浅析上石腊人畜饮水管引工程设计

李志帅

(云南省文山州丘北县官寨乡水务站,云南丘北 663200)

浅析上石腊人畜饮水管引工程设计

李志帅

(云南省文山州丘北县官寨乡水务站,云南丘北 663200)

乡村人畜饮水工程设计是乡级水利行业常做的工程项目,本文通过建筑材料的选取,水力计算分析总结,为类似工程提供有益参考。

取水坝 压力管道 蓄水池 引水流量 建筑材料

1 工程概况

上石腊人畜饮水工程位于丘北县官寨乡政府所在地的东部，距乡政府所在地约8km。该工程属于县水务局安排的人畜饮水安全项目的民办公助工程，共解决76户、420人，228头大牲畜的饮水不安全问题，主要设计内容有，一座取水坝、一条引水主管总长为6.5km，蓄水池80m3，供水主管、分户管网，水表及水咀的安装，其中供水主管总长为1240m，分户管网总长为1580m。

2 取水坝址的选择

(1)取水坝选择建在上石腊村小组的东南方向的大山箐沟里，属于山泉水，由于泉点分散，故在泉点下边新建一座取水坝，在此地建坝可将分散的泉水集中在一处，另外还可在坝内将水沉淀，初步过虑后方可引到下个沉淀池，再进入消毒池，最后进入清水池饮用。

(2)该地水源植被良好，水量充沛，水质较好，清澈透明，经县防疫部门取水化验，符合国家现行的生活饮用水质标准。经多次调查，该水源最枯年份日产水量为55.6m3，按该村小组每人每天需生活用水量70kg计算，全村小组每天需生活用水为29400kg，合29.4m3，该工程设计正常使用年限按15年计算，预计该村小组人口自然增长率为12‰，至2023年后人口为502人，日用水量为35.14m3，该水源也能满足全村小组人民群众的生活用水。

(3)该地水源地质呈“V”字型发育，出露基岩为粉砂岩石，建坝区相对平缓，地区稳定，适于建坝。

(4)取水坝设计坝长为3.5m、坝顶宽0.3m、坝底宽0.7m，上挡墙长为2.4m，高1.5m为考虑雨水来的时候饮水清洁，取水坝内集水井用毛块石干彻0.6m厚，有浑水在坝内初步沉淀，过虑池后方到集水井里，该地附近石料多，可就地取材，为考虑投资省，坝体及挡墙均用M5用毛块石满浆支彻，然后用M10抹面，在集水井处安装有输水管和排污管，在坝下设有闸阀井，以便清洗水坝和维修输水主管时使用。在闸阀井下再设一个2m×1m×1m的沉淀池。

表1 水力计算表

3 工程布置

3.1 输水主管

输水主管总长6500m，自取水坝向西北方向布置至村子，整条管道必须开挖宽为0.2m、深为0.5m的埋管沟，管沟开挖在半山腰和山谷沟底，施工完毕后即可回填恢复原貌，几乎都不用砍伐林木，对生态破坏性不严重。选用的管材为1.0MP的DN50PVC—U塑料给水管，该管子管道内壁光滑、不结垢、管路畅通，具有水利用系数高，重量轻、安装较为方便、造价低等优点，故宜选用。输水主管顺深沟1+200处安装第一个排污阀，沿管道在山梁较高处安装三个排气阀，在经过两处深谷安装两个排污阀，以便冲砂排污和排气，减少管道内淤积，增加输水主管使用寿命。

3.2 蓄水池

蓄水池设在寨子较高处，以满足现有农户都能喝上自来水，根据该村所处的地形地貌和总人口日需水量，在考虑输水主管工程维修3至5天时不影响供水的前提下，需设计新建一个蓄水为80m3的圆形蓄水池，其直径为6.8m、深为3m，因石料运输不远，为考虑工程投资省，经济耐用，池帮选用M5毛块石分层错缝饱浆支砌，池帮内壁选用M10水泥砂浆抹面，池中间设有0.4×0.4×3的盖板顶柱，盖板选用C20钢筋混凝土浇筑，池底板选用C20砼浇筑。为饮水安全，在蓄水池边设一个2m×1m×1m的消毒池，将水消毒后方进入蓄水池(清水池)饮用。

3.3 供配水管网

为考虑减少工程投资，施工方便，能减轻农户负担，并根据农户所在的位置高低不一，除水咀站桩选用Dg15渡锌管外，其余的管材均选用PVC-U塑料给水管。

4 输水主管流量设计及管径的确定

4.1 该饮水工程为人饮安全工程

输水主管的流量必须满足全村小组的正常需水要求为目的，并且还要考虑设计年限内人口的自然增长率，根据现有的水源点与蓄水池的高差来确定，取水坝取水点的进口相对高程为101.560m，蓄水池的进水口相对高程为64.960m，其高差为36.6m。经用钢管道和塑料管道作水力计算，其管内径均不小于40mm，经计算分析比较，在同样的管径中，用PVC-U管道具有重量轻，管道内壁光滑，管路畅通，安装方便等优点。钢管的缺点是自重大，不易安装，易生锈，造价大，在野外容易被盗，且管道内壁不光滑，沿程损失系数大等，在目前市场上钢管的造价比塑料管的造价要高一倍左右，故选用与钢管承受同等压力的塑料管为该工程的输水主管。

4.2 管径的确定

管材选用1.0MP-PVC-U塑料管，根据Q=502人×70kg/天=35140kg／天=0.0003514m3/s，设计其输水最小流量为0.0003514m3/s，是该村小组人民群众的正常日需水量，根据该流量和选用的管内径为40mm。

式中：Q—设计流量，m3/s；

d—管内径，m；υ—平均流速，m/s。

式中：l—为管道长度，m；

hf—为沿程水头损失m；

υ—平均流速，m/s；

g—重力加速度，m/s2。

计算出沿程水头损失为13.1m。在输水主管道有多处需要安装弯头，共安了20处45°弯接、10处90°弯接，

式中：hj—局部水头损失，m；

ζ—局部阻力系数。

在此式中弯接的阻力系数；45。—ζ取0.35、90。—ζ取1.10，经计算总局部水头损失hj总=0.07m，通过计算结果，总水头损失为13.17m，签于通过实地测量现有的实际落差为36.6m，实际来水量大于设计来水量，平均流速也大于设计流速，故选用管内径为40mm的PVC—U管是能满足该村人民群众生活用水的需要。

5 供水管网的设计

最近几年来，随着PVC—U塑料给水管的出世，在我乡是较为实用的，我乡有条件建自来水的村寨大多数都居住在土山，管道易挖埋，本着减少资金的投入，减轻农民负担，均用水力公式作详细计算 ，在本工程上的管材均选用了PVC—U塑料给水管。选用了以下管材；DN63：160m、DN50：250m、DN40：150m、DN32：680m、DN25：520m、DN20：1060m、水表均选用Dg15水表。村内供水管网根据地形、街道、房屋分布等布置，共布设1条干管，6条支管，其管径、管长、流量、流速等见水力计算表(如表1)。

说明：管材选用1.0MP-PVC—U给水管，表内管径均为外径。

从平面布置可以看出，供水管进水口相对高程为961.960m，供水最高点相对高程为956.460m，经水力计算可知，即使在全天用水最高峰时段，最高用水点仍有5.5m水头。

6 结语

本工程通过实地测量，采用沿程水头损失和局部水头损失水力计算和反复核算，并在施工过程中严格把关技术要求，上石腊人畜饮水管引工程是有保证的。现该工程已投入使用半年来没有任何质量问题，各项指标均达到设计要求。