农村引水安全巩固提升工程设计

王福财

摘要：随着工农业的发展，工业废水、生活污水和农业污水排放量日趋增多，河流湖泊受到越来越严重的污染，人们的引水安全受到严重危害。引水安全事关人民福祉，因此如何提高农村引水安全等级和巩固提升农村引水安全工程问题，已迫在眉睫。为解决我国农村引水安全问题，探讨了农村饮水安全的建设问题。农村引水安全巩固提升工程主要包括水源工程和配水工程两部分，以平凉市崆峒区安国镇安全引水工程为例，对其工程中管径、管道、管槽的设计进行了分析探讨，基于设计流量和流速确定管径及各管段水头损失，得出工程设计结果，为解决农村引水安全巩固提升工程问题提供相关思路。

关键词：引水;农村引水安全;工程设计;管网设计

中图分类号：$277.7文献标志码：A

1概况

引水安全事关人民福祉。通过实施农村饮水安全工程，我国农村饮水问题在“十二五”末基本解决。但受自然、经济社会发展条件制约，农村供水总体处于初级发展阶段，部分工程存在不稳定、易反复的问题。“十三五”期间，中央决定实施农村饮水安全巩固提升工程，各地规划总投资1317亿元，规划受益人口2.08亿人，中央拟安排投资220亿元，重点对贫困地区等予以适当补助。据统计，通过多年努力，目前全国农村自来水普及率达到80%，供水保证率和水质达标程度显著提高。

平凉市崆峒区安国镇位于平凉市西北部，宝中铁路和312国道穿境而过，交通便利，全乡辖20个行政村，91个生产合作社，3553户，16068口人，总面积97km，耕地面积4623.4hm，其中山地4130.3hm，塬地202.3hm，川地290.9hm。

2 工程设计

泾水北调农村饮水安全巩固提升工程包含水源工程和配水工程两部分。

2.1水源工程

2.1.1水源井布置

本次规划在安国镇颉河右岸阶地新打机井2眼作为补充水源，经现场勘查，规划在在安国镇安国村新打机井l眼（编号5#机井），安国镇土桥村新打机井1眼（编号6#机井），本论述计算以5#机井为例。

新打5#機井位于安国镇安国村颉河右岸阶地，设计井深75m，设计井径0.3m，井口高程1559m。由地质钻孔抽水试验数据，并参考颉河水源地安国村周边原有机井抽水试验，机井可保障出水量为32m/h，故机井设计取水量为32m/h。

2.1.2 水源榆水管设计计算

（1）5#机井输水管

本次设计从安国村新打5#机井铺设输水管道，管道穿过颉河后沿颉河左岸河堤外侧向上游铺设，铺设至桩号1+520处与原4#机井上水管道连接，通过原4#机井上水管道（φ160PVC管）上水至颉河水厂二泵站，补充水量。

①管道管材选择

根据规划管线布置方案，从机井铺设管道至原上水管道需横穿颉河埋设，故管道宜选择承压等级较高、抗震性较好的钢管。

②管径的确定

新打5#机井设计取水流量为32m/h。

可根据下式计算管径：

经计算，管道计算内径为D=106mm，选取管道规格结合管道水力计算后确定。

③管道水力计算

管道水力计算的主要任务是合理确定管道的管径、最大内水工作压力和水头损失，为管道承压等级选择提供依据。

管材的设计内水压力应根据管材的最大工作压力确定，最大工作压力根据工作时的最大动水压力和不输水时的最大静水压力确定。

依据《村镇供水工程设计规范》（SL687-2014），采用下式计算管道水头损失及管径：

总水头损失：

h=h+h（2）

沿程水头损失：

h=iL（3）

局部水头损失：

h=0.1h（4）

i=10.67C^{-1.852-Qd（5）}

式中：h-总水头损失，m;

h-沿程水损，m;

h-局部水损，m;

i-单位管长水头损失，m/m;

Q-管段流量，m/s;

L-管长，m;

C-海曾威廉系数，钢管、砼管取120～130，塑料管取140～150;

d-管道内径，m。

新打5#机井输水管道水力计算结果见表1所列。

④输水管道的确定

根据管道水力计算，确定输水管道规格如下：选择公称直径DN100钢管，外径114mm，壁厚6mm，承压等级4.0MPa。

⑤水泵型号的确定

经实测，新打5#井口高程为1559m，二泵站高程为1634m，设计井深为75m，几何扬程150m，通过管道水力计算结果可知，管道总水头损失为79.04m，故水泵总扬程为H=150+79.04+2=231.04m。查潜水泵选型样表，本次水泵选取200QJ32-247/19型潜水泵，额定流量32m/h，额定扬程247m，配套电机功率37kW，满足本次供水工程需求。为了防止水锤破坏，在潜水泵出水管设置DN100缓闭逆止阀1个，承压等级4.0MPa，设置DNl00闸阀2个，承压等级4.0MPa。

（2）管槽设计

根据规范要求，寒冷地区，管顶应埋设于冻深线以下;穿越道路、农田或沿道路铺设时，管顶覆土不宜小于1.0m。本次埋设管道最大管径为DNl25钢管，故底部开挖宽度取0.6m，河道埋设段开挖深度1.8m，开挖边坡1：0.5，河堤外侧埋没殴开挖深度1.5m，开挖边坡1：0.25。

2.2配水工程

本次配水工程规划布设唐湾高位蓄水池至白庙乡栾塬村配水干管复线和唐湾高位蓄水池至上滩蓄水池配水干管复线。

2.2.1管材比选

管材是本工程中投资费用影响较大的材料，必须结合实际情况择优选用。针对本工程特点，根据设计内水压力、敷设方式、外部荷载、地形、地质、施工和材料供应等条件，按照运行安全、耐久、减少渗漏、施工和维护方便、经济合理及防止二次污染的原则，通过技术、经济、安全综合选取。

（1）钢管

钢管特点是耐高压、耐震动、单管长度大和接口方便，但承受外荷载的稳定性差，耐腐性差，管壁内外都需有防腐措施，而且造价较高，在给排水管网中通常适用于管径大和水压高处，以及因地质、地形条件限制或穿越公路、铁路、河谷时使用。

（2）UPVC管

UPVC管是以聚氯乙烯树脂为载体，在减弱树脂分子链接间的引力时具有感温准确、定时熔融、迅速吸收添加剂的有效成分等优良特性。同时，UPVC管具有耐酸碱、耐腐蚀、不生锈、不结垢、韧性好、重量轻、无污染等优点，且运输、安装方便。管径一般为20-400mm，工作压力0.6～2.5MPa。UPVC管的连接方式有承插胶圈连接、黏合连接和法兰连接。这几种连接方式都不需另挖工作坑可直接在管沟中安装。

本次设计主要选用适合本工程特点的钢管、PE管、UPVC管三种管材进一步比选分析。对上述选定的不同材质的管材进行经济比较，各类管材单位造价见表2所列。

通过以上三种管材的经济比选，工程投资从大到小依次为：钢管、PE管、UPVC管。

从投资控制的角度讲，选用UPVC管较好。但是，从地埋管道的移动、弯曲和管道对于基础的适应能力等方面综合比较，本工程优先选用PE管，由于国家标准《给水用聚乙烯（PE）管材》（GB/T-13663-2000）中PE管最大承压为1.6MPa，故在管道承压等级要求大于1.6MPa处选择UPVC管，在跨河段选择钢管。

2.2.2 管径的确定

（1）设计流量

根据工程总体布置，结合表2，供水规模计算成果表，为了节约成本，对配水主干管进行分段变径，通过计算各段不同的输水流量，确定各段配水干管的管径。根据《村镇供水工程设计规范》，配水干管设计流量应按最高日最高时用水量确定末端出流量，按包容关系逐级向上推算各节点的流量。

各段日平均输水流量根据下式进行计算：式中：Q-最高日平均输水流量，m/h;

W-最高日供水量，m/d;

T-日工作时间，本项目取24h。

考虑全日供水工程的时变化系数，最高日最高时输水流量依据下式计算：

Q=k×Q（7）

式中：Q-最高日最高时输水流量;

Q-最高日平均输水流量，m/h;

k-时变化系数，取1.8。

设计流量计算结果见表3所列。

（2）管径确定

根据各段配水管道的设计流量计算相应的管徑。

根据下式计算管径：

式中：D——管道内径，m;

Q——没计输水流量，m/s;

V——经济流速，本项目取1m/s。

管径计算结果见表3所列。

2.2.3 配水管道水力计算

管道水力计算的主要任务是合理确定管道的管径、最大内水工作压力和水头损失，为管道承压等级选择提供依据。

管材的设计内水压力应根据管材的最大工作压力确定，最大工作压力根据工作时的最大动水压力和不输水时的最大静水压力确定。对于不同的管材，设计内水压力计算公式为：

钢管：P+0.5，且≥0.9MPa;

PE、UPVC管：1.5P

式中P为最大内水工作压力。

依据《村镇供水工程设计规范》（SL687-2014），采用（2）（3）（4）（5）计算管道水头损失及管径，配水管道计算成果见表3所列。

2.2.4 配水管道的确定

根据管道的管径计算和水力计算，确定本次配水管道如下：

唐湾蓄水池至白庙乡栾塬村配水干管复线：配水干管复线37.285km，其中1.0MPaφ200PE管13.47km;1.6MPaφ200PE管2.02km，1.6MPaφ180PE管1.53km;1.6MPaφ160PE管4.4km;2.5MPaφ160PVC管8.53km;2.5MPaφ125PVC管3.265km;2.5MPaφ90PVC管4.07km。与原配水支管连接管道4.7km，其中1.6MPaφ75PE管0.8km;1.6MPaφ63PE管2.7km;2.5MPaφ75PVC管0.3km，2.5MPaφ63PVC管0.9km。

唐湾蓄水池至上滩蓄水池配水干管复线：配水干管复线18.93km，其中1.6MPaφ200PE管9.15km，2.5MPaφ200PVC管6.13km，DN200钢管（壁厚7mm，外径219mm）3.65km。

2.2.5 管槽设计

根据规范要求，寒冷地区，管顶应埋设于冻深线以下;穿越道路、农田或沿道路铺设时，管顶覆土不宜小于1.0m。本项目取管顶覆土深度1.2，开挖边坡为1：0.25。

本项目各段管道中，最大管径为φ200PE管，故底部开挖宽度取600mm，开挖深度1.4m，开挖边坡1：0.25。

3 结束语

保证引水质量是一个刻不容缓的过程，农村引水安全巩固提升工程必须引起高度重视。在提高安全引水质量的前提下，采取合理的工程设计方法，保证优质服务，开源节流，降低成本，确保引水安全工程的良性运转。平凉市崆峒区安国镇安全引水工程在配水管材的选择方面主要采用钢管、PE、PVC三种管材，并根据设计流量和流速确定管径及各管段水头损失，详见表2～3。本论述所进行的的管网布置和配水管网设计对平凉市崆峒区安国镇农村引水安全巩固提升工程具有很大实用价值，可为具体工程的实施提供借鉴参考。