双城 150100)

农村安全饮水工程配水管网,是指水经过直接供水水泵或水处理设备等设施后,由管道、管件和附属管道装置相连接而成,向用户配水、输水的管道网络。配水管网按其布置形式可分为树枝状、环状和混合状管网。

农村安全饮水工程配水管网的设计内容包括管道的布置、各级管道的管材、管网水力计算和管径的确定、输配水管网各控制点的压力计算等。要依据相关规范并结合本地区地理、气候特点及运行规程等实际情况,从技术科学性、经济合理性及安全可靠性出发综合考虑,进行设计。下面介绍具体设计过程和应考虑的主要问题。

1 配水管网选线和布置原则

1)管网应合理分布于整个用水区,线路尽量短,并符合村镇有关建设规划。

2)规模较小的村镇,可布置成树枝状管网;规模较大的村镇,有条件时,宜布置成环状或环、树结合的管网。在山区丘陵地区主管道应尽量沿山脊布置,以尽量减少管道起伏。地形复杂或确需爬坡时,管道最大纵坡不宜超过 1∶1.5,而且应小于土壤的内摩擦角,在其平面拐弯处和纵断面起伏处设置镇墩。管道的转弯角度应大于或等于90°。

3)管道宜沿现有道路或规划道路路边布置。

4)管道一般应埋设在未经扰动的原状土层上;在岩基上埋设管道时,应铺设砂垫层;在承载力达不到设计要求的软地基上埋设管道时,应进行基础处理。

5)在管道凸起点,应设自动进(排)气阀。农村配水管网选用单口排气阀,排气阀的直径与管道直径比为 1∶2～1∶5。在管道的最低处设置泄水阀,泄水阀的直径与管道的直径之比一般为 1∶3。排气阀、泄水阀可以单独放在阀门井内,也可以和其它管件共用一个阀门井。

6)地形高差较大时,应根据供水水压要求和分压供水的需要在适宜的位置设加压泵或减压设施。

7)应根据村镇具体情况,按规范GBJ16和GBJ39的有关要求设消火栓;消火栓应设在取水方便的醒目处。

8)集中供水点,应设在取水方便处,寒冷地区应有防冻措施。

9)测压表,应设在水压最不利用户接管点处。

2 管材选择

农村安全饮水工程的关键是水质。长期以来,由于工业废水、农业所用的化肥、农药、生活污水及地面污染物大量排入江河和渗入地下,致使江河、湖库的水质及局部地下水污染严重,人们深受其害。因此,管材必须要求化学稳定性好,不受环境因素和管道内输送介质成分的影响,耐腐蚀性能好;水力性能好,管道内壁光滑,阻力系数小,不易积垢。综合考虑,配水管道管材选择应满足卫生、受力、耐久等基本要求,尽可能选用节能、耐腐蚀、价廉和施工简便的 P E管材。常用的口径为 D N 20—D N630共 14种规格。

3 管网水力计算

1)配水管网设计流量,要满足最高日最高时用户的需求,即最高日最高时用水量。

式中:Q设为设计供水能力,按最高日用水量计算;Kh为时变化等数,全日制供水可参照下表取值;定时供水,Kh=3.0～4.0。

2)人均综合用水当量

式中:q0为人均综合用水当量,m3/h◦人;Q配为配水管网设计流量,m3/h;∑Q焦为企业、机关、学校等用水大户最高时用水量之和,m3/h;P为设计用水人口。

3)节点出流量

绘制管网水力计算图时,在折点、用水点或集中出流点,画小圆圈并编号即为节点。配水管网中,所有节点出流量之和,应等于最高日最高时用水量。每个节点的出流量,包括综合用水出流量和集中出流量,综合用水出流量,以人均综合用水当量乘以由该节点供水的设计人口数计算;集中出流量为用水大户的最高时用水量。

4)管段设计流量

树枝状管网的管段设计流量,等于该管段下游各管段所有出流量之和;环状管网的管段设计流量,在满足各节点出流量的前提下,通过管网平差计算确定。

5)管道内径的计算

式中:D为管道计算内径,m;Q为管段设计流量,m3/s;Ue为经济流速,m/s。

经济流速可根据选用管材单价,当地敷管单价及动力价格(电费)计算确定。管径大时,经济流速大;管径小时,经济流速小。

6)管道水头损失计算

管道水头损失计算,应包括沿程水头损失和局部水头损失;配水管网的局部水头损失,可按其沿程水头损失的 5%～10%计算。环状管网水力计算时,水头损失闭合差绝对值,小环应 ＜0.5 m,大环应 ＜1.0 m。

7)管网水力计算图的标注

图 1 管网水力计算标准图

根据地形图或实际测量结果,确定各节点地面高程,标注在示意图上。

8)确定最不利点的自由水头

一般将距水厂最远或人口最多的节点定为最不利点,最不利点的自由水头,单层建筑为5～10 m,二层建筑物为 10～12 m,二层以上每增加一层增加 3.5～4.0m。视设计范围内用户实际情况或规划要求而定。自由水头为10m标在示意图上。

9)确定各节点的水压线标高

首先确定最不利点的水压线标高,即自由水头加地面高程,然后下游节点向上游节点推算,以下游节点水压线标高,加上管段的总水头损失,即为上游节点水压线标高,依此类推。可据此选泵或确定高位水池、水塔的最低水位。

10)检验校核

①流入节点的流量,应等于从该节点流出的流量;②上游节点水压线标高,减去该管段水头损失,等于下游节点水压线标高;③每个节点的水压线标高,减去该节点地面标高,等于该处自由水头。

3 结束语

农村安全饮水工程自 2005年计划实施以来,配水管网在整个农村饮水安全工程中起主要作用,在运行中消耗大量的能量。因此,配水管网工程的管网布置和各级管道的管材选择及管径的合理设计,是影响管网运行和投资的主要因素。

[1] 韩洁.浅谈住宅小区室外给水管道设计流量的确定方法[J].黑龙江水利科技,2003,31(5):54.

[2] 李立军,郭恒亮,苏建忠 .遗传算法用于雨水管网的优化设计[J].黑龙江水利科技,2005,33(5):1-3.