云冈区西韩岭村农村饮水安全工程设计

2022-04-13乔润琴

河南水利与南水北调 2022年3期

乔润琴

（大同市云冈区水务局，山西云冈 037000）

1 项目区概况

有1 450户、总人口3 656人，耕地346.67 hm2，草地46.67 hm2。主导产业主要以种植玉米、小杂粮和养殖业为主，现有大牲畜100头，猪500头，羊300头。

现状两眼水源井均可以继续利用，供水管线为1980年铺设，至今已使用三十多年，管线漏水情况不时发生，存在安全隐患；且现状直供水源井在用水高峰期存在远水端用户出水量不足的状况。农村饮水安全问题制约了西韩岭村的经济发展和社会主义新农村建设。解决吃水问题迫在眉睫，保证村民正常吃水已成为村内当前的头等大事。

此次工程是把直供水的机井改为通过机井供水至水塔，再由水塔经过原有输水管线、配水管线、入户管线，供水至每一户。工程主要建设内容包括水源工程（新建100 m3砖支筒水塔1座）、输水管道工程（铺设Φ125PE管525 m、Φ110PE管2 812 m、Φ90PE管2 081 m、Φ63PE管7 367 m、Φ40PE管10 548 m）、配套建筑物工程（机械顶管工作坑1 509个，阀门井19座）、主要工程量（土方开挖1.46万m3、土方回填1.44万m3、砖砌体136.50 m3、混凝土506.97 m3、浆砌石135.80 m3、钢筋2.69 t）。

2 工程设计

2.1 设计参数

设计规模。根据西韩岭村人口、大牲畜及规模企业等基本情况，工程计划解决1 450户总计3 656人的安全饮水问题。远期规划按照《山西省农村供水工程初步设计要点》中的用水量定额及计算方法，设计年限采用15年。工程设计居民供水标准为40 L/（人·d），居民生活用水量为174.88 m3/d；大牲畜供水标准为64 L/（人·d），小牲畜（猪）供水标准为40 L/人·d，小牲畜（羊）供水标准为16 L/（人·d），牲畜用水量为31.20 m3/d；村住户的庭院多数种植蔬菜、水果和花卉，其用水量通常已包括在生活用水量内，一般不再考虑。管网漏失水量及其它未预见水量33.21 m3/d。最高日设计给水量为239.29 m3，年均给水量为6.72万m3。

水泵设计流量。水泵每日工作3 h，机井供水流量应不小于40 m3/h。

水质标准。工程主要是解决西韩岭村居民的生活用水，供水水质要求执行《生活饮用水卫生标准》的有关要求。工程水源附近不存在污染区域，不易受到污染，且化验参考井水质完全符合标准。

水压标准。根据《山西省农村供水工程初步设计要点》（试行），对于农村供水水压要求为：供水管网中最不利用水点（指水龙头处）的最小服务水头，单层建筑为5 m，建筑物每增加一层应增加4 m，供水管网中用水户龙头（指水龙头处）的最大静水头不得超过40 m，超过时宜采用减压措施。

2.2 取水构筑物设计

流量确定。两眼机井井深分别为140、150 m，设计出水量均为约50 m3/h。参照2.1水泵流量设计，水泵流量确定为50 m3/h。由于两眼原有机井均已配备水泵，且北井与配套水塔运行良好，此次需计算南井现有水泵配套新建水塔后是否满足设计需求。

扬程确定。深井泵扬程计算应考虑水源井最低处动水位至井口的高差、扬水管水头损失、水源井井口与水塔高差、井口至水塔的水头损失等要素，经计算总水头损失为108.75 m。原水泵型号为200QJ50-117/9（28 kW），水泵参数为流量Q=350 m3/h、扬程H=117 m，电机功率P=28 kW，可满足设计要求。

2.3 调节构筑物（水塔）设计

在南井旁新建水塔，利用原有井和新建水塔共同调度，保证村民用水。新建水塔设计施工均按照工程定型设计图集及相关技术规范执行。新建水塔为100 m3砖支筒保温水塔。

水塔由塔身、水柜和进出水管、排水管、溢流管等构成。塔基础为环形浆砌石，半径为4.40 m；塔身为砖支筒结构，高21 m；水箱净高4.10 m，内径580 cm，同时在顶部设置通气孔、检修孔和避雷针；通气孔直径为200 mm，检修孔尺寸为760 cm×860 cm。进水管采用钢管，出水管、溢流管、放空管均为PE管，进、出水管、溢流管、放空管直径均为200 mm，并设置伸缩接头，溢流管与放空管合并联结。为反映水柜内水位变化，设浮标水位传示仪，由水位自动控制器开启或关闭电源以控制潜水泵运行。

2.4 输配水管网设计

输配水管网布置及管径确定。根据村庄街道走向，居民居住分散程度，结合地形地势，建筑物分布情况，考虑远期规划等，经实地勘测可知，西韩岭村街道路面已经硬化，大部分管沟无法直接开发，只能通过开挖工作坑之间顶管布置管道。经计算，输水管线选用Φ125、Φ110、Φ90的PE管，配水管线选用Φ 63、Φ40的PE管，入户管线选用Φ25的PE管。

水力计算。依据《山西省农村供水工程设计要点》中“管网水力计算应根据节点流量、地形高差、服务水头等自下而上逐级计算”的要求，采用最不利工作点水力计算方法。

首先，进行北井最不利点管网水力计算。北井配水管网最不利点选村西北距水塔最远处为计算点，距离为1 854 m，有效高差14 m。配水管网最不利点选村东南距水塔最远处做为计算点，距离为1 350 m，有效高差10 m。按一层楼考虑，最不利点末端最小服务水头为5 m。北井最不利点管网水力计算如表1。

表1 北井最不利点管网水力计算表

由表1可知，北井最不利点处的自由水头为12.49 m，大于最小服务水头5 m，而且压力等级均小于所选管材承压要求0.63 MPa，满足要求。

其次，进行南井最不利点管网水力计算。南井配水管网最不利点选村东南距水塔最远处为计算点，距离为1 046 m，有效高差23 m。同样也按一层楼考虑，最不利点末端最小服务水头为5 m。南井最不利点管网水力计算如表2。

表2 南井最不利点管网水力计算表

由表2可知，南井最不利点处的自由水头为10.33 m，大于最小服务水头5 m，而且压力等级均小于所选管材承压要求0.63 MPa，满足要求。

2.5 管道附属设施设计

①管沟开挖。根据云冈区最大冻土深度，并考虑外部荷载等因素，管沟开挖深度按1.80 m设计，上开口宽度80 cm，下开口宽度60 cm，局部地区可根据实际情况进行调整。②管槽回填。管槽回填采用分层回填法，应在管道充水的情况下进行回填。回填分两步进行，第一步回填管身和管顶以上30 cm，该部分回填土宜用松散较干净土，不得抛填，不能含有砖、石及大的硬土；第二步回填土应匀称摊开，每层土厚不得超过30 cm，并加以夯实。③工作坑开挖。上下开口相同，长2 m、宽2 m，开挖深度2.20 m。管道纵坡设计尽量与地面坡降一致，以减少工作坑的填、挖方量。④管道连接。PE管道连接采取热熔连接方法，管道与阀门等配件之间采用法兰连接。⑤阀门井。在水塔下设一座阀门井，用于维修管道和开关水阀。⑥管道顶管。由于本工程无法破路施工，配水管道只能采用顶管的方式进行铺设。在工作坑间采用顶管作业。