给排水管道布设影响因素浅析

贾珺琳

（晋城市水务局,山西 晋城 037000）

1 工程现状

本文给排水供水水源为磨河水源,磨河水库位于陵川县东南武家湾河上游磨河村附近,控制流域面积161.9 km2,坝址以上主河道长33.6 km[1]。陵川县位于山西省东南部,属大陆性季风气候,全年降雨量平均值为640 mm,多年平均蒸发量为1665 mm。全年降水主要集中在夏季,冬季降水最少。大义井村位于太行山隆起与沁水凹陷两大构造之间,它们构成了宏观的构造格局。工程区属构造形迹微弱、地壳相对稳定的地块,区域稳定性良好。有礼义至陵川县级公路从工程区通过,交通条件较好。

大义井村原先的配水管网及入户管网大部分修建于2008年左右,距今已有12 年之久,管材为塑料管,现有水源来自村东北现有的200 m3水池,并且水源已经拱池消毒设备消毒,通过一趟管线供至全村各户。因现有管道使用多年,管道老化、破损严重,导致村内管网漏水现象严重,影响居民正常使用,管线漏水使管内饮用水易受到外界污染；因为村内高差较大,经常出现低处用水户水量充足,高处吃不上水的现状。居民日常生活用水无法得到保障,给居民的身体健康造成不良影响。这些问题严重制约了当地经济的发展和农村人居环境的改善,为了响应国家政策方针,提高人民的生活质量,对该村饮水安全工程进行巩固提升势在必行。此外,由于该村居民的生活用水四处倾倒,不仅污染了环境,对冬季来说最为严重,沿路、沿街泼洒及倾倒,导致路面及四周都存在结冰现象,随时都有可能出现摔伤现象,为了彻底解决村内排水管网问题,提升大义井村居民的生活幸福感,很有必要实施污水管网建设工程。

2 自来水工程

2.1 自来水需水量确定

本工程主要任务是为礼义镇大义井村提供生活用水。工程涉及村庄为大义井村,规划人口（居民）1296人。

本次设计基准年为2020 年,规划水平年为2035年。陵川县按照气候和地域分区属于三区,需水规模为50 L/（人·d））~80 L/（人·d））,考虑项目区实际情况和城镇化进程发展,确定最高日居民生活用水定额为60 L/（人·d））。

（1）居民生活用水量Q1

居民生活用水量按下式计算：

式中：W为居民生活用水量,（m3/d）；P为设计用水人口；P0为现状常住人口；γ为设计年限内人口自然增长率（由于村镇人口基本陷入负增长,本次取增长率为0）；n为工程设计年限；（15年）；P1为设计年限内人口的机械增长总数；q为最高居民日生活用水定额。

（2）牲畜用水量Q2

根据项目区牲畜饲养情况及各行政村发展状况来确定项目区的牲畜数量。通过调查,项目区内无牲畜养殖,因此不再考虑。

（3）公共建筑用水量Q3

根据规范规定,公共建筑供水量可按照居民生活用水量的10%~25%概算,本次设计取10%。

（4）消防用水量Q5

由于项目区内可以允许短时间断水,并且其最高日用水量远高于消防用水量,所以供水规模中不单列消防用水量。

（5）管网漏失水量和未预见水量Q4

根据规范规定,管网漏失水量和未预见水量可按以上各项用水量之和的10%~25%取值,考虑到本次管线较长,本次设计取15%。

居民需水量预测结果见表1。

表1 居民需水量预测结果表

综合该村需水量及居民需水量,本工程共涉及现状人口1296 人。经计算,最高日供水量为94.09 m3/d,年供水总量为2.64万m3,属于Ⅴ型供水工程。

本次工程按全日制供水,配水干管根据各个行政村的实际情况确定主管数量并按树枝状管网布置,根据各管段的设计流量,来计算配水管网的各项技术参数。

（1）时变化系数Kh的确定

时变化系数根据表3确定。

表2 基本全日制供水工程的时变化系数

（2）最高日设计用水量Qd=Q1+Q2+Q3+Q4

式中：Qd为最高日设计用水量；Q1为居民最高日生活用水量；Q2为牲畜最高日用水量；Q3为公共建筑用水量；Q4为管网的漏失水量及未预见水量。

（3）最高日平均时用水量Qcp=Qd/T

式中：Qcp为最高日平均时用水量；Qd为最高日设计用水量；T为日工作时间。

（4）最高日最高时用水量Qmax=Kh·Qcp

式中：Qmax为最高日最高时用水量；Kh为时变化系数；Qcp为最高日平均时用水量。

（5）年供水量Qy=365·Qd/Kd

式中：Qy为年供水量；Kd为日变化系数,取1.6。

（6）人均综合用水量采用下式计算：

式中：q为人均综合用水当量,m3/（h·人）；Q配为配水管网设计流量,m3/h；∑Q集为集中用水量之和,m3/h；P为设计用水人口。

2.2 配水管网设计

2.2.1 管网布置原则

管网应合理分布,覆盖全区,线路尽量短,并符合村镇有关建设规划；工程布置尽可能与现有工程设施相结合；管道布置应避免穿越污染或腐蚀性地段；干管布置应以较短的距离引向用水大户；干管上应分段或分区设检修阀,各级支管上均应在适宜位置设检修阀；地形高差较大时,应根据供水水压要求和分压供水的需要在适宜的位置设加压或减压设施[2]。

2.2.2 管材及管径

配水管道主要采用PE管,该管材具有耐压、质轻、安装方便、韧性好、抗冲击性能好、流体阻力小、耐腐蚀等优点。

2.2.3 管道管径的确定

供水管道的直径不仅与通过的流量有关,而且还与所选取的流速有关,流速小造价高,但水头损失小,反之则造价低,水头损失大,供水管径的选择要综合考虑管道的建造费用与水头损失这两个主要经济因素。工程中供水对象为1296人,可以直接选取供水及入户管管径。

2.2.4 配水管网水力计算

管道的水力计算,目的是根据设计流量确定配水管道的流量、管道直径和水头损失,本次设计,管网水力计算选取最不利点来计算。

管道水头损失计算包括沿程水头损失和局部水头损失：

沿程水头计算：h1=iL

式中：h1为沿程水头损失,m；L为计算管段长度,m；i为单位管长水头损失,m/m。

依据公式i=10.67×C-1.852×Q1.852/d-4.87计算：

式中：C为海曾威廉系数,取150；Q为管道的设计流量,m3/s；d为管道内径,m。

局部水头损失按沿程水头损失的10%计算,即：

2.3 自来水工程布置

综合上述要素,配水管网布置如下：考虑到当地今后的发展,配水主干管从现有水池输出至新建阀门控制室,再通过分水器分四条配水干管配送给各用水户,配水干管从新建阀门控制室沿街道布设,支管就近接入。

入户管网从水表井分别布设入户管道至各用水户。结合村内实际情况和业主协商决定,本次设计不考虑入户管网的开挖和回填,全部由村里自行解决。因此,入户管网工程仅考虑入户管管长,每户管长暂时按45 m计。

3 排水工程

3.1 工程实际情况

结合村内现状,生活污水排放方式基本为随意泼洒或自家排水管道排至道路上,村内未建污水收集设施。现面临的主要问题有：村庄排水管网覆盖率不完整,管道年久老化；排水管网错综复杂,污水排放点不集中,部分污染严重；污水管网维护管理和执法力量薄弱；管渠交汇错乱,无保护措施,污水外流；部分沟渠污染严重,夏季恶臭；管道主支分流不清；干管先行,支管建设滞后。

3.2 污水量预测

根据当地发展和社会经济发展水平,确定2035年为本工程的设计水平年。

综合生活污水设计流量按以下公式计算：

式中：Qd为设计综合生活污水流量,L/s；n为综合生活污水定额,L/s；N为设计人口数；Kz为生活污水量总变化系数。

计算结果见表3。

表3 污水量计算表

3.3 排水管网设计

本工程拟对村庄内的污水管网进行设计收集,范围包括用地红线以内宅基地室外污水管道系统；室外最后一个检查井至末端污水处理站进行设计。

本工程的主要特点是村内巷道固定狭窄,硬化不一,不能按照新建城镇进行很合理的路线规划,一些村内原有的污水管网尽可能利用、合并,做到新旧衔接,减少工程量的投资和不必要的开挖。

管道中污水流动的特点：污水顺次由支管汇入干管、主管干管,最终进入污水处理设备,污水在管道中一般是靠管道两端的水面高差从高到低处流动。

1）设计管径

本工程管道起点位于巷道内,虽然服务范围相对较小,但需考虑瞬时变化较大,且容易堵塞的特点,合理选择设计管径,污水管的设计管径选取如下：起点管径,污水管为DN200；连接管,由住户接入污水管的连接管采用De110 或De160；其余管道按计算确定。

2）非计算管径管段排水能力复核

排水管的流量计算：

式中：Q为设计流量,m3/s；A为水流有效断面面积,m2；V为流速,污水管道在设计充满度下最小设计流速为0.6 m/s,本次计算选用0.6 m/s。

流量计算结果见表4。

表4 各管道设计污水量计算表

根据表中设计综合生活污水流量对比表各管径设计水量可知,本工程所选管道管径的过流能力满足要求。

此外,本工程管道最小坡度选用7‰,对于地面坡度大于7‰的管道,其坡度应尽可能与地面的坡度一致,这样可以方便施工,降低工程造价。

4 结论

（1）给排水管道布设时首要考虑的因素就是供水量与排水量。

（2）管道布设时受地形、地质条件、用户用水方式等影响,若是改造工程,还会受原有管线的影响。

（3）管道布设还需考虑到投资、施工、环境保护等因素。