马头镇村村通自来水工程管网优化设计

2022-08-18余昱

河南水利与南水北调 2022年7期

关键词：输水管管径水厂

余昱

（广东省韶关市防洪管理中心,广东韶关 512000）

1 工程概况

马头镇村村通自来水工程（镇级集中供水部分）位于新丰县马头镇，辖区总面积529.85 km2，此工程水源为鲁古河水库。

2 马头镇村村通自来水工程建设必要性

马头镇农村饮水安全工程建成于2012 年，供水现状情况及存在的问题如下：

①水源及输水管：从鲁古河电站发电引水隧洞取水（取水口高程为259.30 m，发电最低水位为275 m），通过长约7 500 m的输水管引至上善水厂，输水管外径为250 mm，内径230 mm，现状运行良好。②水厂规模：水厂现担负着马头镇镇区及各村委16 714人的生活用水，水源水经输水管引至上善水厂，水厂现状水处理的构筑物为一体化净水设备，设计供水能力为1 200 m3/d，随着人口的增长及现状部分未通自来水的村委希望通水，用水人口的急剧增大，导致该一体化设备流速过快，净水效果较差，雨天水体浑浊度较大，需要改造。③配水管：上善水厂至马头镇镇区现有一长约1.47 km的配水主管，管外径为250 mm（内径230 mm），该配水主管运行良好。

马头镇现状供水能力不足，严重影响了当地人民群众的生活水平，此工程在现有供水基础上进行扩建、扩网。在水源至水厂的输水水管满足输水情况下，对现有水厂进行改造，新增一配水主管，对老化的配水支管进行改造，对未通自来水的居民进行扩网。设计人口共2.695万人的饮水安全问题。

3 马头镇村村通自来水工程管网优化设计

3.1 水文条件分析

新丰县位于北回归线稍北，属亚热带季风气候，具有山区气象特征，四季冷热交替明显，干湿两季分明，雨量充沛，多年平均降雨量1 800 mm，南部降雨量较大，西部较小。鲁古河坝址以上集雨面积76.33 km2，根据《广东省水资源》（1986 年8月），年径流变差系数与年降雨变差系数之间关系为：

式中：Γ、n、m为计算参数，取Γ=1.40、n=0.60、m=0.06；F—集雨面积76.33（km2）；α—多年平均径流系数，α＝0.639；cfx—多年平均降雨量变差系数cfx=0.22。

计算得：cfy=0.35。

取经验值Cs=2Cv，计算年径流理论频率曲线采用皮尔逊Ⅲ型曲线，鲁古河水库的年径流理论频率曲线成果见表1。

表1 鲁古河水库年径流理论频率曲线成果表

3.2 明确设计要点

3.2.1 管网管径选择

自来水管网优化设计中，需要做好管网管径的选择和优化。管径的组合应该能够满足相应的压力要求以及节点流量要求，同时需要对管网造价进行严格控制，提高设计方案的可行性和有效性。在针对管网管径进行选择时，部分设计单位往往会在水量和水压需求范围内，选择允许的最小管径，其虽然能够满足相关规范的要求，但是在实际应用中，会引发较大的水头损失，最终反而增大了运行所需的成本费用。当然，如果盲目地选择大管径，同样会导致自来水管网建设成本的增加。因此，在管网优化设计阶段，工程技术人员应该针对管网管径进行科学计算，如果必要，可以采用不同管径管道相互组合的方式，在满足管网安全稳定运行的同时，实现对于建设和运行成本的有效控制。在马头镇村村通自来水工程中，水厂至马头镇镇区现有一长约1.47 km 的配水主管，管外径为250 mm（内径230 mm），该配水主管运行良好，经复核此工程现有配水主管难以满足供水要求，此次新增一配水主管，管外径为180 mm（内径160 mm），对老化的配水支管进行改造，对未通自来水的居民进行扩网，此工程共改造及扩网配水主支管共15.88 km。输水管管径计算如表2所示。

表2 输水管管径计算表

3.2.2 水源区域保护

在管网优化设计中，应该做好水源监测工作，切实保障水源的质量，避免出现水污染或者水生态环境破坏的问题。在该工程中，设置了相应的净水工艺：原水→混合（箱式静态混合器）→絮凝（穿孔旋流絮凝池）→沉淀（斜管沉淀）→过滤（无阀滤池）→消毒→清水池→接入原输水管道。

3.2.3 管理队伍建设

在完成村村通自来水工程的建设后，需要有专业的管理队伍做好后续运营管理，通过定期维护的方式来降低管网故障率，保证供水质量，将自来水工程所具备的社会效益和经济效益充分发挥出来。管理队伍需要依照相关标准及规范的要求，落实好水源管理工作，同时推动国家节水政策方针的贯彻可落实，针对乡镇地区的居民用水情况进行管理和约束，从源头上促进水资源利用率的提高，最大限度地减少水资源浪费的问题。

3.3 优化设计方案

3.3.1 优化管网布置

工程现有输水管从鲁古河电站发电引水隧洞取水（取水口高程为259.30 m），取水口至水厂的输水管材料为PVC-U，长7 500 m，管外径为250 mm，壁厚10 mm，管内径230 mm。经复核此工程输水管能满足输水要求，此工程不予改造。在管网优化布置方面，应该尽量减少附属管件的数量，以此来对施工流程进行简化，同时为后续的运维管理提供便利。另外，在供水管网设计中，应该做好区域水源位置以及用水节点的全面调查研究，依照邻近规划的基本原则，确保所有节点连接的科学性，推动管网连接图的完善，使得管网能够在总长度最短的情况下，实现对于区域的全面覆盖，降低成本投入。

3.3.2 管道水力计算

①管道设计流量。水源到水厂部分的输水管设计流量，应按最高日工作时平均取水量确定，经计算此工程输水管设计流量为0.057 4 m3/s，具体如表3 所示。此工程水厂自用水量为8%，故输水管设计流量为0.057 4×1.08=0.062 m3/s。

表3 输水管设计流量计算表

②管道流速。输水管的设计流速，宜采用经济流速。各管径经济流速：dn ＜150 mm 时，流速：0.50～1.00 m/s；150 ＜dn≤300 mm，流速：0.70～1.20 m/s；d ＞300 mm，流速：1.00～1.50 m/s。

管径小、管线长取低值；塑料管道流速可略高于金属管和混凝土管流速。在保证供水安全的情况下适当减小管径，增大流速，此工程输水管流速取1.49 m/s。水厂至马头镇镇区现有一长约1.47 km的配水主管，管外径为250 mm（内径230 mm），经复核现有配水主管难以满足供水要求，此次新增一配水主管，管外径为180 mm（内径160 mm）。