橫山區(qū)西沙供水設(shè)備選用分析

曹美琳，孫慶山

（1.陜西省榆林市橫山區(qū)水產(chǎn)工作站，陜西 橫山 719100；2.陜西省榆林市橫山區(qū)自來(lái)水公司，陜西 橫山 719100）

橫山區(qū)西沙供水設(shè)備選用分析

曹美琳1，孫慶山2

（1.陜西省榆林市橫山區(qū)水產(chǎn)工作站，陜西 橫山 719100；2.陜西省榆林市橫山區(qū)自來(lái)水公司，陜西 橫山 719100）

西沙是榆林市橫山區(qū)重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域，因?yàn)榈孛娓叱谈叱鰴M山城區(qū)60 m，地況復(fù)雜，使得供水難度較大。為確保西沙發(fā)展用水需求，通過(guò)分析西沙概況以及管道經(jīng)過(guò)區(qū)域地質(zhì)情況，對(duì)西沙供水面臨的地況落差懸殊、地質(zhì)復(fù)雜等問(wèn)題和供水量進(jìn)行探討，從施工便捷、價(jià)格便宜、水質(zhì)影響、發(fā)展趨勢(shì)等多方面，對(duì)供水管材和水泵選擇比選，提出網(wǎng)管徑超過(guò)300 mm的選用球墨鑄鐵管，不超過(guò)300 mm的管路選用管材為PE100給水管，水泵選用格蘭富SP270-6AG型潛水泵和KQL200/460-110/4(Z)型立式離心泵的供水設(shè)備，以保障西沙供水工程順利實(shí)施。

橫山；西沙；供水；管材；選取

1 概況

橫山區(qū)位于榆林市中部，總面積4333 km2。地勢(shì)大致從西向東傾斜，西南及中部高，海拔在1300～1500 m之間；東北及南部低，海拔在900～1200 m之間。橫山區(qū)地形起伏大，縣城地處蘆河河谷地帶，地勢(shì)比較平坦，南高北低，西高東低，因此縣城宜采用一個(gè)統(tǒng)一的低區(qū)供水系統(tǒng)；而位于縣城西邊的西沙區(qū)，整體高程高出縣城約60 m以上，現(xiàn)有人口2萬(wàn)人，其供水只能采用獨(dú)立的高區(qū)供水系統(tǒng)。工程建設(shè)區(qū)域地處鄂爾多斯臺(tái)向斜東緣間歇性的緩慢抬升地區(qū)，是黃土高原與毛烏素沙漠的過(guò)渡地帶，調(diào)繪區(qū)線路里程長(zhǎng)，出露巖土體類(lèi)型多，成因復(fù)雜，物理力學(xué)性質(zhì)差異巨大。工程區(qū)內(nèi)主要不良地質(zhì)現(xiàn)象為崩塌；滑坡、泥石流等地質(zhì)現(xiàn)象少見(jiàn)。

2 供水設(shè)備選用存在問(wèn)題

（1）橫山區(qū)自來(lái)水公司現(xiàn)有的經(jīng)蘆河進(jìn)入西沙地區(qū)的主干管管徑偏小，如果通過(guò)該管段向西沙地區(qū)供水，供水量小且會(huì)影響到縣城其他居民的正常用水，所以只能另引供水管網(wǎng)；

（2）現(xiàn)有提升泵站的建筑面積過(guò)小，如果仍然考慮利用該泵站的建筑，僅換新泵來(lái)供給西沙地區(qū)的居民用水，不能滿足新泵平面布置的要求，需擴(kuò)建。但該地質(zhì)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，且可利用的空間很小，改擴(kuò)建具有較大難度。

（3）從縣城到西沙供水管道需要穿越深度五十多米的海子溝。施工難度大、技術(shù)要求高。特別是南磚梁處的垃圾填埋場(chǎng)調(diào)和達(dá)1164 m，最低水壓要求0.28 MPa。

（4）復(fù)雜的地質(zhì)問(wèn)題需在管網(wǎng)鋪設(shè)時(shí)給予注意，特別是蘆河的流沙和水土的腐蝕，要在管材選取時(shí)給予考慮。

3 西沙需水量及水力分析

3.1 供水定額及需水量分析

西沙區(qū)現(xiàn)有人口2萬(wàn)人。通過(guò)對(duì)橫山區(qū)1980～2006年人口增長(zhǎng)率的一個(gè)平滑處理，得到年均增長(zhǎng)率為1.72%?？紤]到橫山縣西沙區(qū)正處于城市化快速發(fā)展階段，城鎮(zhèn)人口會(huì)急劇增長(zhǎng)，因此2010年～2025年橫山縣西沙區(qū)人口綜合增長(zhǎng)率按1.90%計(jì)，采用綜合增長(zhǎng)率法，計(jì)算出西沙區(qū)人口到2025年人口達(dá)5萬(wàn)人。經(jīng)計(jì)算分析，西沙區(qū)最高日用水量為4800 m3/s，西沙區(qū)最高日城市綜合用水的時(shí)變化系數(shù)宜用1.6；日變化系數(shù)宜采用1.5。則最高時(shí)用水量為320 m3/h，則供水泵站設(shè)計(jì)流量為320 m3/h。

3.2 水力分析

根據(jù)西沙區(qū)供水管線經(jīng)過(guò)區(qū)域情況，將管道分為22段，其管段長(zhǎng)度分別為：J1-FM1管長(zhǎng)280 m、FM1-FM2管長(zhǎng)190 m、FM2-FM3管長(zhǎng)60m、FM3-FM4管長(zhǎng)135m、FM4-FM5管長(zhǎng)30 m、FM5-FM6管長(zhǎng)80 m、FM6-FM7管長(zhǎng)70 m、FM7-FM8管長(zhǎng)20 m、FM8-FM9管長(zhǎng)95 m、FM9-FM10管長(zhǎng)15 m、FM10-FM11管長(zhǎng)70 m、FM11-J4 管長(zhǎng) 760 m、FM11-FM12 管長(zhǎng) 90 m、FM12-FM13管長(zhǎng) 550 m、FM13-FM14管長(zhǎng) 200 m、FM14-FM15管長(zhǎng) 640 m、FM15-J2管長(zhǎng) 140 m、FM13-FM17管長(zhǎng) 200 m、FM12-FM18管長(zhǎng) 110 m、FM18-FM19管長(zhǎng) 120 m、FM19-FM20管長(zhǎng) 180 m、FM20-FM21管長(zhǎng) 60 m、FM21-FM22管長(zhǎng)90 m。按管段配水長(zhǎng)度進(jìn)行沿線流量分配，根據(jù)各節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)流量計(jì)算結(jié)果以及流量連續(xù)性方程進(jìn)行管段設(shè)計(jì)流量初分配，分配結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 管段設(shè)計(jì)流量

考慮到橫山縣2025年遠(yuǎn)期規(guī)劃的管網(wǎng)發(fā)展建設(shè)，現(xiàn)狀管段FM11-J1為2025年給水管網(wǎng)規(guī)劃中的設(shè)計(jì)管段，其管段直徑為200 mm；現(xiàn)狀管段FM11-J4為2025年給水管網(wǎng)規(guī)劃中的設(shè)計(jì)管段，其管段直徑為350 mm，則各管段管徑均要求為350 mm。各節(jié)點(diǎn)地面標(biāo)高以及設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算

西沙區(qū)現(xiàn)狀改建管網(wǎng)為枝狀管網(wǎng)，不進(jìn)行水利平差計(jì)算。此外，在南磚梁處地勢(shì)最高，為控制點(diǎn)。設(shè)計(jì)分析工況水力結(jié)果見(jiàn)表3。

4 配水設(shè)備選擇分析

4.1 供水管材選取

目前用于給水輸水工程的管材主要有球墨鑄鐵管、普壓灰口鑄鐵管、焊接鋼管（無(wú)縫管）、硬聚氯乙烯管（UPVC管）、玻璃纖維纏繞成型復(fù)合管、高分子聚氯乙烯管（PE管）和離心澆鑄成型玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合管（HOBAS管）等。經(jīng)從適應(yīng)水量及口徑、工作壓力、埋深及承受壓力、主要用于干管或支管、對(duì)水質(zhì)的影響、水頭損失及n值、接口形式及施工難易、防腐及耐久性、施工工藝、現(xiàn)場(chǎng)制作及管材運(yùn)輸、日常維修及，管材重量，管道造價(jià)及發(fā)展趨勢(shì)等諸方面進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析比較，球墨鑄鐵管具有較高的強(qiáng)度和延伸率。同口徑管道壁厚為灰口鑄鐵管的1/2?？菇訌?qiáng)度接近焊接鋼管，但其抗腐蝕性比鋼管高3～4倍，采用橡膠圈接口，施工方便。價(jià)格與灰口鑄鐵管比較基本相當(dāng)，但比鋼管要低，目前球墨鑄鐵管最大口徑為1000 mm，宜用作輸配水管道。PE管采用熱熔聯(lián)接，接口牢固，不結(jié)垢，無(wú)毒、輕質(zhì)及表面光滑，柔韌性好，不易拉開(kāi)或斷裂。這類(lèi)管材重量輕，安裝方便，并具有內(nèi)壁光滑，水力條件好，施工費(fèi)用比鋼管、鑄鐵管、鋼筋混凝土管施工費(fèi)用減少15%～20%，是小型供水工程理想的管道。

根據(jù)西沙供水工程實(shí)際情況，本次設(shè)計(jì)管網(wǎng)管徑超過(guò)300 mm的選用球墨鑄鐵管，不超過(guò)300 mm的管路選用管材為PE100給水管，工作壓力1.6 MPa。球墨鑄鐵管采用承插接口連接，PE100給水管采用熱容或粘接連接。同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，蘆河漫灘，地下水位較淺，一般水位埋深1.0 m～2.0 m，覆蓋層厚度多小于10 m，巖性以松散至稍密的細(xì)砂為主，管槽基坑開(kāi)挖時(shí)，如采用明排方案，基坑兩側(cè)將形成大量的流沙，明排方案很難實(shí)施；如采用止水帷幕方案，以基巖作為圍帷底界，然后開(kāi)挖管槽，較為科學(xué)，但工程造價(jià)高、工期長(zhǎng)，設(shè)計(jì)及施工時(shí)對(duì)此問(wèn)題應(yīng)有充分準(zhǔn)備。

表3 設(shè)計(jì)分析工況水力結(jié)果表

4.2 水泵選擇

西沙區(qū)日最高用水量為4800 m3/d，供水量大，且是高揚(yáng)程，所以水泵選擇也是關(guān)鍵。

（1）加壓泵站水泵確定

根據(jù)現(xiàn)有加壓泵房的面積尺寸，宜采用一用一備的潛水泵。按最大時(shí)流量進(jìn)行設(shè)計(jì)，則每臺(tái)水泵的流量為320 m3/h。采用變頻控制。在完成設(shè)計(jì)工況水力分析后，泵站揚(yáng)程可以直接根據(jù)其所在管段的水力特性確定。經(jīng)計(jì)算，水泵的揚(yáng)程為127 m。根據(jù)流量和揚(yáng)程的要求選兩臺(tái)格蘭富SP270-6AG型潛水泵，一用一備。其性流為：流量329 m3/h，揚(yáng)程138 m，轉(zhuǎn)速2900 r/min，電動(dòng)機(jī)功率190kW。用該泵替換原有的水泵機(jī)組。

（2）泵房水泵確定

提升泵房水泵的流量采用最高日設(shè)計(jì)用水量，即4800 m3/s。根據(jù)現(xiàn)有提升泵房的面積尺寸，宜采用一用一備的立式離心泵。按最高日平均時(shí)流量設(shè)計(jì)，則每臺(tái)水泵的流量為4800 m3/d,即200 m3/h。提升泵站至加壓泵站的管長(zhǎng)120 m、管徑150 mm，材質(zhì)為鋼管，如要達(dá)到200 m3/h的流量，水頭損失為21.63 m，流速為3.27 m/s，難以實(shí)現(xiàn)。因此，要實(shí)現(xiàn)上述流量，須增大輸水管的管徑。因此，輸水管徑取300 mm的鋼管，則其流速為0.76 m/s，水頭損失為0.4839 m。

提升泵站和加壓泵站的液位差為70 m，輸水管的水頭損失為0.4839 m，安全水頭采用2 m，則水泵的揚(yáng)程為72.4839 m，取H=73 m。根據(jù)流量和揚(yáng)程的要求，選用兩臺(tái)KQL200/460-110/4(Z)型立式離心泵，一用一備。KQL200/460-110/4(Z)型泵的性能為：流量210 m3/h，揚(yáng)程85 m，轉(zhuǎn)速1480 r/min，電動(dòng)機(jī)功率110 kW，吸上高度4.5 m。

4.3 水錘防護(hù)措施

西沙供水區(qū)域的供水地形高差為124.43 m，水泵揚(yáng)程127 m，因此供水時(shí)應(yīng)考慮水錘的影響。根據(jù)供水地形差、供水區(qū)域范圍以及管網(wǎng)的具體布置情況，為了預(yù)防水錘的發(fā)生，選用735S型壓力波動(dòng)預(yù)止閥（四臺(tái)），分別在提升泵、加壓泵各泵的出水口處安裝。735S型閥門(mén)除了可預(yù)防壓力波動(dòng)，還具有維持系統(tǒng)壓力的功能。它通過(guò)將過(guò)高的壓力排向大氣，來(lái)完成這一功能。當(dāng)系統(tǒng)壓力超出高泄壓導(dǎo)閥的設(shè)定值，導(dǎo)閥將開(kāi)啟，導(dǎo)致主閥開(kāi)啟，使系統(tǒng)泄壓。如系統(tǒng)壓力恢復(fù)，低于導(dǎo)閥設(shè)定值，導(dǎo)閥將關(guān)閉，致使主閥緩慢關(guān)閉。

5 結(jié)語(yǔ)

橫山縣城南高北低，西高東低，縣城供水為低區(qū)供水系統(tǒng)；而新城西沙區(qū)由于整體高程高出縣城約60 m以上，其供水只能采用高區(qū)供水系統(tǒng)，要保證水壓穩(wěn)定、輸水安全，就要選擇好供水設(shè)備。根據(jù)西沙的用水定額和需水量，提出供水方式，并經(jīng)過(guò)多方比較，球墨鑄鐵管抗腐蝕性強(qiáng)、耐壓、經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)好，PE管價(jià)格低廉、施工成本低，所以管徑超過(guò)300 mm的管道選用球墨鑄鐵管，不超過(guò)300 mm的管路選用管材為PE100給水管，壓泵站選用兩臺(tái)KQL200/460-110/4(Z)型立式離心泵，泵房選用兩臺(tái)KQL200/460-110/4(Z)型立式離心泵，以確保供水能夠從城區(qū)供至西沙區(qū)，順利供水。

TU991.3

B

1673-9000（2017）05-0071-03

2017-03-18

曹美琳（1981-），女，陜西橫山人，工程師，主要從事水產(chǎn)管理工作。