新时期农村饮用水引水管道设计分析

2019-02-14卢瑜

水利规划与设计 2019年5期

卢瑜

(云南省文山州水利电力勘察设计院，云南文山 650000)

在农村饮用水工程建设中，引水管道工程设计具有较强的系统性和复杂性，且存在诸多影响因素。近年来，我国农村饮用水工程建设规模日益扩大，取得了较大的发展成就，对于促进农村地区的经济建设和良好发展发挥着重要作用。为有效保障农村饮用水工程的正常经济运行，必须增强引水管道设计的科学性和安全性。这就要求相关工作人员在新时期深入实践，并结合相关理论，在农村饮用水工程建设中，对引水管道进行科学设计。

1 新时期农村饮用水引水管道设计

1.1 管线设计

在农村地区，饮用水工程建设，通常采用重力流输水方式。多数农村地区缺乏就近水源，存在相对较长的引水距离，且引水管道沿线大多是高山、陡坡以及密林，施工用电存在较大的接线困难，引水管线甚至需穿越山口、溪流以及沟谷等地理环境。因此，对引水管线进行设计，要尽量降低工程造价、增强供水安全性和可靠性、增强施工和维护管理的便捷性。对管线进行设计选择，要遵循以下原则：

(1)严格遵循具体埋地要求，尽量缩短线路、减缓管线起伏并减少土石方实际工程量，要实施科学严谨的技术经济比较，对管线进行合理确定，增强管线设计的合理性和经济性[1]。

(2)对管线走向进行确定，要尽量沿着固有的山间便道或者是机耕路，对管线进行敷设，增强管线施工和维护管理的便捷性。

(3)要尽量避免管线穿越各类不良地形环境和地质段，诸如山口、沟谷以及溪流等。

(4)对管线进行选择，要尽量避免占用农田，防止引发相关纠纷。

1.2 管材及管径选择

在农村地区的饮用水工程建设中，引水管道建设施工投资通常占总投资的40%以上。要对引水管道的具体管材和实际管径进行合理选择，有效增强引水管道设计的合理性，从总体上降低饮用水工程造价。对引水管线进行设计，要综合考虑饮用水工程规模、地形地质状况等因素，在最大程度上优化性价比[2]。

1.2.1管材选择

引水管道通常采用钢管、HDPE管(即高密度聚乙烯管)、预应力混凝土管以及球墨铸铁管等。农村地区，饮用水工程通常采用管径小于200mm的引水管道，HDPE管具有很强的经济性。从施工上来说，引水管道沿线大多是高山、陡坡以及密林，多数情况下需要对管道实施二次搬运，HDPE管道具有较轻的单节重量，且搬运安装具有较强的便捷性，对农村地区相应的饮水工程建设具有较强的适用性[3]。因此，除了基岩段以及跨越沟谷的相关地段外，通常选用HDPE管。引水管线通常较长，对此，在对引水管线进行设计时，应根据工作压力作对引水管线进行合理的分区、分段，不同各区段的管道采取不同的压力等级。

1.2.2管径确定

引水管道的实际流速，对于工程造价具有直接影响。通常，农村地区的饮水工程管道管径保持在100mm到400mm范围内，其对应的经济流速保持在0.6m/s到1.0m/s之内。管径优选时，是将经济流速范围作为依据，对管径范围进行确定，初选对经济流速范围具有较强适用性的管径，再通过水利计算，结合投资比较，确定最优管径。饮水管道具有相对较高的造价，且对饮水工程设计的安全性具有重要影响，因此，要增强饮水管道设计的合理性。通常，引水管道实际管径与输水速度以及输水流量直接相关。农村饮水用水量以及实际使用时间对引水流量具有决定性影响。若条件允许，相关设计人员可借助经验数值实施对比分析，或对类似的工程数值进行参照，对流速取值进行可操控的合理选择，促进引水管道具备的经济流速效率实现大幅度提升[4]。

2 新时期农村饮用水引水管道工程优化设计

2.1 对水源进行优化设计

水源选择对农村地区饮用水工程的安全性具有重要影响。因此，要对水源进行优化设计和合理选择，有效保障水源具有较好质量。

(1)只有水量充沛，才能有效保障农村地区干旱年枯水期相应的设计取水。多数干旱地区，农村严重缺水。对此，饮水工程的单一供水模式难以有效满足干旱期间，农村居民的水源需求。因此，在农村地区，对饮用水工程进行建设，要对多水源引水模式进行采用。

(2)尽量选用优良水质，并增强卫生防护的便捷性。水源选取时，要对水质进行测试，确保水质满足我国相关规范标准的具体要求。

(3)在水质满足相关标准各项要求的前提下，统一对饮用水进行管理和有效维护。要增强水资源利用的合理性，并控制各项用水比例。对于水质优良的水源，可将其作为饮用水；水质相对较差的水源，可作为其他用水。

2.2 对引水管网进行优化设计

在农村地区，居民呈现出较强的分散性。饮用水工程具有较长的供水距离，且具有较大的时变化系数，但缺乏较高的用水安全系数。相关设计人员在引水管道设计过程中，要会同水利工程相关技术人员，深入实地进行勘察。对引水管线进行选择，要加强近期规划施工和远期规划施工的结合，并对引水管线施工进行分步实施；要充分结合当地农村各项建设规划，根据实际情况对引水管线进行布置；要尽量避免铁路及公路等障碍物；要对重力条件进行充分利用，对重力流供水进行优先利用；尽量避免对农田的占用，并减少拆迁。例如，对新建水厂相应的引水管道走向进行确定、对已建水厂相应的引水管道进行重新铺设，要加强与水利及交通部门的沟通协商。同时，要将农村地区实际情况作为依据，并结合农村地区的远期规划，对新的居民点规划实施配套规划，增强引水管线对农村居民点的适用性，避免重复对引水管线进行建设，使农村饮用水工程最大化地发挥其综合效益，并确保饮用水水质满足相关标准要求。引水管道管材选取，对于饮用水工程的实际使用寿命具有直接影响。引水管道承受着整个引水系统的压力，对此，要增强引水管道运行的安全性。引水管道受管材质量、温度应力以及地质构造等因素影响，极易引发爆管。对此，要采取有效措施，防止引水管道出现爆管。

2.3 合理确定引水规模

引水管道工程设计必须合理确定引水规模。首先，要对农村地区的饮用水工程覆盖范围进行明确，并综合考虑农村地区用水量现状、用水实际条件、水源状况、用水定额等因素，对引水规模进行合理确定。农村地区用水具有较强的复杂性，难以构建确定模型对之进行准确描述。因此，大多数需水量预测方法均是基于对相关历史数据作出的统计分析，差异在于各类方法对数据采用不同的处理方式，且应用特点各不相同[5]。对农村地区用水量进行预测，通常采用如下方法：

(1)人口综合指标法。该法是将相关资料作为依据，并结合实践经验，对人均综合用水指标进行确定，并以该指标与用水人口数相乘，即可计算出农村日需水量的最高值。在规划过程中，要对人均用水量这一关键指标进行合理确定。

(2)用地性质分类指标法。该法即将各类性质不同的农村用地相应的用水指标作为依据，对各类用地相应的用水量进行分别预测，在此基础上相加求和。在实际规划中，通常将用水分类为生活、工业、市政、公共设施用水等。

(3)回归分析法。该法将过去农村地区存在的相互影响、关联的两个以上因素的相关资料作为依据，基于不确定函数关系，借助数学方法，对相关关系进行构建，拟合为多维平面，对之适当外延，获取预测值。

(4)年递增率法。该法将历年来农村地区供水能力相应的年递增率作为依据，结合农村地区经济发展状况和速度，对供水相应的递增函数进行选定，结合现状供水量，对规划期相应的供水量进行预测[6]。

2.4 增设管道安全设施

对引水管道工程进行优化设计，要注重增设管道安全设施。

(1)排气阀

在引水管道实际运行中，管道水流会携带部分空气，为将引水管道内存在的空气及时排出，防止气阻，避免负压在引水管道中产生，对于距离较长的引水管道，必须设置排气阀。

(2)调压池或减压阀

在地形因素影响下，农村地区引水管道通常存在较大的压力，极易超出管材的实际承受能力。对此，需在引水管道中设置减压池或者减压阀，以解决上述问题。减压池具有较强的运行可靠性，但会导致水量损失，要基于实际用水量，对闸阀开度进行调节[7]。减压池还能对水量进行调节。对于地势平缓的引水管线，可在引水管道中设置减压阀。减压阀通常不会导致水量损失，但缺乏较长的使用寿命，减压阀失效后，极易导致水管发生爆裂。因此，需定期对减压阀会进行检查，必要时，及时对之进行更换。