姜家店村農(nóng)村飲水安全工程水力計(jì)算與分析

林 楓

(北票市大板水利服務(wù)站，遼寧 北票 122114)

姜家店村農(nóng)村飲水安全工程水力計(jì)算與分析

林 楓

(北票市大板水利服務(wù)站，遼寧 北票 122114)

常河營(yíng)鄉(xiāng)姜家店村大溝組位于北票市東南部。該自然屯因遼西北供水工程施工影響造成水位下降，部分群眾人畜飲用水困難及家庭菜園缺水不能生產(chǎn)，為滿(mǎn)足村民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)民生活用水的要求，在常河營(yíng)鄉(xiāng)姜家店村大溝組興建人畜飲水扶持項(xiàng)目，以此促進(jìn)該地經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，增加居民收入，提高居民的生活質(zhì)量。文章就人畜及果園灌溉用水量、供水管網(wǎng)、水源井及泵房進(jìn)行了計(jì)算與分析，結(jié)合該村具體現(xiàn)狀和條件，充分滿(mǎn)足了該村的供水要求。

飲水安全；水力計(jì)算；水利計(jì)算；工程布設(shè)；分析

1 工程概況

常河營(yíng)鄉(xiāng)姜家店村大溝組位于北票市東南部，距縣城60km。該自然屯因遼西北供水工程施工影響造成水位下降，部分群眾人畜飲用水困難及家庭菜園缺水不能生產(chǎn)，為滿(mǎn)足村民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)民生活用水的要求，在常河營(yíng)鄉(xiāng)姜家店村大溝組興建人畜飲水扶持項(xiàng)目，以此促進(jìn)該地經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，增加居民收入，提高居民的生活質(zhì)量。該工程主要用于解決姜家店村大溝組的21戶(hù)，82口人，10頭大牲畜，62頭小牲畜的飲水安全問(wèn)題和部分菜園灌溉問(wèn)題。

2 流域水文氣象

北票市境內(nèi)有大凌河、牤牛河兩水系，其中面積100km2以上流域的河流13條。其中大凌河流域面積4339.34km2。牤牛河為大凌河支流，屬于季節(jié)性河流，流經(jīng)境內(nèi)長(zhǎng)度71km，流域面積1936.7km2。牤牛河南西向由臺(tái)吉營(yíng)鄉(xiāng)入境流經(jīng)興順德、黑城子、泉巨永、馬友營(yíng)、紅石砬、長(zhǎng)皋鄉(xiāng)，到下府鄉(xiāng)東光寺匯入大凌河。北票市北靠?jī)?nèi)蒙，受西伯利亞季風(fēng)影響，屬半干旱大陸性氣候，溫差大，積溫高，冬季寒冷，夏季酷熱，多風(fēng)少雨，多年平均降水量在350mm左右，降雨集中，主要集中在7、8月份。多年平均蒸發(fā)量2100mm，年平均氣溫8℃左右。全年無(wú)霜期為150d左右，最大凍深1.4m，風(fēng)力在6級(jí)左右。

3 工程地質(zhì)

項(xiàng)目區(qū)地質(zhì)構(gòu)造為第四系Q中統(tǒng)Q2地段，地質(zhì)構(gòu)造不復(fù)雜，無(wú)不良地質(zhì)現(xiàn)象，山間盆地厚度8-30m，下部為半膠結(jié)砂礫石，分布穩(wěn)定，厚度較大，透水強(qiáng)，上部為棕紅色亞黏土，屬坡洪積堆積物，含水巖系屬碎屑巖類(lèi)的頁(yè)巖、粉砂巖、礫巖空隙、裂縫含水，水位埋深10-12m[1-3]。

4 水力計(jì)算與分析

4.1 用水量計(jì)算

4.1.1 用水量標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)姜家店村的實(shí)際情況并參照遼寧省地方標(biāo)準(zhǔn)《行業(yè)用水定額》DB21，人畜最高日用水量:常住人口60L/d，非常住人口30L/d；大牲畜50L/d，小牲畜15L/d。

4.1.2 大溝組用水量計(jì)算

用水量計(jì)算公式：

1)村鎮(zhèn)居民生活用水：

Q1=q1×p1(m3/a)m3/d

p1=p0(1+R)n人

(1)

式中：q1為村居民最高用水量定額，L/人·d；p1為設(shè)計(jì)人口，人；p0為現(xiàn)狀人口，人；n為設(shè)計(jì)年限，取n=20a；R為設(shè)計(jì)年限內(nèi)人口增長(zhǎng)率，取R=12‰

則依據(jù)公式計(jì)算：

Q1=60/100×p1

(2)

則p1=p0(1+R)n人；p1=p0(1+R)n；p1=104人；代入Q1=6.25m3/d。

2)牲畜用水量計(jì)算：

Q2=(q2p2+q3p3)×10-3

(3)

式中：q2,q3分別為大小牲畜最高用水量定額，L/頭d；p2，p3分別為大小牲畜頭數(shù)，頭。

依據(jù)公式：Q2=1.48m3/d

3)管網(wǎng)漏失水量：

Q3=(Q1+Q2)×5%=0.39m3/d

(4)

4)未預(yù)見(jiàn)用水量：

Q3=(Q1+Q2)×10%=0.77m3/d

(5)

5)菜園用水量：

Q5=12×3.5=42m3/d

(6)

6)水廠(chǎng)規(guī)模(即最高設(shè)計(jì)給水量Qd)：

Qd=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=50.88m3/d

(7)

7)最高給水量：

Qmax=kaQd

(8)

式中：ka為日變化系數(shù)，取ka=1.3；則Qmax=66.15m3/d

最高時(shí)給水量Qmax：

Qmax=khQd/24

(9)

式中：kh為時(shí)變化系數(shù)，取kh=3；Qmax=8.27m3/d。

4.2 供水管路水頭損失計(jì)算

經(jīng)過(guò)實(shí)地高程測(cè)量與計(jì)算，蓄水池高程為146.5m，能滿(mǎn)足最不利點(diǎn)14個(gè)的正常用水，可保證足夠壓力。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

4.3 蓄水池的確定

根據(jù)前面計(jì)算人畜日用水量為50.88m3/d，為保證正常用水修建蓄水池容積為30t，蓄水池底高程為146.5m，池內(nèi)水深2.5m。

4.4 機(jī)泵的選型

根據(jù)人畜最高日用水量為66.15m3/d；人畜最高日最高時(shí)用水量為8.27m3/h。選用潛水泵150QJ10-80，水泵出水量10m3/h，滿(mǎn)足要求。井深18m，直徑2.5m，水泵位于17.5m處；實(shí)測(cè)從井口到蓄水池進(jìn)水口處高差為46.5m；井口到蓄水池安裝管路長(zhǎng)268m，管材為Ф75PE管。

沿程損失：hf=0.000915×L×Q1.774/D4.774=2.43m；局部損失按沿程損失的10%計(jì)算0.243m。

總揚(yáng)程為：H=17.+46.5+2.43+0.243+5=71.67<水泵揚(yáng)程80m，因此選用型號(hào)為150QJ10-80潛水泵，電機(jī)為7.5kW。此水泵出水量為10m3/h滿(mǎn)足要求。根據(jù)需要，架設(shè)低壓線(xiàn)路200m，更換50kW變壓器一臺(tái)[4-6]。

表1 供水管路水頭損失計(jì)算表

4.5 管網(wǎng)布置

考慮此工程的具體現(xiàn)狀和條件，輸配水管網(wǎng)布置采用樹(shù)枝狀，輸水管道從蓄水池至最不利點(diǎn)全長(zhǎng)829m，采用PE管。

4.6 管網(wǎng)水力計(jì)算

按樹(shù)狀管網(wǎng)計(jì)算：

1)設(shè)計(jì)流量。人畜以最高日、最高時(shí)給水量作為管網(wǎng)起端的設(shè)計(jì)流量，則管網(wǎng)流量Q=8.27m3/h=2.30L/S。

2)計(jì)算管段流量。設(shè)計(jì)人均用水量=q/設(shè)計(jì)用水人口=2.30/104=22.06×10-3L/s；每條管路配水流量=設(shè)計(jì)人均用水量×本段用水人口。

3)節(jié)點(diǎn)流量。節(jié)點(diǎn)流量=交匯于該節(jié)點(diǎn)各管段沿線(xiàn)流量總合。節(jié)點(diǎn)流量計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表2。

表2 節(jié)點(diǎn)流量計(jì)算表

4.7 管徑選擇

采用公式：

(10)

由公式得出，管徑選擇與管內(nèi)流速有關(guān)，根據(jù)規(guī)范經(jīng)濟(jì)流速V=0.6-1.0m/s計(jì)算各管路內(nèi)徑。

4.8 水頭損失及自由水壓計(jì)算

聚氯乙烯管沿程水頭損失采用公式：

hf=0.000915×L×Q1.744di4.774

(11)

式中：L為管道長(zhǎng)度，m；Q為管道流量，m3/s；di為管內(nèi)徑，m。

局部水頭損失按沿程水頭損失的10%計(jì)算?？偹^損失等于沿程水頭損失與局部水頭損失之和。計(jì)算過(guò)程詳見(jiàn)表3-表5。

表3 沿線(xiàn)流量計(jì)算表

表4 管網(wǎng)水力計(jì)算表

4.9 水源井的設(shè)計(jì)

1)井址的選定。打井前，對(duì)井位進(jìn)行了物探，確定井位于村西的進(jìn)村路旁；井位所在地地下水埋深12m，根據(jù)附近已成井調(diào)查，井出水量為20m3/h，其水質(zhì)符合人畜飲用水標(biāo)準(zhǔn)[7-9]。

2)井房。井房建筑面積為20m2，井房?jī)?nèi)建有防洪保護(hù)措施，以保證洪水淹沒(méi)井口時(shí)，此井水仍可安全飲用。

表5 節(jié)點(diǎn)水壓計(jì)算表

5 結(jié) 語(yǔ)

姜家店村大溝組人畜飲水工程根據(jù)實(shí)際情況采用蓄水池控制給水，輸配水管網(wǎng)采用樹(shù)枝狀，采用PE管。依據(jù)用水量及水泵特征參數(shù)，選用150QJ10—80井用潛水泵1臺(tái)，通過(guò)附近已成井的調(diào)查，該井出水量為20m3/h，能充分滿(mǎn)足該村的供水要求。通過(guò)本工程建設(shè)，能夠改善該處居民飲水條件，促進(jìn)該地農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，為全民的小康生活和共建社會(huì)主義新農(nóng)村提供了可靠的保障。

[1]馬宏娟.農(nóng)村飲水安全工程建設(shè)和管理措施分析[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2014(09)：30-32.

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[3]崔瑞.義縣農(nóng)村飲水安全工程建設(shè)與管理淺析[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2015(05)：24-25，55.

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1007-7596(2016)11-0063-03

2016-11-16

林楓(1978-)，男，遼寧北票人，工程師，研究方向?yàn)檗r(nóng)田水利，水土保持，農(nóng)村飲水安全，節(jié)水灌溉等。

S277.7

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