農(nóng)村飲水安全脫貧攻堅項目供水管網(wǎng)水力的計算分析

王樹生

（遼寧省昌圖縣毛家店鎮(zhèn)水利工作站，遼寧 昌圖 112508）

國家“十三五”規(guī)劃實施以來，極大程度上改善了我國農(nóng)村地區(qū)飲水問題，但是由于農(nóng)村飲水工程量很多，工程沿線比較分散，集中供水工程的供水管網(wǎng)多呈樹枝狀布置。在管網(wǎng)水力計算中，一旦出現(xiàn)誤差，在實際供水期間，尤其供水高峰時段，往往會出現(xiàn)水壓低、流量小的現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)有的用戶無水可用。因此，管網(wǎng)水力的計算必須要結(jié)合實際使用的人口、用水量，使工程的作用落在實處。

1 工程概況

毛家店鎮(zhèn)位于遼寧省鐵嶺市昌圖縣東北部，2019 地債資金農(nóng)村飲水安全脫貧攻堅項目涉及昌圖縣毛家店鎮(zhèn)新農(nóng)村和虻牛村2 個行政村，新農(nóng)村現(xiàn)有總?cè)丝?435 人，虻牛村現(xiàn)有總?cè)丝?119 人。包括12 個村民小組，分別為東明水、南河沿、袁家屯、任家屯、安家屯、老虻牛街內(nèi)、甸子劉、明水泡、頭道溝、二道溝、楊家窩堡、趙家店。本次設(shè)計水源井井1 位于大泉村，井2 位于侯家村，自南向北供應(yīng)各村民小組。單井預(yù)計出水量可達20 m3/h，通過水泵抽取，經(jīng)過次氯酸鈉發(fā)生器后進入新建的供水管網(wǎng)；配水管網(wǎng)采用樹狀管網(wǎng)布置。

2 供水規(guī)模計算

經(jīng)調(diào)查，項目區(qū)內(nèi)無集體或?qū)I(yè)戶飼養(yǎng)畜類，企業(yè)用水為獨立管，項目區(qū)允許短時間內(nèi)斷水，澆灑道路和綠地用水量：實際生活中無澆灑道路和綠地用水需求，故只需計算居民生活用水量。根據(jù)農(nóng)村實際需水要求，日變化系數(shù)Ka取1.3，時變化系數(shù)Kh取3.5。

（1）居民生活用水計算公式：W1=Pq/1000

式中：P 為設(shè)計用水人口總數(shù)，取2554 人；γ 為按規(guī)范要求，非城鎮(zhèn)及中心村，設(shè)計人口不應(yīng)超過現(xiàn)有人口數(shù)，故不計人口增長；q 為最高日居民生活用水定額，35L/（人·d）。

計算得出居民生活用水89.39 m3/d；

（2）管網(wǎng)漏失水量和未預(yù)見用水量：結(jié)合當(dāng)?shù)匕l(fā)展情況，本項目取用水量的20%，即W2=W1×20%，結(jié)算結(jié)果為17.89 m3/d；

（3）最高日用水量：Wd=W1+W2，即107.27 m3/d；

（4）最高日供水量：Wmax=kaWd，即139.45 m3/d；

（5）最高日最高時供水量：Qh=KhWmax/24，計算結(jié)果為5.81 m3/d；

故本工程的供水規(guī)模為W=139.45 m3/d。

3 管網(wǎng)水力計算

3.1 節(jié)點流量計算

設(shè)計流量由最高日最高時用水量確定：

式中：Q設(shè)為設(shè)計流量，L/s；Kh為時變化系數(shù)，依據(jù)規(guī)范，取3.5；Wmax為最高日供水量，按照設(shè)計用水人口，確定井1 為126.37 m3/d，井2 為13.08 m3/d。

經(jīng)計算：Q設(shè)1=18.43 m3/h=5.12 L/s，Q設(shè)2=1.91 m3/h=0.53 L/s。

管路各管段配水流量：

設(shè)計人均用水量=Q設(shè)/設(shè)計用水人口

每條管路配水流量=設(shè)計人均用水量×本段用水人口

節(jié)點流量=交匯于該節(jié)點各管段沿線流量總合

表1 節(jié)點流量計算表(以井2 為例）

續(xù)表1

3.2 管段設(shè)計流量計算，管徑選擇及水頭損失計算

（1）管段設(shè)計流量=本管段下游端點節(jié)點流量+轉(zhuǎn)輸流量，由管路下游向上游推求各管段設(shè)計流量。

（2）管徑選擇：

式中：D 為管道計算內(nèi)經(jīng)，mm；Q 為管段設(shè)計流量，m3/h；v 為管道經(jīng)濟流速，m/s。

計算結(jié)果見表2。

（3）沿程水頭損失按《村鎮(zhèn)供水工程設(shè)計規(guī)范》（SL 687-2014）式7.2.7-1 和式7.2.7-2 計算：

式中：h1為沿程水頭損失，m；L 為計算管段的長度，m；i 為單位管長水頭損失，m/m；C 為海曾威廉系數(shù)，PE 管取145；Q 為管段流量，m3/s；d 為管道內(nèi)徑，m，根據(jù)初選管徑D 查得。

（4）局部水頭損失按其沿程水頭損失的10%計算。

根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50288-99），輸水管道水頭損失計算公式為：

式中：hf為管道沿程水頭損失，m；f 為摩阻系數(shù)；m 為流量指數(shù)；b為管徑指數(shù)；Q 為流量，m3/h；L 為管道長度，m；d 為管道內(nèi)徑，mm。

計算結(jié)果見表2。

表2 各管段水頭損失計算表

3.3 管道壓力計算

依據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程設(shè)計規(guī)范》（SL 687-2014），為保證配水管網(wǎng)中用戶接管點的最小服務(wù)水頭符合規(guī)范要求，逐點計算各節(jié)點自由水頭和節(jié)點水壓，計算結(jié)果見表3。

表3 各節(jié)點壓力計算表（井2 為例）

結(jié)合目前國內(nèi)管材生產(chǎn)和實際使用情況，考慮到給水用聚乙烯管（PE）具有耐腐蝕，不結(jié)水垢、不滋生微生物，無毒潔凈、對水質(zhì)無污染、良好的抗震、抗地基不均勻沉降性能，以及自重小，運輸及安裝方便、管壁光滑耐磨，輸水壓力損失小等特點，本項目除入戶立管選用PP-R 給水管外，其余輸配水管道均采用PE 管。

3.4 水泵的選型

水泵的選型需要綜合考慮水泵機組和泵站的投資和運行費用等綜合性的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，使之符合經(jīng)濟、安全、適用的原則。

（1）設(shè)計揚程

設(shè)計揚程計算公式：

式中：H2為設(shè)計揚程，m；h1為水源井動水位與地面的高差；h2為最不利點水頭損失；h3為自由水頭，10 m；h4為凈水設(shè)備水頭要求，0m；h5為水泵泵件水頭損失。

經(jīng)計算：井1 揚程為149.9 m，井2 綜合考慮到共同供應(yīng)侯家村部分村民小組及大六家子村部分村民小組，通過計算揚程為192.3 m。

（2）水泵型號

查閱水泵規(guī)格型號和使用說明后，井1 確定選取水泵型號為150QJ20-150/23，該水泵額定流量為20 m3/h，額定揚程150 m，電機功率為 15 kW。 井 2 確定選取水泵型號為175QJ20-208/16，該水泵額定流量為20 m3/h，額定揚程208 m，電機功率為22 kW。

（3）變壓器容量的確定

根據(jù)水泵及配套電機的有關(guān)參數(shù)，按照“小容量、密布點、短半徑”的原則考慮，根據(jù)實際地形盡量放在負荷中心，避開易爆、易燃、污穢嚴重及地墊低洼地帶，每臺變壓器控制1 眼井，計算變壓器有效容量，計算公式如下：

式中：S 為變壓器容量，kVA；P1為電動機額定功率，kW；η 為電動機效率；cosφ 電動機的功率因數(shù)，取0.85；表示同時投入運行的電動機功率之和。

式中：K1為電動機負荷系數(shù)；P3為水泵軸功率，kW；K3為換算系數(shù)，取1.05。

代入相應(yīng)數(shù)據(jù)，計算結(jié)果見表4、表5。

表4 井1 變壓器容量計算表

表5 井2 變壓器容量計算表

根據(jù)上表的計算結(jié)果，結(jié)合項目區(qū)現(xiàn)有農(nóng)電變壓器容量、變壓器安全運行相關(guān)規(guī)范（有效容量不超過總?cè)萘?5%），選擇變壓器型號為S13-M-30/10-0.4 兩臺。

4 結(jié)語

毛家店鎮(zhèn)2019 地債資金農(nóng)村飲水安全脫貧攻堅項目管網(wǎng)工程投資2085450.39 元，共計鋪設(shè)輸水管線42641 m，截止2020 年11 月30 日已經(jīng)完成。此次管網(wǎng)工程的難點就在于涉及的村子有十多個，居住比較分散，輸供水管線較長，投資巨大，如何根據(jù)實際情況選擇合適的輸配水管網(wǎng)就顯得尤為重要。在農(nóng)村供水中，由于人口分散，不能用比流量來計算，容易造成資源浪費，為了保證用戶用水均勻合理、安全、經(jīng)濟，適宜根據(jù)人口數(shù)量計算設(shè)計用水量最為該管段的設(shè)計流量。