农村饮水安全工程设计浅析

2015-12-18李卿

水利技术监督 2015年3期

李卿

(辽宁省观音阁水库管理局，辽宁本溪 117199)

1 工程概述

为了解决2931户约1.0883万人的饮用水问题，朝阳县二十家子镇农村饮水安全工程总投资约483.07万元。工程计划包括:打井2眼，潜水泵3台(套)，铺设管路107.71km，高压线路0.15km，低压线路0.1km，变压器1台，供水站1处。

供水工程管网布置采用树枝状。为管理方便，在主要节点处设阀门井，共计33个;在地形突变处设置镇墩;管网在较低处设排污阀，高处设排气阀［4］。

水源井选在原二十家子林场，共2眼，根据附近成井报告，含水层岩性主要为中粗砂、砂砾石，水源井出水量满足要求，水质经县防疫站化验，符合人畜饮水标准要求。水源井型式为深井，井径为400mm，管壁为4mm以上钢管，井深100m［2］。

2 用水定额与用水量计算

根据该村实际情况并参考《新编农村供水工程规划设计手册》，常住人口饮水定额50L/人·d，驻镇单位20L/人·d，大牲畜50L/头·d。

(1)居民用水量计算。

Q1=(q1×p1)+(q2×p2)×10－3

式中:Q1—居民用水量，m3/d;

q1—常住民用水定额，L/人·d;

q2—驻镇单位居民用水定额，L/人·d。

P=P0(1+γ)n+P1

式中:P—设计用水人口，人;

P0—供水范围内的常住人口数，人;

γ—设计年限的人口自然增长率，3.5‰;

n—工程设计年限，a;

P1—设计年限内人口的机械增长总数，人。

(2)牲畜用水量。

Q2=(q3×p3)10－3

式中:Q2—牲畜用水量，m3/d;

P3—大牲畜头数，头;

q3—大牲畜用水定额，L/头·d。

(3)管网漏失量及不可预见量。

Q3=(Q1+Q2)×10%

式中:Q3—管网漏失量及不可预见量，m3/d。

(4)用水总量。Q=Q1+Q2+Q3

式中:Q—总用水量，m3/d。

(5)最高日用水量Qd。

Qd=Kd×Q

式中:Qd—最高日用水量，m3/d;

Kd—日变化系数1.5。

(6)最高日最高时用水量。

Qh=KhQd/24

式中:Qh—最高日最高时用水量;

Kh—时变化系数。

根据《村镇供水工程技术规范》SL310-2004，该工程供水规模在200～1000m3/d，时变化系数Kh范围在2.0～2.5。该次设计Kh取2.0和2.4对照，详细见表1。

(7)比流量计算。

根据供水工程设计供水单位的实地考察和分析，用水单位的日均用水量为:镇政府10m3/d，派出所5m3/d，中学30m3/d，医院50m3/d，供销社5m3/d，林场5m3/d，邮局5m3/d，村委会5m3/d，信用社5m3/d。

用水单位最高时用水量:镇政府0.42L/s，派出所0.21L/s，中学1.25L/s，医院2.08L/s，供销社0.21L/s，林场0.21L/s，邮局0.21L/s，村委会0.21L/s，信用社0.21L/s。

由以上数据可以看出，除中学、医院、镇政府及派出所以外，其他单位用水量均较小，集中用水量只需考虑以上4处用水单位。故本工程设计管段集中流量为3.96L/s。

该次设计工程年限为20年，时变化系数取2.4，比流量计算:qs=(Qh－∑QJ)/∑L

式中:qs—管网设计流量(L/s);

Qh—最高时用水量85.17/3.6=23.66(L/s);

∑QJ—集中流量(L/s);

∑L—有用户用水管段长度(m)，单侧供水计算长度为实际长度的一半。

(8)沿线流量:ql=qsL

式中:ql—管道的沿线流量(L/s);

L—管段的计算长度(m)，单侧供水的管线长度按一半计算。

(9)节点流量计算:依据公式:qs=0.5∑ql。

3 管路设计

1)管径按下式计算:D=［4Q/πV］1/2

D—管内径，mm;

Q—管段流量，m3/s

V—经济流速，参考《埋地聚氯乙烯给水管道工程技术规程》。

2)水头损失。

管路水头损失:hj=1.1×0.000915LQ1.774/D4.774

式中:hj—水头损失m;L—管段长度m。

以上水头损失包括局部水头损失(局部水头损失hs按沿程水头损失的1/10计算)。

水压线标高和各节点自由水压推算，以最不利点104点推算，根据《村镇供水工程技术规范》SL310-2004，5层建筑物的最小服务水头取24m。

4 供水设备

(1)供水流量。根据以上计算可知，当用水时变化系数取值2.0～2.4之间时，现状最高时用水量为63.82～76.58m3/h，20年设计最高时用水量为70.98～85.17m3/h。

(2)供水管路内径。根据计算结果供水主管路采用φ160PVC管材。

(3)供水管路水头损失。由管网水力计算表查得H损=26.10m。

(4)水泵扬程的确定。H=H损+H1+H2+H3

式中:H—水泵扬程m;

H损—水头损失m;

H1—水源井的动水位m，H1=60m;

H2—自由水头m，H2=24m;

H3—水源井至最不利用户高差，H3=10.5m;

H=26.10+60+24+10.5=120.6m。

(5)水泵选型。根据以上数据，并依据200QJ64-124型号水泵与200QJ80-124型号水泵性能分析，200QJ64-124型号水泵的流量设计为64m3/h，扬程124m，电缆规格为(3×252)mm2，功率37kW;200QJ80-124型号水泵的流量设计为80m3/h，扬程124m，电缆规格为(3×252)mm2，功率48kW。综合考虑，本次共购置水泵3台套，其中流量为64m3/h的两台，80m3/h的1台套，拟采用潜水泵，2眼井分别一个，另外一个备用。供水工程初始年可选用流量64m3/h的泵，随着时间的增长，人口的增多，可选用1台80m3/h的或2台64m3/h 的联合供水［2］。

(6)管材设计内水压力。供水管材及规格，应符合设计内径、设计内水压力，选用管材的公称压力不小于设计内水压力。根据《村镇供水工程技术规范》SL310-2004表6.0.7，由表知，各管材的设计内水压力为最大工作压力的1.5倍，通过水压线可知，管材应选用1.0MPa及0.8MPa及0.6MPa三种。并结合实地情况，塑料管材的最大工作压力为P，则设计内压力为1.5P;钢构管材最大工作压力为P，则设计内压力为P+1.5≥0.9。为此，选用钢构管材合理［3］。

(7)微机控制自动调速给水设备。水泵电机配套功率为37kW、48kW，根据有关技术要求，选择沈阳恒信电气给水设备公司成产的HX4S-50-S3微机自动调速给水设备。

考虑到农村电网保证率低，易停电的特点，为保证连续供水，增设备用电源采用柴油发电机，发电机额定功率为55kW。