長(zhǎng)?？h小長(zhǎng)山島鎮(zhèn)供水工程設(shè)計(jì)研究

于飛伏世紅

(1.大連市水利建筑設(shè)計(jì)院有限公司,遼寧 大連 116000；2.大連市水務(wù)集團(tuán)工程建設(shè)有限公司,遼寧 大連 116000)

1 概況

小長(zhǎng)山島地勢(shì)主要以丘陵為主，呈東西狹長(zhǎng)排列，中部較寬略為平坦，有顯著的區(qū)域性地形高差。地處黃海北部海面，降水多集中于夏季，具有典型北方海島特征。

長(zhǎng)?？h小長(zhǎng)山島鎮(zhèn)供水工程，在已實(shí)施的2012年長(zhǎng)?？h農(nóng)村飲水安全工程的基礎(chǔ)上，利用已建成跨海輸水干管[1]，新建配水支管及入戶工程。

本設(shè)計(jì)方案針對(duì)小長(zhǎng)山島鎮(zhèn)地形特點(diǎn)、用水需求等因素，采用泵站、高位水池及給水管網(wǎng)等構(gòu)筑物進(jìn)行分隔，實(shí)現(xiàn)海島分區(qū)供水。

近幾年來，由于小長(zhǎng)山島鎮(zhèn)發(fā)展迅速，使供水管網(wǎng)覆蓋小長(zhǎng)山島規(guī)劃區(qū)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)小長(zhǎng)山島各村屯居民和各規(guī)劃發(fā)展區(qū)域自來水管網(wǎng)全覆蓋，是十分必要的。

2 項(xiàng)目可行性分析

2.1 水源可行性

項(xiàng)目水源為已建跨海引水水源，水量充足，水源可以滿足項(xiàng)目區(qū)的需水要求。水質(zhì)合格，滿足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)要求，可以作為飲水水源[1]。

2.2 輸水線路可行性

本項(xiàng)目輸水線路布置遵循的原則為以下幾點(diǎn)。輸水線路布置要求線路最短，交叉工程最少，起伏差小，施工方便快捷，土石方工程量少；盡量避免穿越重要公路、村屯、河谷、溝壑、陡坡及其它建筑物；減少拆遷，少占良田、果園，少毀植被，保護(hù)環(huán)境；盡量避開不良地質(zhì)構(gòu)造(地質(zhì)斷層、滑坡等)處，盡量沿現(xiàn)有或規(guī)劃道路鋪設(shè)；綜合考慮管線施工條件、運(yùn)行條件、管理?xiàng)l件、機(jī)電設(shè)備容量等方面的綜合因素，節(jié)省能源。

本項(xiàng)目最終確定的輸水線路，基本沿村鎮(zhèn)道路和田間路，只有控制閥室等占用少量農(nóng)田。

2.3 建設(shè)條件可行性

工程的主要建設(shè)條件在社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件、水文氣象條件、地質(zhì)地形條件、對(duì)內(nèi)對(duì)外交通條件、占地拆遷、政策支持等方面，都是適宜的。

3 項(xiàng)目規(guī)模確定

3.1 用水人口確定

用水人口P，設(shè)計(jì)年限內(nèi)的用水人數(shù)，公式如下：

P=P0(1+γ)n+P1

(1)

式中，P為設(shè)計(jì)年限內(nèi)的用水人數(shù)；P0為設(shè)計(jì)時(shí)供水范圍內(nèi)的現(xiàn)狀常住人口數(shù)；γ為設(shè)計(jì)年限內(nèi)人口的自然增長(zhǎng)率，取2‰；n為工程設(shè)計(jì)年限，取20a；P1為設(shè)計(jì)年限內(nèi)人口的機(jī)械增長(zhǎng)總數(shù)，取0人。

計(jì)算設(shè)計(jì)用水人口為：

P=P0(1+γ)n+P1=9178人

3.2 用水量標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》SL687-2014，有洗滌池，衛(wèi)生設(shè)施較齊全的村鎮(zhèn)最高日居民生活用水定額70～110L/(人·d)，確定本工程最高日居民生活用水定額100L/(人·d)。

3.3 最高日用水量

Q1=p×q

(2)

式中，Q1為最高日居民生活用水量，m3·d-1；q為最高日用水量標(biāo)準(zhǔn)，100L/(人·d)；p為設(shè)計(jì)年限內(nèi)用水總?cè)丝冢?178人。

計(jì)算最高日居民生活用水量為：

Q1=100×9178/1000=917.8m3·d-1。

3.4 未預(yù)見用水量

依據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，管網(wǎng)漏失水量和未預(yù)見水量之和，宜按居民最高日用水量的10%～25%取值，本項(xiàng)目取10%。

Q2=917.8×10%=91.8m3·d-1。

3.5 總用水量

Q=Q1+Q2=1009.6m3·d-1。

依據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，日變化系數(shù)應(yīng)根據(jù)供水規(guī)模、用水量組成、生活水平、氣候條件，結(jié)合當(dāng)?shù)叵嗨乒┧こ痰哪陜?nèi)供水量變化情況綜合分析確定，可在1.3～1.6范圍內(nèi)取值，本項(xiàng)目取1.3。該項(xiàng)目最高日用水總量為1009.6m3·d-1，平均日用水總量為776.6m3·d-1。

3.6 最高日最高時(shí)用水量

Qmax=Q×Kh/24

(3)

式中，Kh為時(shí)變化系數(shù)，依據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，全日制供水工程規(guī)模在1000～5000m3·d-1范圍內(nèi)，時(shí)變化系數(shù)Kh應(yīng)在1.8～2.2范圍內(nèi)取值，本項(xiàng)目取2.2。

計(jì)算最高日最高時(shí)用水量：

Qmax=92.54m3·h-1。

4 工程設(shè)計(jì)

4.1 工程總布置

根據(jù)小長(zhǎng)山鎮(zhèn)政府統(tǒng)一規(guī)劃，本項(xiàng)目共分中心區(qū)、西區(qū)和東區(qū)3個(gè)區(qū)域。

中心區(qū)域分8個(gè)小區(qū)域，共設(shè)計(jì)總?cè)丝?443人，從現(xiàn)有配水干管接入支管，然后至各個(gè)村屯入戶。

西區(qū)設(shè)計(jì)總?cè)丝?165人，從總水源高位水池[2]引水，設(shè)1條配水干管。

東區(qū)分2個(gè)小區(qū)域，設(shè)計(jì)總?cè)丝?570人，從現(xiàn)有配水干管和中心區(qū)新建管線接入支管，然后至各個(gè)村屯入戶。

4.2 管材比較

輸水管管材的選擇對(duì)提高供水保證率是至關(guān)重要的，在保證供水安全、可靠的前提下，選擇基建投資省，管道施工及維護(hù)管理方便的管道材料也是不可忽視，目前經(jīng)常使用的輸水管道管材有球墨鑄鐵管、玻璃鋼管、鋼管、PE管(高密度聚乙烯管)。本工程輸、配水管線管徑相對(duì)較小，PE管具有重量輕、耐腐蝕、耐壓強(qiáng)度好；可撓性好，施工方便，安裝維修費(fèi)用低；粗糙系數(shù)小，水流條件好，節(jié)約電能等優(yōu)點(diǎn)。而且PE管廣泛應(yīng)用于小口徑給水管路中，因此綜合考慮，本項(xiàng)目推薦采用PE100級(jí)管材。

4.3 管徑確定

管徑按以下公式計(jì)算：

(4)

式中，Q為管段流量，m3·s-1；D為管道內(nèi)徑，m；ve為管道經(jīng)濟(jì)流速，m·s-1，根據(jù)規(guī)范要求管道經(jīng)濟(jì)流速控制在2.0m·s-1以下，具體各管線的流速應(yīng)根據(jù)所供區(qū)域的流量和管徑確定。

4.4 管道水力計(jì)算

4.4.1 計(jì)算方法

系統(tǒng)各級(jí)管道布置好后，從最末一級(jí)管開始，逐級(jí)推算各級(jí)管道的水頭損失。

計(jì)算沿程損失的公式采用《村鎮(zhèn)供水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，輸配水管道沿程損失計(jì)算公式：

hf=i·l

(5)

i=10.67C-1.852Q1.852d-4.87

(6)

式中，hf為沿程水頭損失，m；l為管段長(zhǎng)度，m；i為單位管長(zhǎng)水頭損失，m·m-1；Q為管段流量，m3·s-1；d為管道內(nèi)徑，m；C為海曾威廉系數(shù)。

本次設(shè)計(jì)局部水頭損失以整個(gè)系統(tǒng)中的管道沿程損失的10%計(jì)取。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)水頭按下式計(jì)算：

H=Zd-Zs+hs+Σhf+Σhj

(7)

式中，H為系統(tǒng)設(shè)計(jì)水頭，m；Zd為受水水位高程，m；Zs為高位水池出水管管底高程，m；hs為預(yù)留水頭，m；Σhf為由水泵吸水管至最末級(jí)管道的沿程水頭損失，m；Σhj為由水泵吸水管至最末級(jí)管道的局部水頭損失，m。

4.4.2 計(jì)算結(jié)果

4.4.2.1 西區(qū)最不利供水點(diǎn)水力計(jì)算

高位水池出水管管底高程為61.4m，西區(qū)最不利點(diǎn)選擇在管線距離最遠(yuǎn)處，位于桃房村最北端附近，控制點(diǎn)高程為3.5m，距離高位水池4.12km，管徑從dn280～dn25，其中管徑dn280長(zhǎng)度為2.15km，dn110管線長(zhǎng)度為0.354km，dn90管線長(zhǎng)度為0.33km，dn75管線長(zhǎng)度為0.515km，dn50管線長(zhǎng)度為0.626m，管網(wǎng)總損失為5.49m，剩余水頭為52.41m，單層建筑物，預(yù)留水頭10m，滿足規(guī)范要求。

4.4.2.2 東區(qū)最不利供水點(diǎn)水力計(jì)算

高位水池出水管管底高程為61.4m，東區(qū)最不利點(diǎn)選擇西部1#加壓泵站處，控制點(diǎn)高程為22.3m，距離高位水池5.669km，管徑從dn355～dn25，其中管徑dn355長(zhǎng)度為2.086km，dn225管線長(zhǎng)度為2.281km，dn140管線長(zhǎng)度為0.247km，dn110管線長(zhǎng)度為1.055km，管網(wǎng)總損失為21.39m，剩余水頭為17.71m，滿足要求。

4.5 給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)

本次工程配水管線均采用PE100管材，管徑為dn280～dn25，工作壓力0.8～1.0MPa，管線接口方式采用熱熔對(duì)接，具體見表1。

表1 管網(wǎng)管徑長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)表

4.6 泵站設(shè)計(jì)

4.6.1 泵型選擇

4.6.1.1 水泵流量選擇

本項(xiàng)目2座泵站對(duì)應(yīng)水泵流量均為對(duì)應(yīng)二次加壓區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)最高日供水量，1#泵站設(shè)計(jì)流量10.10m3·h-1，2#泵站9.45m3·h-1。

4.6.1.2 水泵揚(yáng)程確定

Hp=H0+hs+Σhf+Σhj+hc

(8)

式中，Hp為水泵設(shè)計(jì)總揚(yáng)程，m；H0為水泵吸水管至高位水池最高水位的幾何高差，m；hs為水泵泵件總水頭損失，m；Σhf為泵站至高位水池管線沿程總水頭損失，m；Σhj為泵站至高位水池管線局部總水頭損失，按沿程總水頭損失的10%取值，m；hc為其它局部損失，m。計(jì)算結(jié)果見表2、表3。

表2 1#加壓泵站水力計(jì)算表

表3 2#加壓泵站水力計(jì)算表

4.6.2 泵站內(nèi)部設(shè)計(jì)

由于本工程?hào)|區(qū)部分用戶所在位置較高，水源處的高位水池尚不能完全滿足這些區(qū)域的供水，因此需要進(jìn)行二次加壓，故分別在東區(qū)東部和西部分別建設(shè)一座加壓泵站。2座二次加壓泵站均由加壓泵站廠區(qū)、廠房和加壓泵站組成。

二級(jí)泵站廠房尺寸均為13.2m×13.2m，建筑面積187.7m2，1#、2#加壓泵站室內(nèi)地面高程分別為22.3m和44.5m，廠房?jī)?nèi)設(shè)二級(jí)疊壓給水設(shè)備、自動(dòng)化控制柜、值班室、鍋爐房等。廠房?jī)?nèi)設(shè)排水溝和集水坑，通過1.5kW小型排污泵排除廠房積水。為方便檢修及安裝，廠房房梁安裝CD1型電動(dòng)葫蘆，起重量1t，起升高度9m。廠房?jī)?nèi)設(shè)配套供暖設(shè)備及配電設(shè)備。

二級(jí)泵站內(nèi)工程內(nèi)容為二級(jí)疊壓給水設(shè)備。二次疊壓給水設(shè)備包括二級(jí)疊壓給水水箱、二級(jí)疊壓加壓泵站及其配套設(shè)備。

一級(jí)加壓泵站主管道同時(shí)接入二級(jí)疊壓給水水箱和二級(jí)疊壓加壓泵站，經(jīng)疊壓后以恒定壓力接入配水管網(wǎng)。

疊壓給水設(shè)備可實(shí)現(xiàn)疊壓供水的功能，即可按設(shè)定壓力利用管網(wǎng)原有壓力疊加增壓，差多少補(bǔ)多少，以保證出水管路壓力恒定，能夠達(dá)到節(jié)能穩(wěn)壓的效果。該設(shè)備還有小流量保壓功能、保護(hù)功能及遠(yuǎn)程監(jiān)控監(jiān)測(cè)等優(yōu)勢(shì)功能。

二級(jí)疊壓給水水箱有效容積按照最高日平均時(shí)2h的供水流量確定，本工程最高日平均時(shí)流量為6.72m3·h-1，因此本工程水箱有效容積為8m3。

二級(jí)疊壓加壓泵站從水箱及管網(wǎng)取水。設(shè)2臺(tái)臥式離心泵，1用1備。離心泵選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)水力計(jì)算結(jié)果，查水泵的性能曲線，盡可能讓水泵在高效區(qū)內(nèi)運(yùn)行。在出水管路上加設(shè)750L穩(wěn)壓罐，便于夜間在停泵情況下小流量供水。

5 結(jié)語

本設(shè)計(jì)方案針對(duì)小長(zhǎng)山島地形特點(diǎn)及用水需求等因素，采用分區(qū)給水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了東、西、中3區(qū)相對(duì)獨(dú)立供水，既有利于輸配水管網(wǎng)的安全運(yùn)行，又有節(jié)能作用。小長(zhǎng)山島鎮(zhèn)供水工程的實(shí)施，將全面解決小長(zhǎng)山島鎮(zhèn)居民飲水問題，改善當(dāng)?shù)氐耐顿Y環(huán)境，加快基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，從而帶動(dòng)和加速地方社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。