姜家店村农村饮水安全工程水力计算与分析

林 枫

(北票市大板水利服务站，辽宁 北票 122114)

姜家店村农村饮水安全工程水力计算与分析

林 枫

(北票市大板水利服务站，辽宁 北票 122114)

常河营乡姜家店村大沟组位于北票市东南部。该自然屯因辽西北供水工程施工影响造成水位下降，部分群众人畜饮用水困难及家庭菜园缺水不能生产，为满足村民经济发展和农民生活用水的要求，在常河营乡姜家店村大沟组兴建人畜饮水扶持项目，以此促进该地经济的发展，增加居民收入，提高居民的生活质量。文章就人畜及果园灌溉用水量、供水管网、水源井及泵房进行了计算与分析，结合该村具体现状和条件，充分满足了该村的供水要求。

饮水安全；水力计算；水利计算；工程布设；分析

1 工程概况

常河营乡姜家店村大沟组位于北票市东南部，距县城60km。该自然屯因辽西北供水工程施工影响造成水位下降，部分群众人畜饮用水困难及家庭菜园缺水不能生产，为满足村民经济发展和农民生活用水的要求，在常河营乡姜家店村大沟组兴建人畜饮水扶持项目，以此促进该地经济的发展，增加居民收入，提高居民的生活质量。该工程主要用于解决姜家店村大沟组的21户，82口人，10头大牲畜，62头小牲畜的饮水安全问题和部分菜园灌溉问题。

2 流域水文气象

北票市境内有大凌河、牤牛河两水系，其中面积100km2以上流域的河流13条。其中大凌河流域面积4339.34km2。牤牛河为大凌河支流，属于季节性河流，流经境内长度71km，流域面积1936.7km2。牤牛河南西向由台吉营乡入境流经兴顺德、黑城子、泉巨永、马友营、红石砬、长皋乡，到下府乡东光寺汇入大凌河。北票市北靠内蒙，受西伯利亚季风影响，属半干旱大陆性气候，温差大，积温高，冬季寒冷，夏季酷热，多风少雨，多年平均降水量在350mm左右，降雨集中，主要集中在7、8月份。多年平均蒸发量2100mm，年平均气温8℃左右。全年无霜期为150d左右，最大冻深1.4m，风力在6级左右。

3 工程地质

项目区地质构造为第四系Q中统Q2地段，地质构造不复杂，无不良地质现象，山间盆地厚度8-30m，下部为半胶结砂砾石，分布稳定，厚度较大，透水强，上部为棕红色亚黏土，属坡洪积堆积物，含水岩系属碎屑岩类的页岩、粉砂岩、砾岩空隙、裂缝含水，水位埋深10-12m[1-3]。

4 水力计算与分析

4.1 用水量计算

4.1.1 用水量标准

根据姜家店村的实际情况并参照辽宁省地方标准《行业用水定额》DB21，人畜最高日用水量:常住人口60L/d，非常住人口30L/d；大牲畜50L/d，小牲畜15L/d。

4.1.2 大沟组用水量计算

用水量计算公式：

1)村镇居民生活用水：

Q1=q1×p1(m3/a)m3/d

p1=p0(1+R)n人

(1)

式中：q1为村居民最高用水量定额，L/人·d；p1为设计人口，人；p0为现状人口，人；n为设计年限，取n=20a；R为设计年限内人口增长率，取R=12‰

则依据公式计算：

Q1=60/100×p1

(2)

则p1=p0(1+R)n人；p1=p0(1+R)n；p1=104人；代入Q1=6.25m3/d。

2)牲畜用水量计算：

Q2=(q2p2+q3p3)×10-3

(3)

式中：q2,q3分别为大小牲畜最高用水量定额，L/头d；p2，p3分别为大小牲畜头数，头。

依据公式：Q2=1.48m3/d

3)管网漏失水量：

Q3=(Q1+Q2)×5%=0.39m3/d

(4)

4)未预见用水量：

Q3=(Q1+Q2)×10%=0.77m3/d

(5)

5)菜园用水量：

Q5=12×3.5=42m3/d

(6)

6)水厂规模(即最高设计给水量Qd)：

Qd=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=50.88m3/d

(7)

7)最高给水量：

Qmax=kaQd

(8)

式中：ka为日变化系数，取ka=1.3；则Qmax=66.15m3/d

最高时给水量Qmax：

Qmax=khQd/24

(9)

式中：kh为时变化系数，取kh=3；Qmax=8.27m3/d。

4.2 供水管路水头损失计算

经过实地高程测量与计算，蓄水池高程为146.5m，能满足最不利点14个的正常用水，可保证足够压力。计算结果见表1。

4.3 蓄水池的确定

根据前面计算人畜日用水量为50.88m3/d，为保证正常用水修建蓄水池容积为30t，蓄水池底高程为146.5m，池内水深2.5m。

4.4 机泵的选型

根据人畜最高日用水量为66.15m3/d；人畜最高日最高时用水量为8.27m3/h。选用潜水泵150QJ10-80，水泵出水量10m3/h，满足要求。井深18m，直径2.5m，水泵位于17.5m处；实测从井口到蓄水池进水口处高差为46.5m；井口到蓄水池安装管路长268m，管材为Ф75PE管。

沿程损失：hf=0.000915×L×Q1.774/D4.774=2.43m；局部损失按沿程损失的10%计算0.243m。

总扬程为：H=17.+46.5+2.43+0.243+5=71.67<水泵扬程80m，因此选用型号为150QJ10-80潜水泵，电机为7.5kW。此水泵出水量为10m3/h满足要求。根据需要，架设低压线路200m，更换50kW变压器一台[4-6]。

表1 供水管路水头损失计算表

4.5 管网布置

考虑此工程的具体现状和条件，输配水管网布置采用树枝状，输水管道从蓄水池至最不利点全长829m，采用PE管。

4.6 管网水力计算

按树状管网计算：

1)设计流量。人畜以最高日、最高时给水量作为管网起端的设计流量，则管网流量Q=8.27m3/h=2.30L/S。

2)计算管段流量。设计人均用水量=q/设计用水人口=2.30/104=22.06×10-3L/s；每条管路配水流量=设计人均用水量×本段用水人口。

3)节点流量。节点流量=交汇于该节点各管段沿线流量总合。节点流量计算结果详见表2。

表2 节点流量计算表

4.7 管径选择

采用公式：

(10)

由公式得出，管径选择与管内流速有关，根据规范经济流速V=0.6-1.0m/s计算各管路内径。

4.8 水头损失及自由水压计算

聚氯乙烯管沿程水头损失采用公式：

hf=0.000915×L×Q1.744di4.774

(11)

式中：L为管道长度，m；Q为管道流量，m3/s；di为管内径，m。

局部水头损失按沿程水头损失的10%计算。总水头损失等于沿程水头损失与局部水头损失之和。计算过程详见表3-表5。

表3 沿线流量计算表

表4 管网水力计算表

4.9 水源井的设计

1)井址的选定。打井前，对井位进行了物探，确定井位于村西的进村路旁；井位所在地地下水埋深12m，根据附近已成井调查，井出水量为20m3/h，其水质符合人畜饮用水标准[7-9]。

2)井房。井房建筑面积为20m2，井房内建有防洪保护措施，以保证洪水淹没井口时，此井水仍可安全饮用。

表5 节点水压计算表

5 结 语

姜家店村大沟组人畜饮水工程根据实际情况采用蓄水池控制给水，输配水管网采用树枝状，采用PE管。依据用水量及水泵特征参数，选用150QJ10—80井用潜水泵1台，通过附近已成井的调查，该井出水量为20m3/h，能充分满足该村的供水要求。通过本工程建设，能够改善该处居民饮水条件，促进该地农村经济的发展，为全民的小康生活和共建社会主义新农村提供了可靠的保障。

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1007-7596(2016)11-0063-03

2016-11-16

林枫(1978-)，男，辽宁北票人，工程师，研究方向为农田水利，水土保持，农村饮水安全，节水灌溉等。

S277.7

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