柳林縣石西鄉(xiāng)呼家垣供水工程設計簡述

楊俊斌

（柳林縣水利局，山西 柳林033300）

1 工程概況

本工程供水范圍包括呼家垣、胡家塔、小垣則、大嶺、井峁5個自然村，共有人口2 350人，大畜22頭，豬65頭，2002年人均糧食產(chǎn)量172 kg，人均純收入2 800元。工程包括15 m淺井1眼，管理房4間、100 m3水塔1個、50 m3水塔4個、檢查井70個，安裝上水管路1 580 m，輸水管路11 010 m，80 kVA變壓器1臺，水泵1臺、高壓線路0.6 km，低壓線路0.15 km。

供水區(qū)屬典型的黃土丘陵溝壑區(qū)，為暖溫帶大陸性季風氣候，四季分明，春季炎熱少雨，秋季降雨集中，冬季寒冷少雪，年平均降雨量僅485 mm，多年平均氣溫為8℃，年平均蒸發(fā)量為1 360 mm，最大凍土層厚度1.0 m，無霜期為200 d左右。降雨少而不均，多年平均降雨僅485 mm左右，且多集中于7~9三個月。

2 工程設計

2.1 總體設計

2.1.1 工程規(guī)模

柳林縣呼家垣供水是以透河淺井作為水源，聯(lián)片解決5個自然村的一項農(nóng)村供水工程，工程的總體設計方案為：水源工程采用黃河岸邊打透河淺井（地面標高636.0 m）一眼，在井旁建管理站，采用一級提水，分別提至大嶺水塔（地面標高845.0 m）和呼家垣高位水塔（地面標高884.0 m）。輸水分兩條支線供水，第一支線從大嶺蓄水池向大嶺村輸水，第二支線從呼家垣高位蓄水池，輸至呼家垣、胡家塔、小垣則、井峁各村水塔。

2.1.2 水源設計

水源工程設計，打淺井1眼，井深為15 m，內(nèi)徑為1.5 m，單井水量大于22 m3/h，其結(jié)構(gòu)為砂礫層，河卵石開挖，采用C 25混凝土預制井圈套井。

2.1.3 輸水線路

第一支線，大嶺水塔供大嶺村；第二支線，呼家垣高位蓄水池輸水供呼家垣村，從呼家垣高位蓄水池輸水至井峁水塔（地面高程856.0 m），供井峁村，從呼家垣水塔輸水至小垣則水塔（地面高程865.0 m），供小垣則村，從小垣則水塔輸水至胡家塔水塔（地面高程827.0 m），供胡家塔村。

2.1.4 用水量

根據(jù)《山西省農(nóng)村供水設計要點》及國家農(nóng)村生活飲用水標準，結(jié)合本地實際情況，選用標準：日變化系數(shù)取1.6，居民最高日用水量為48 L，大畜64 L/頭/d，豬40 L/頭/d，羊16 L/只/d。經(jīng)計算，民用最高日用水量為164.7 t/d。

2.2 揚水系統(tǒng)設計

根據(jù)總體布置方案，揚水系統(tǒng)采用一級提水至呼家垣高位蓄水池，設計需水量為164.7 t/d，上水管長1 580 m，凈揚程248 m。

2.2.1 管徑選擇

提水按日揚水時間為10 h計算，采用QJ型潛水泵，取給水量為20 m3/h。

上水管道經(jīng)濟管徑選擇下列公式：

式中：D——管道直徑，m；

Q——管內(nèi)流量，取0.005 6 m3/s；

V——經(jīng)濟流速，根據(jù)流量選取1.42 m/s。

經(jīng)計算，管道直徑為0.071 m，揚水壓力管選取內(nèi)徑為75 mm鋼管。

2.2.2 水泵選型

設計凈揚程H凈為248 m，管距1 580 m，設計流量為20 t/h，管徑選擇75 mm，總揚程計算如下。

（1）總揚程計算公式：

（2）管道水頭損失h損計算公式：

（3）管道沿程損失揚程h沿計算公式：

式中：n——管道糙率系數(shù)，鋼管選取n為0.012；

L——管道長度，1 580 m；

Q——管內(nèi)流量，20/3 600 m3/s；D——管道內(nèi)徑0.075 m。

經(jīng)計算，管道沿程損失揚程h沿為72.7m，管道水頭損失h損為80 m，總揚程h總為328 m。

泵型選擇：根據(jù)流量、總揚程參數(shù)，選擇水泵型號為200QJ20-350/23型潛水泵，額定值為：抽排水量Q為20 m3/h，揚程H為350 m，裝機容量P為44 kW。

2.3 輸水管道設計

根據(jù)受益范圍地形地貌特點和村莊分布情況，輸水管道布設采用兩支進行輸水，一支線由大嶺水池直接供大嶺，二支線由呼家垣水池輸水供呼家垣、井峁、小垣則、胡家塔，為了便于管理和計量收費，在輸向各村供水的總管路上各設一個水表、一個閘閥及進排氣閥，在各自來水進戶支管上設水表一塊，進行計量與控制，輸水管線只計算呼家垣水池到小垣則、井峁水池和小垣則池到胡家塔水池的主輸水管徑。

輸水管徑計算公式如下：

式中：L——管到長度，m；

Q——流量，m3/h；

H差——水池地形高差，m；

C——系數(shù)取150。

（1）二支線呼家垣水塔（最低水位884.0 m）輸水至小垣則水塔（地面高程865.0 m），實測管距720 m，用水量為77.1 t/d，管道流量Q為3.21 m3/h。計算管徑為35.3 mm，選用外徑為50 mm塑料管。

（2）小垣則水塔（最低水位865.0 m）輸水至胡家塔水塔（地面高程827.0 m），實測管距400 m，用水量為38.5 m3/d，管道流量為1.6 m3/h。計算得管徑為20.8 mm，選用外徑為40 mm塑料管。

（3）從呼家垣水塔（最低水位884.0 m）輸水到井峁水塔（地面高程856.0 m），實測管距540 m，用水量7.7 m3/d，管道流量為0.32 m3/h。計算得管徑為12.8 mm，選用外徑為32 mm塑料管。

2.4 供水管網(wǎng)水力計算

各村供水塔至供水點總輸水管，全部采用PE塑料管，水力計算根據(jù)各村需水量采用哈威公式計算。

各段水頭損失公式：

式中：L——管道長度，m；

Q——設計流量，m3/s；C——取150；

D——管道內(nèi)徑，m。

計算結(jié)果見表1。

表1管網(wǎng)水力計算統(tǒng)計表

2.5 主調(diào)節(jié)池設計

主調(diào)節(jié)池設在呼家垣山頂，地面高程為884.0 m，揚水泵最大運行時間為10 h，配水是按全日制供水設計的，日用水量為126.1 m3，尚有14 h的供水量需配水管網(wǎng)調(diào)節(jié)供給，用水最高日的時平均配水量為5.25 t。最高日配水量公式：

式中：k——擴大系數(shù)，取1.25；

Qhh————調(diào)最節(jié)高時日間的，時1

4

平

h

均。配

水量，5.25 m3/h；

經(jīng)計算，最高日配水量為91.8 m3。由于主調(diào)節(jié)池下游各村都設有配水減壓池，根據(jù)配水情況，主調(diào)節(jié)池設計為100 m3即可滿足供水需求。

2.6 電力設計

呼家垣供水高壓配電，從大嶺村高壓線路接出，實測高壓線路長為600 m，導線采用截面35 mm2鋁線；低壓線路長為150 m，導線采用截面25 mm2鋁線。配電變壓器容量S變計算公式：

式中：P——各水泵總裝機容量。

Σ——變壓器效率區(qū)間值0.65～0.75，取最大值0.75。

經(jīng)計算，變壓器容量為58 kW。所以，選定一臺容量為80 kVA的配電變壓器。配電變壓器設置于管理站院內(nèi)，并安裝配套控制柜1個，低壓配電線采用三相線制，額定電壓為380 V，為架空配制，即選用截面為BLX-35 mm2，零線為25 mm2。

3 經(jīng)濟效益分析

3.1 工程效益分析

根據(jù)《水利建設項目經(jīng)濟評價規(guī)范》（SL72-2013）要求，本工程的效益主要體現(xiàn)在節(jié)省勞動力，發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)，減少農(nóng)民醫(yī)藥征費支出和節(jié)約水費投入等方面。

3.1.1 節(jié)省勞動力帶來的效益

目前，當?shù)厝罕娚铒嬎掷щy，需要投入大量的勞力，該工程興建后，可大大節(jié)省用于拉水方面的勞動力，項目區(qū)共有勞力880人，每年1/3的勞力，有100 d的時間用于拉水，每人每天按1.82元凈產(chǎn)值計算，可產(chǎn)生的年效益為5.34萬元。

3.1.2 發(fā)展養(yǎng)殖帶來的效益

該工程受益戶共有587戶，每戶按發(fā)展大畜養(yǎng)殖年收入100元計算，則年效益為5.87萬元。

3.1.3 減少農(nóng)民醫(yī)藥費產(chǎn)生的效益

由于長期缺水和飲用水質(zhì)較差，該地區(qū)地方性疾病比較常見。工程運行后，水質(zhì)得到改善，人民群眾的身心健康得以保證，按每人每年平均節(jié)省5元醫(yī)療費計算，則該項年效益為1.18萬元。

3.1.4 節(jié)約水費投入計算

水費投入=年供水量×365 d×0.95（供水有效系數(shù)）×售水單價（4.5元/m3）。計算得年節(jié)約水費投入25.7萬元。

3.2 工程費用核算

根據(jù)以上計算，折舊費取總投資的3%，共2.63萬元；工資福利按3人管理，每人每年2 400元，共0.72萬元，動力費7.95萬元；檢修維修費按提水設備費的1%計算，共0.39萬元。經(jīng)計算，總成本費用為11.69萬元。供水單價為2.9元/m3，售水單價為4.5元/m3。

3.3 經(jīng)濟分析

根據(jù)《水利建設項目經(jīng)濟評價》（SL72-2013）規(guī)范，工程使用期取30年，基準年選為建設年年初，社會折現(xiàn)率取12%，據(jù)前面計算可知：工程建設期年效益為零，工程投資年費用為87.8萬元；工程投入使用后，年效益為38.09萬元，年費用為11.69萬元，去除所得稅4.75萬元，年利潤為21.65萬元。

經(jīng)計算，經(jīng)濟內(nèi)部收益率為30%。

（2）經(jīng)濟凈現(xiàn)值ENPV

式中：t——使用年限內(nèi)的第幾年；

B——第t年的年效益；

C——第t年的年費用；

is——社會折射率，取12%；

n——工程使用年限，20年。

經(jīng)計算，ENPV為97.67萬元。

（3）經(jīng)濟效益費用比EBCR

式中：Bt——第t年的效益，萬元；

Ct——第t年的費用，萬元；

is——社會折射率，12%；

n——工程設計使用年限，20年。

經(jīng)計算，EBCR為1.62。

以上三項指標計算結(jié)果表明該項目在經(jīng)濟上是合理的。

3.4 財務分析

3.4.1 財務內(nèi)部收益率

計算得，財務內(nèi)部收益率為27.9%。

3.4.2 投資收回期

計算得，投資收回期為3.6年。

3.4.3 財務凈現(xiàn)值

式中：（C1-C0）t——第t年的凈現(xiàn)金流量（初始年為-87.8萬元，其他運行年份為26.4萬元）；

is——社會折射率，取12%；

Pn——工程使用年限，20年。

經(jīng)計算，財務凈現(xiàn)值為9.87萬元

以上三項指標計算結(jié)果表明該項目在財務上是可行的。

3.5 綜合評價

本工程財務評價指標為：財務內(nèi)部收益率27.9%，投資回收期3.6年，財務凈現(xiàn)值14.63萬元。各項指標符合要求，表明該工程在財務上是合理可行的。國民經(jīng)濟評價指標，經(jīng)濟內(nèi)部收益率30%，經(jīng)濟效益費用比1.65，經(jīng)濟凈現(xiàn)值110.97萬元。各項指標符合要求，表明該項目在經(jīng)濟上是合理可行的。

4 結(jié)語

本工程的興建，使受益村莊的群眾生活、生產(chǎn)用水得以徹底解決，同時解放了勞動力，改善了村民的生活居住環(huán)境，將大大推動該區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展，社會效益和經(jīng)濟效益顯著。