嵩县贫困村安全饮水工程设计

周文会

（洛阳市嵩县水利局）

1 基本情况

嵩县位于河南省西部，洛阳市西南，全县总面积3 009 km2，辖11 镇5 乡310 个行政村12 个社区，总人口63 万。是国家级贫困县、河南省四个深度贫困县之一，全县95个贫困村，其中：贫困村邓岭村位于纸房镇政府西南，全村总面积4.86 km2，全村共有11个自然村，14个村民组。

2 工程规划

饮水安全工程总体规划供水范围为纸房镇邓岭村，共涉及邓岭村388 户，1 892 人，大牲畜24 头，小牲畜8 头，邓岭小学150人。邓岭村侧沟内的浅层地下水作为供水水源，在水源处新建大口井一眼，由水泵输送至村内新建100 m3清水池内，通过自压输水的方式由配水管网将水输送至各用户。配水管网采用树枝状，尽量沿道路两侧布置，便于工程施工及运行期的管理及检修。学校内配4个5联洗手池。

供水工程属饮水安全工程，由水源水量、水质确定本工程的工艺流程。其供水工艺流程如下：

井→清水池→管网→用户

3 工程设计

3.1 设计用水量计算

3.1.1 生活用水量

生活用水量采用最高日生活用水量标准作为计算依据。

式（1）中：W1—最高日生活用水量（m3/d）；P—设计年限末的用水人口总数（人）；q—最高日生活用水量标准，取50 L/（人·d）。

设计年限末规划人口数。

式（2）中：P0—基准年人口数（人）；α—人口自然增长率，取7‰；n—工程设计年限，取n=15 a；P=P0（1+α）n=1 892 （1+7‰）15=2101（人）。

规划生活用水量：W1=2 101 50/1 000=105.05（m3/d）。

3.1.2 学生用水量

学生：住校［30L/（人·d）］，非住校［10L/（人·d）］。

邓岭小学：W2=（150 30）/1 000＝4.50（m3/d）。

3.1.3 牲畜用水量

式（3）中：W2—最高日牲畜用水量（m3/d）；q1，q2—各种不同牲畜用水量标准[L/（只·d）]。q1牛、驴50L/（头·d）；q2猪、羊30L/（头·d）；n1，n2—不同牲畜数量，头或只。

W3=（24 50+8 30）/1000＝1.44（m3/d）。

3.1.4 集中出流用水量

鞋场：W4=（20 50）/1 000＝1（m3/d）。

猪场：W5=（100 30）/1 000＝3（m3/d）。

3.1.5 未预见水量和管网损失水量

未预见水量和管网损失水量按最高日生活用水量、学生用水量和牲畜用水量之和的10%计算。

W6=（W1+W2+W3+W4+W5） 10%=（105.05+4.50+1.44+1+3） 10%=11.50（m3/d）。

3.1.6 设计最高日用水量

W总=W1+W2+W3+W4+W5+W6=105.05+4.50+1.44+1+3+11.50=126.49（m3/d）。

3.2 管网水力计算

3.2.1 户均用水当量

式（4）中：q—户均用水当量（L/h·户）；W—最高日用水量（m3/d）；Kh—时变化系数；m—用水户数（户）。

q=1 000 （126.49-3-1） 2.80/24/338=35.48（L/h·户）。

3.2.2 计算各管段的沿线流量

式（5）中：qi—第i管段的沿线流量（L/h）；m—第i管段负担的户数（户）。

3.2.3 各管段设计流量、管径及水头损失计算

任一管段设计流量为该管段沿线出流量的50%加上其下游各管段沿线出流量之和。管径由管段的设计流量、水头损失、节点的地形标高、自由水头来确定。初步选择管径按经济管径公式选择，即：

式（6）中：D—管道内径（m）；Q—管段流量（m3/s）；V—管内经济流速（取0.60～1.20m/s）。

3.2.4 管段水头损失的计算

水头损失分为沿程水头损失和局部水头损失；沿程水头损失采用下式计算：

式（7）中：hL—沿程水头损失（m）；Q—管段流量（m3/s）；D—管道内径（m）；L—管道长度（m）；管段局部水头损失hj按沿程水头损失hL的10%计算；管段总水头损失h=hL+hj。

3.2.5 计算各节点的水压标高和自由水头

各节点的自由水头是指从该点地面算起的供水压力；节点水压标高、自由水头和相邻两节点之间水头损失的关系如下：

自由水头+地形标高=水压标高（同节点）。上游相邻节点水压标高-本节点至上游相邻节点间水头损失=本节点水压标高。

3.3 水源工程

工程拟规划在邓岭村村侧沟内新建直径5 m，深10 m大口井一眼。邓岭村村侧沟内地下水水源富裕，水质良好，水源地出水量远大于村内最大需水量，故在此设计水源井即可满足邓岭村群众的安全饮水问题。

3.4 输水管道设计

工程水源地距离清水池540 m，输水管道主要沿清水池方向敷设。根据最高日用水量，取水泵设计流量为20 m3/h。管径选择:

经计算并根据水泵流量输水管采用DN80 钢管。具体布设原则为：在开挖管槽内铺设钢管，DN80钢管长度550 m，开挖管槽540 m。

3.5 清水池设计

饮水安全工程的用水规模为126.49 m3，根据清水池计算公式：

式（15）中：Wc—水池有效容量（m3）；W1—调节容量（m3），取最高日用水量的15%～25%；W2—管理区自用水量（m3），取最高日用水量的5%～10%；W3—消防用水量（m3），不予考虑；W4—安全贮存（m3），按最高日用水量的5%计。

工程选用200 m3清水池。

3.6 配水管网

工程配水工程设计主要是指从清水池至各用户的各级管道，并能够在用水量和水压方面满足用户要求。根据《村镇供水工程技术规范（SL310-2004））》表6.0.7 规定：选用管材的公称压力应不小于设计内水压力，且根据项目区自然条件，经实地勘测，经过各种管道材料的优劣比较，确定本工程采用公称压力为1.60～1.00. QB的PE100塑料管材。

项目区供水采用集中统一供水模式，配水管网采用树枝状管网。

3.7 管网附属设施

包括控制阀门、水表及阀门井，是整个管网不可缺少的控制及安全设施，均按相关要求在适宜位置进行布设。

3.8 水泵选择

3.8.1 潜水电泵设计流量计算

式（10）中：Q—设计最高日用水量（m3/h）；W—最高日用水量（m3）；W=126.49m3；T—日工作时间（h）；T=6。

经计算Q=21.080 m3/h，确定采用额定流量为20 T/h的潜水泵。

3.8.2 潜水电泵设计扬程计算

设计扬程应满足调节构筑物的最高设计水位要求。水泵所需扬程采用下式计算：

式（11）中：H—水泵扬程（m）；h1—泵体至清水池总高差；（m）h2—沿程水头损失（m）；h3—局部水头损失（m）。

根据实测结果：h1=hQ1-hQ2=517.48-343.73=173.75（m）。

式（12）中：Q—水泵设计流量；d—管道内径0.08 m；H3=h20.1=5.57（m）；h3—局部水头损失按沿程水头损失的10%计算。

则：H=h1+h2+h3=173.75+55.715+5.57=235.03（m）

计划选用200QJ20—243/18 型（流量10 m3/h，扬程243 m）潜水泵1台，配套电机功率25 kW，为清水池供水。

3.9 水厂建设

根据工程的总体布置和供水系统的工艺流程，通过对地形、供水范围、人口状况、建设条件等因素的分析，拟将水厂布置在水源井处，水厂总占地面积为225 m2，东西长15 m，南北宽15 m，内建9.90 N 6.50 m管理房3 间。院内建绿化花池一处；厂区内砼地坪硬化，砼标号为 20；围墙高2.80 m，为. 5.0浆砌砖。

3.10 入户工程

入户工程指村级街道支管以下的设施，主要包括入户自来水池、入户三通、管道、闸阀、水表、立杆及水龙头等。入户管道采用De20PE100塑料管，平均每户长度为20 m。

4 工程预算

工程规划范围涉及纸房镇邓岭村388户，1 892人，邓岭小学150人。主要工程量：新建直径5 m深10 m大口井一眼，15 15 m 水厂一座，内建9.90 N 6.50 m 管理房三间；敷设DN80 压力钢管500 m；安装200QJ20—243/18 型潜水泵1 台；敷设各类配水管网De90～De20PE100管材25 413 m；标准入户水池及管件各388 套，学校内新4 个5 联洗手池。工程预算总投资为75.89 万元，其中建筑工程57.67 万元，机电设备及安装工程9.91万元，独立费用6.89万元，临时费用1.41万元。