农村饮水安全工程配水管网设计
2016-08-02张立军黑龙江省哈尔滨市依兰县水务局黑龙江依兰县154800
张立军（黑龙江省哈尔滨市依兰县水务局，黑龙江 依兰县154800）
农村饮水安全工程配水管网设计
张立军
（黑龙江省哈尔滨市依兰县水务局，黑龙江 依兰县154800）
［摘要］文中以依兰县饮水安全工程为例，主要对配水管网设计流量、水力计算，管材选择及输水系统节能设计要点进行了论述。
［关键词］配水管道；设计；饮水安全工程
1 概况
依兰县幅员面积4 616 km2，其中：耕地面积21万hm2，林地面积19.11万hm2，牧地面积2.56 万hm2，水域面积1.21万hm2，所辖3个乡、6个镇，132个行政村，364个自然屯，总人口40.8万人，其中农村人口27.85万人。截至2015年底，依兰县农村居民全部吃上放心水。通过多年工作经验，编制饮水安全工程配水管网的设计。
2 配水管网的设计流量
设计配水管网采用树枝状管网，配水管网各管段的设计流量按其沿线出流量的50%加上其下游各管段沿线出流量计算。
各管段的沿线出流量=人均用水当量×管段设计人口
人均用水当量按下式计算：
q=1000（W-W1）Kh/24P（1）式中：q——人均用水当量，L/（h·人）；Kh——时变化系数，取2.3～3.0；W——最高日供水量，m3/d；W1——企业、机关及学校等用水大户的用水量之和，；P——设计用水人口，人。
3 管材选择
结合目前国内管材生产和实际使用情况，可用于给水管道工程中的主要管材有钢管、球墨铸铁管、预应力钢筋混凝土管、钢套筒预应力混凝土管、小口径UPVC塑料管，新型管材有玻璃纤维增强塑料夹砂管（RPMP）、高密度聚乙烯管（HDPE)、钢骨架塑料（PE)复合管、不锈钢衬里玻璃钢复合管、不锈钢外缠空腹塑料（PE)复合管等。配水管管材必须环保、无污染，达到生活饮用水卫生标准。
以下就给水管道工程中常用管材及新型管材的性能及造价进行比较。
3.1钢管（SP）
钢管包括钢板直缝焊管与钢板螺旋焊管。是常用的给水管材，其机械强度好，在抗拉、抗弯、耐冲击、耐震动等方面有优势，适应性强；接口形式可采用焊接或法兰方式，事故时抢修快捷。管道可就近设厂加工，单位管长自重较轻，运输及施工比较方便，但必需作内外防腐。若采用喷塑防腐或采用钢塑复合管，价格较高。
3.2球墨铸铁管（DIP）
使用性能与钢管相当，出厂做好内外防腐，耐腐蚀性优于钢管。接口采用橡胶圈接口，柔性较好，有标准配件。同口径管道自重较钢管、玻璃钢管重，运输相对困难。
3.3塑料管（PVC）
硬聚氯乙烯管重量轻，耐腐蚀，水流阻力小，采用胶圈接口，施工方便。小口径（DN200P2T）管道价格较其他管材低，在配水管道工程中应用逐步普及。但这种管材的缺点是低温时脆性较大，低温运行有爆管现象发生。
3.4 PE给水管（PE）
PE给水管是近几年常用的管材之一，接口采用电、热熔式接口，使用各种地基的强度变化，施工安装方便，使用效果较好，小于300 mm管径及压力不高时价格较低。
3.5 PE钢丝网骨架复合管（RPE）
近几年来新型的一种管材，结合了钢管和PE管的优点，保留了PE管道的环保优点，增加了刚度和强度，采用电容式接口，安装方便可靠，在大压力状态下管材壁厚较小，降低造价。各种管材的主要技术特性比较，见表1。
表1 管材的主要技术特性比较表
管材对配水工程造价影响很大，依据工程特点，在选择管材方面，应优先考虑施工方便及经验成熟的管材。根据本地区的实践经验，所选的管材主要有PE管、球墨铸铁管及钢管等3种管材。综合比较后，PE管管壁光滑，化学稳定性强，耐腐蚀，不易结垢，能保持水质的长期稳定，且卫生条件好，不会产生有害物质，水力条件和密封性都比球墨铸铁管好。
4 配水管网水力计算
配水管网采用树枝状方式布置，按照供水区域的分布情况，以及为售后维修安装方便，管线走向尽量沿桥、公路、沟渠、机耕路等，以最短的管线提供最大供水范围。各村进口处均设置一座闸阀井，支管按设计流量和水头损失确定管径，供水到每一用户，每户设置一个水表，以便计量。
4.1流量计算
4.1.1设计流量
设计流量由最高日最大用水量确定
Q设=供水规模×时变化系数/3 600 s（2）
4.1.2沿线流量
村镇给水管线，干管和分配管上接出许多用户，沿管线配水，用水情况复杂，难以按实际情况计算管网。因此，计算时往往加以简化，即假设用水量均匀分布在全部干管上由此算出干管线单位长度的流量，叫做比流量。
式中：L总——管线总长度，m。
两节点间干管段的沿线流量等于比流量乘以该管段长度。计算公式如下：
式中：l——该管段长度，m。
4.1.3节点流量
管网中各节点流量为相应村屯的实际需水量，沿线管道不配水。
4.2流量分配
节点流量确定后，即可进行流量分配，用以初步确定管网各管段的流量，据此可以确定管径。此次设计采取单水源树状管网。
单水源树状管网，每一管段只有惟一流量，任一管段流量等于该管段下游的节点流量总和，如图1所示，管段1-2分配的流量为：
4.3管径计算
通过管段流量分配计算后，各管段的流量就可以作为已知条件，用来计算管径。计算公式如下：
式中：d——管径，m；q——管段流量，m3/s；v——设计流速，m/s。宜采用经济流速，根据《新编农村供水工程规划设计手册》（第一卷）表2，按当地实际情况选取。
对于少于1000人的村内管网选择管道为：管径为110，75，50，32，20 mm，控制供水户数分别为170～220，80～110，30～60，5～15，1～3户。
4.4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；
沿程水头损失可按下式计算：
h1=iL（6）
式中：h1——沿程水头损失，m；L——计算管段的长度，m；i——单位管长水头损失，m/m。对于塑料管的单位水头损失可按公式计算i=0.000 915Q1.774/ d4.774。
配水干管的局部水头损失可按其沿程水头损失的5%～10%计算。
5 节能措施设计
以合理确定工程总体布置方案、进出水口水位和高程为原则进行设计。
1）工程中不选用淘汰耗能大的机电产品，而选用经权威部门鉴定的节能、技术先进的新产品，机组综合效率达到75%~86%以上。
2）合理选用先进的水泵机组，保证设备经济运行。
3）合理选用阀门和管道附件，管道尽量不采用小角度敷设，减少管道不必要的局部水头损失。
6 结语
饮水安全工程的实施，使受益群众减轻了运水、担水负担，改善水质，杜绝了污染水对人体健康的危害，增进了受益群众的身体健康，有利于提高受益群众的生活质量和生活水平，促进了农业生产的发展和精神文明建设。
［参考文献］
［1］GB 50296-99，《供水管井技术规范》［S］.
［2］SL687-2014，《村镇供水工程设计规范》［S］.
［中图分类号］S27
［文献标识码］A
［文章编号］1002－0624（2016）03－0060－02
[收稿日期]2015-12-21
