丹鳳縣武關鎮(zhèn)供水工程輸配水管材選擇

劉濤莉，白浩成，宋玫霖

（丹鳳縣水利局，陜西 丹鳳 726200）

0 引言

武關鎮(zhèn)地處丹鳳縣城東南部35 km，距商洛市區(qū)82 km，距西安市221 km。東與商南縣試馬鎮(zhèn)、金絲峽鎮(zhèn)接壤，西與鐵峪鋪鎮(zhèn)、花瓶子鎮(zhèn)為鄰，北接巒莊鎮(zhèn)，轄14 個行政村，102 個村民小組，5660 戶，總?cè)丝?21383 人，總面積 286.9 km2，耕地面積24333 畝，森林覆蓋率65%。目前武關鎮(zhèn)實際供水量僅為90 m3/d，干旱期不足50 m3/d，當?shù)厝罕娚?、生產(chǎn)用水主要取自河道溪水和臨時搭建的供水點，飲水水質(zhì)、水量難以有效保障，嚴重影響了當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展和群眾的正常生活生產(chǎn)需要。本項目主要用于解決武關鎮(zhèn)武關村和南坪村以及武關古鎮(zhèn)規(guī)劃人口的用水問題。

1 概況

丹鳳縣武關鎮(zhèn)供水工程位于丹鳳縣武關鎮(zhèn)境內(nèi)，地處陜西省東南部，秦嶺東段南麓。供水規(guī)模為Ⅲ型，供水對象為武關鎮(zhèn)全鎮(zhèn)人口，人口預計到設計水平年2025 年人口約為10460 人，重要性分類為一般，對應的工程等別確定為Ⅴ等小（二）型工程；永久性建筑物按其工程等別劃分為主要建筑物5 級，次要建筑物為5 級；臨時建筑物按5 級設計；建筑物洪水標準為：設計洪水標準取10 年一遇設計，校核洪水標準取30 年一遇標準。

工程輸水管線總長655 m，其中大口井至高位蓄水池上行壓力提水管線長405 m，蓄水池至水廠下行重力自流輸水管線250 m。設計流量32 m3/h，泵站設計揚程值71.5 m。工程配水管網(wǎng)由干管、分干管、支管三級管道組成，其中配水干管、分干管、支管總長分別2562 m、6061 m、53900 m。

2 需水量計算及供水規(guī)模

根據(jù)武關鎮(zhèn)供水范圍、村鎮(zhèn)人口發(fā)展狀況、居民和牲畜用水指標、管網(wǎng)漏失水量和未預見用水量、水廠自用水量，設計水平年受水區(qū)需水量見表1。

表1 設計水平年常規(guī)需水量預測成果表

設計水平年2025 年受水區(qū)常規(guī)任務時最高日取水量為1397 m3/d，年供水量為36 萬m3。同時，根據(jù)《陜西省村鎮(zhèn)供水設計要點》第4.3 條規(guī)定，“村鎮(zhèn)供水工程供水規(guī)模原則上在百位或十位四舍五入取整數(shù)”，故確定本工程供水規(guī)模為1400 m3/d。

3 管材及性能介紹

目前常用管材有：鋼管（SP）、球墨鑄鐵管（DIP）、PE 管、PVC-U 管等。球墨鑄鐵管具有耐久性強、承擔壓力高、安裝方便等優(yōu)點，同時具備鋼管優(yōu)點，避免了鋼管易腐蝕的缺點，價格便宜，但脆性大。PVC-U 管、PE 管具有內(nèi)壁光滑、耐腐蝕、重量輕、運輸安裝方便等優(yōu)點，但對管床基礎和管周回填土要求較高；鋼管具有耐壓高、易連接等優(yōu)點，但鋼管費用高，需要作內(nèi)外防腐，以免被腐蝕。

①從管道的承壓能力來看，鋼管、球墨鑄鐵管的承壓能力最好，PVC-U 管和PE 管承壓能力次之。

②從經(jīng)濟角度講，DN300 以下管徑，鋼管價格最高、球墨鑄鐵管和PE 管相當，壓力較大時PVC-U 管價格相對較高。

③從管道接口看，鋼管采用焊接，球墨鑄鐵管為承插口連接、橡膠圈密封，PVC-U 管可承插式柔性接口、也可插入式溶劑粘結(jié)接頭或法蘭接頭等剛性接頭。PE 管應采用熱熔連接、電熔連接和機械連接。

④從管道重量及施工方面看，球墨鑄鐵管最重，鋼管重量居中，施工不便。PVC-U 管、PE 管最輕，施工方便。

⑤從耐腐蝕角度出發(fā)，鋼管耐腐蝕最差，球墨鑄鐵管次之；PVC-U 管、PE 管耐腐蝕性能良好。

⑥從安全性及市場信譽度來說，鋼管承壓最高，適應性最廣；PVC-U 管、PE 管耐壓最低，市場信譽度差；球墨鑄鐵管安全性及市場信譽度良好。

⑦從管材壽命看，鋼管壽命稍短，其余管材壽命在50 年以上。

不同管材性能見表2。

表2 不同管材性能比較表

經(jīng)綜合比較，PVC-U 管、PE 管耐腐蝕、重量輕、施工方便，但對施工安裝要求嚴格，耐壓低球墨鑄鐵管價格較低，連接方式為承插式，施工方便，耐壓高，尤其是中小管徑耐壓更高；鋼管具有耐高壓、韌性好的特點，適宜用于管道變化多、連接復雜的部位，可用于穿越鐵路、河谷及地震區(qū)等其他管材不易解決的工程情況，但價格相對較高。

由于本工程輸水管線屬于高揚程提水，要求管材承受極高內(nèi)水壓力，另外從供水工程的重要性、施工、運行管理、投資等方面綜合分析比較，本段推薦采用鋼管。

本工程配水管線水壓較低，本次設計輸水管線總體走向平順，地勢起伏不大，推薦管線采用PE 管。

4 輸配水管線水力計算

根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程設計規(guī)范》（SL687—2014）第7.2.7 章節(jié)規(guī)定公式進行水力計算：

式中：hi為單位管長水頭損失，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)；Q 為管段流量，m3/s；d 為管道內(nèi)徑，m。

局部水頭損失按沿程水頭損失的10%計算。

輸水管道水力計算見表3。

表3 輸水管線水力計算表

從表3 可以看出，方案1 管徑較方案2 和方案3 小，但配套水泵揚程過大，單公里水損達到63.9 m，極不經(jīng)濟，水泵運行電費高。方案2 和方案3 管徑不同，但從水泵樣冊上看，兩種管徑配套的水泵電機均為15 kW，方案3 管徑大，管道土建投資高，且流速0.53 m/s，過小。方案2 則管徑適中，投資適中，配套水泵揚程合適，因此從工程投資及后期長遠運行考慮，方案2管徑為DN150 為最優(yōu)方案。

配水管網(wǎng)主、支、分管流量按照各主、支、分管擔負的用水范圍的用水人口，依據(jù)用水量預測的計算方法，先計算分管（入村的引水管）的流量，在依次計算支管和主管的設計流量。經(jīng)統(tǒng)計計算本工程各配水管道控制人口及設計流量見表4。

根據(jù)《村鎮(zhèn)供水設計要點》，配水管網(wǎng)按最高日最高時用水量作為管道的設計流量。選取時變化系數(shù)K時＝2.2，日變化系數(shù) k日＝1.4。

設計流量=供水規(guī)?！習r變化系數(shù)/24；人均配水當量=設計人口；節(jié)點出流量=人均配水當量×節(jié)點設計人口+大用戶用水量；D=(4Q/πv)0.5。

沿程水頭損失按海登- 威廉公式計算，管道水頭損失=沿程損失+局部水頭損失。

表4 各配水管道控制人口及設計流量統(tǒng)計表

根據(jù)水力計算結(jié)果，各段直徑、設計壓力結(jié)果見表5 及表6。

表5 配水管徑計算結(jié)果表

表6 配水管壓計算結(jié)果表

（1）管徑確定

管徑選擇與經(jīng)濟流速、水頭損失、水錘壓力等有關。在管道流量確定的條件下，管道的流速大小決定著管徑的大小，關于流速的大小，應從技術和經(jīng)濟兩方面因素考慮，從技術角度說，為防止輸水管道因水錘而出現(xiàn)管道爆管事故，管道最大設計流速不應超過2.5 m/s～3.0 m/s。由于本工程主要為壓力提水，因此，管徑的選取主要與水廠處富裕水頭和水廠位置高程決定，經(jīng)表3 可知，輸水管道管徑統(tǒng)一采用DN150 鋼管，方可滿足擬建取水口和武關鎮(zhèn)輸水干管的富余水頭要求。

配水管道管徑按最高日最高時用水量計算確定，根據(jù)本工程規(guī)模時變化系數(shù)取2.2，管道設計流速為0.6 m/s～2.0 m/s。經(jīng)過計算，水廠至受水區(qū)的配水管道管徑為：配水干管采用DN250～DN75PE 管；分干管采用 DN200～DN32PE 管。

（2）管壓確定

根據(jù)工程總體布置和輸水配水線路走向，管壓的確定應根據(jù)不同建筑物的銜接，分段計算確定。各管段分段管壓為最大使用壓力（靜水壓力）再加上一定的安全余量，另外，考慮設備采購、施工控制和后期的管理維護等各種因素，管壓等級不宜過多，針對不同管段的管材，管材不同，確定的壓力段應有所區(qū)別。

鑒于本工程為山區(qū)小型供水工程，結(jié)合上述管材分析和管徑計算，本次輸水管道采用DN150 鋼管，管壓1.6 MPa；配水管道采用DN250～DN32PE 管，管壓取值0.8 MPa～1.25 MPa。

5 結(jié)語

本工程從經(jīng)濟和安全的角度出發(fā)，據(jù)地形和管道壓力選擇不同管徑、管壓的組合方案，既可保證工程的正常運行，又可達到經(jīng)濟實用的目的。目前，丹鳳縣武關鎮(zhèn)供水工程已建成投產(chǎn)，管線運行情況良好，為當?shù)卮迕裉峁┝丝煽康乃幢Ｕ?，取得了良好的?jīng)濟效益。