阜蒙縣農(nóng)村飲水輸配水工程設(shè)計(jì)探討

艾 瑜

(鐵嶺市水務(wù)管理有限公司， 遼寧 鐵嶺 112304)

近年來(lái)，阜蒙縣開(kāi)展了農(nóng)村飲水安全工程建設(shè)[1]，積累了很多經(jīng)驗(yàn)，項(xiàng)目區(qū)所在村屯均屬于佛寺水庫(kù)移民安置村屯，現(xiàn)有供水水源多為淺層地下水，水量及水質(zhì)無(wú)法保證。為向移民和當(dāng)?shù)鼐用裉峁┌踩嬘盟l(fā)展農(nóng)村安全飲水精準(zhǔn)扶貧工程，亟需實(shí)施該工程。

項(xiàng)目位于阜蒙縣佛寺鎮(zhèn)，共涉及佛寺鎮(zhèn)3個(gè)村屯，分別為佛寺村衙門屯、團(tuán)山村、牛心村，使2 888人從中受益。所有村莊均采用樹(shù)狀管網(wǎng)分布，新建泵站3座，為泵站購(gòu)置消毒設(shè)備等3套，以確保項(xiàng)目區(qū)居民在大旱之年自家水源井枯時(shí)有水可吃，解決了當(dāng)?shù)卮迕耧嬎щy問(wèn)題，消除了社會(huì)中產(chǎn)生的不安全因素，同時(shí)大大減少因飲水問(wèn)題患病就醫(yī)的問(wèn)題，是未來(lái)農(nóng)村發(fā)展的重中之重。

1 水文地質(zhì)

本片區(qū)范圍出露的地層為侏羅系上統(tǒng)九佛堂組，巖性多為頁(yè)巖、砂巖、泥巖，局部有花崗巖和閃長(zhǎng)巖侵入。該區(qū)域東北部發(fā)育有斷裂。該地區(qū)主要補(bǔ)給條件為降雨入滲，由于該區(qū)域地處阜新市水源區(qū)，人工開(kāi)采和河道排泄為主要排泄方式。單元徑流條件較好。

第四系覆蓋層巖性為新生界全新統(tǒng)砂質(zhì)黏土，厚度一般在1.0～4.0 m，周圍岸坡局部分布有厚約1.0～3.0 m的坡洪積碎石土層沖洪積砂卵礫石與坡積碎石土，多呈中密～密實(shí)狀，表層約0.5 m為松散狀。坡積碎石土主要分布山體坡腳和山坡表層，多呈松散～稍密狀，多富含植物根系，厚度一般1 m左右，最厚可達(dá)2.2 m。砂質(zhì)黏土層及坡積碎石土一般為中等透水。

根據(jù)鉆孔巖芯及區(qū)域地質(zhì)情況判斷，該地區(qū)整體均為侏羅系吐呼嚕組強(qiáng)～微風(fēng)化凝灰質(zhì)砂巖及安山巖，巖芯完整，采用率可以達(dá)到95%以上,巖石質(zhì)量較好，未發(fā)現(xiàn)明顯構(gòu)造帶，局部節(jié)理裂隙輕度發(fā)育，多閉合，節(jié)理面偶見(jiàn)褐色鐵錳質(zhì)浸染。鉆孔揭露25 m以上的全～強(qiáng)風(fēng)化段，巖芯破碎，透水率較大，易形成滲透路徑，分別為41.2 Lu和35.3 Lu，滲透等級(jí)為中等透水性。另外，下部為弱風(fēng)化，基巖性能較好，巖石較完整，局部有軟弱結(jié)構(gòu)面，結(jié)構(gòu)面閉合緊密，透水率最小達(dá)到4.3 Lu，滲透等級(jí)為弱透水性。

2 輸、配水工程設(shè)計(jì)

農(nóng)村飲水工程的管道管網(wǎng)，根據(jù)任務(wù)的不同，一般可分為輸水管道和配水管道兩種。從水源到配水管網(wǎng)的管道，由于沿線一般沒(méi)有安裝用戶自來(lái)水管，管道只起輸水的作用，所以叫輸水管道，把水送至各用水戶的管道，稱為配水管(支管)。由于配水管分布在整個(gè)用水區(qū)域，故連接成管網(wǎng)，稱為配水管網(wǎng)。

綜合考慮供水區(qū)域的范圍、用水需求、地形和地質(zhì)條件、村鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)劃及泵站位置等，并滿足用水安全可靠、用戶有足夠的水量和水壓、降低管網(wǎng)造價(jià)和供水能量費(fèi)用、消防、便于施工和管理等要求，本次工程選擇樹(shù)狀管網(wǎng)。

2.1 管材及管徑選取

2.1.1 管材選擇

1)球墨鑄鐵管

球墨鑄鐵管具有機(jī)械強(qiáng)度和抗振動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，通常用于供水管道、適應(yīng)性強(qiáng)、內(nèi)部和外部的耐蝕性良好，接口采用膠圈，彈性性能較好[2-3]，直徑小于DN1200的球墨鑄鐵管廣泛應(yīng)用于輸水工程中，口徑較大的球墨鑄鐵管價(jià)格較高[4]。

2)UPVC塑料管

硬質(zhì)PVC管具有重量較輕，耐腐蝕性能較強(qiáng)，耐水性能好，接口采用膠圈，細(xì)口徑管材價(jià)格比其他管材低, 它已經(jīng)逐漸應(yīng)用于水配管工程。

3)供水用聚乙烯管(PE)

聚乙烯水管(PE)具有耐腐蝕性能高、不會(huì)滋生任何微生物及不會(huì)造成水質(zhì)污染，抗震性能較好，重量相對(duì)較輕,方便運(yùn)輸和安裝，管壁光滑,水損失較小，但其材料成本比UPVC管材要高[5]。

4)PP-R供水管

PP-R供水管材原料為聚烯烴,沒(méi)有任何化學(xué)作用,健康性能可靠，強(qiáng)度較高,韌性較好,良好的抗沖擊性，產(chǎn)品內(nèi)外壁光滑，抗水流阻力小，具有耐腐蝕性能高、不會(huì)產(chǎn)生結(jié)垢，不會(huì)造成管道和水槽堵塞，采用均勻熱熔連接，安裝方便省時(shí)。

經(jīng)過(guò)綜合比較，最后確定本輸配水工程的入戶管材選用PP-R給水管，其余管材均選用原態(tài)無(wú)添加的黑色藍(lán)道HDPE給水管。管道內(nèi)外表面清潔、無(wú)氣泡、明顯劃痕、管端應(yīng)切平并垂直于管軸線[6]，管材的靜液壓強(qiáng)度見(jiàn)表1。管道的健康和安全應(yīng)符合“飲用水設(shè)備和防護(hù)材料的健康和安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)”。

表1 管材的靜液壓強(qiáng)度

表2 PE100級(jí)聚乙烯管材規(guī)格表

2.1.2 管徑選取

初選管徑根據(jù)公式：

(1)

式中：D為計(jì)算管徑(mm)；Q為管道流量(m3/s)；V為管段流速，流速取值0.6 m/s。

則管道規(guī)格如表2所示。

入戶管選用PPR管，管徑均為20 mm，設(shè)計(jì)壓力為1.25 mpa，管級(jí)為S5。

HDPE給水管選用壓力規(guī)格分別為：180 mm(0.8 MPa)，160mm(0.8 MPa)，140 mm(0.8 MPa)，125 mm(0.8 MPa)，110 mm(0.8 MPa)，90mm(0.8 MPa)，75mm(1.0 MPa)，63 mm(1.25 MPa)，50 mm(1.6 MPa)，40 mm(1.6 MPa)，32 mm(1.6 MPa)，5 mm(1.6 MPa)，20 mm(1.6 MPa)。

阜蒙縣地區(qū)屬于丘陵地區(qū)，部分工程區(qū)高差大，自由水頭相對(duì)較大，瞬間水錘壓力較大，為保證工程的使用年限，故選用了更加穩(wěn)定的管道規(guī)格壓力，同時(shí)，也為阜蒙縣后期城市管網(wǎng)延伸工程規(guī)劃和多鄉(xiāng)鎮(zhèn)集中供水工程規(guī)劃提供了前期保證。

各項(xiàng)目區(qū)管材規(guī)格及長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)表詳見(jiàn)表3。

2.1.3 流量計(jì)算

用水量確定公式為：

Q設(shè)=供水規(guī)?！?xí)r變化系數(shù)/6

(2)

農(nóng)村供水管道、干管、配管的流量接收用戶眾多，每個(gè)用水用戶占總用水用戶的比值，叫做人口比流量。計(jì)算公式為：

qs=Q設(shè)/R總

(3)

式中，R總為用水總?cè)藬?shù)

每根配水管的沿線流量由下式計(jì)算：

Q沿線=qs×R分

(4)

式中：R總為每根配水管用水總?cè)藬?shù)

項(xiàng)目區(qū)共計(jì)鋪設(shè)輸配水管線總長(zhǎng)35.04 km，居民入戶管采用20 mm的PPR給水管(1.25 Mpa)，管線總長(zhǎng)37.44 km。輸、配水管除居民入戶管外均選擇原態(tài)HDPE給水管，所有管線均為新鋪管路。

2.2 保護(hù)措施

項(xiàng)目區(qū)位于阜蒙縣，冬季寒冷，最大凍深可達(dá)1.48 m。該區(qū)管道鋪設(shè)要考慮防凍及防腐要求，本次設(shè)計(jì)確定管溝開(kāi)挖設(shè)計(jì)斷面為底寬 0.4 m，開(kāi)口1.3 m。挖深 1.8 m，應(yīng)保證管頂覆土厚度在 1.7 m 以上。在入戶管網(wǎng)PPR管材外部包裹橡塑保溫管，以滿足防凍要求。管材選用給水用聚乙烯管(PE)和PP-R給水管滿足防腐要求。

表3 各項(xiàng)目區(qū)管材規(guī)格及長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)表

2.3 頂管工程

2.3.1 管道穿路頂管工程設(shè)計(jì)

表4 管道穿路工程數(shù)量統(tǒng)計(jì)表

2.3.2 管道穿河工程設(shè)計(jì)

本次工程設(shè)計(jì)供水管網(wǎng)使用PE給水管材，考慮阜蒙縣地區(qū)河流季節(jié)特性及施工工期為非汛期，河道基本處于干涸狀態(tài)，本次工程采用明挖鋪管回填的施工方式進(jìn)行穿河，綜合考慮河道局部沖刷深度等因素后對(duì)河道管段管線埋深需大于2.0 m。

2.3.3 管道穿墻頂管工程設(shè)計(jì)

對(duì)于需要從居民院墻內(nèi)穿越的管線鋪設(shè)，采取從房后穿墻頂管的方式鋪設(shè)管道。穿墻頂管工程沿管線布設(shè)方向每30 m設(shè)置一個(gè)操作坑與接收坑，操作坑尺寸為1.0 m×1.8 m×2 m，四周1:1放坡，接收坑尺寸為1.0 m×1.8 m×2 m，四周1:1放坡。

2.4 附屬設(shè)施設(shè)置

本次工程共設(shè)計(jì)閥門井種類有3種，共分為檢修閥門井、排氣閥門井及泄水閥門井。閥門井?dāng)?shù)量17座，其中檢修閥門井9座、排氣閥門井4座、泄水閥門井4座。

檢修閥門井用于容納管道上干、支管及入戶管交叉節(jié)點(diǎn)處的各種閥門、儀表等，主要功能為控制管道閥門開(kāi)閉、檢查和檢修維護(hù)，采用C25圓形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)[7-8]，設(shè)計(jì)尺寸為井深2.5 m，井壁內(nèi)徑1.5 m，井壁厚24 cm，底板厚20 cm，頂部采用縮小式設(shè)計(jì)，減少占地面積，露出地表部分井口內(nèi)徑900 mm，井壁厚14 cm，井口高于地面20 cm，防止雨水進(jìn)入，井蓋為10 cm預(yù)制C25鋼筋混凝土井蓋，井壁預(yù)埋Φ18 mm鋼爬梯，井壁穿管預(yù)留孔處根據(jù)實(shí)際管徑預(yù)埋鋼管并在接縫處做好防水處理，在井底設(shè)置400mm×400mm口徑集水坑，坑深200 mm，下設(shè)φ20PVC管群組成的入滲排水孔，入滲排水孔下設(shè)400 g/m2土工布，并下鋪100 mm厚粗砂墊層。

排氣閥門井用于容納主管道上的排氣閥，主要功能為排氣和調(diào)節(jié)管道內(nèi)壓力，設(shè)計(jì)尺寸為井深2.5 m，井壁內(nèi)徑1.5 m，井壁厚24 cm，底板厚20 cm，頂部采用縮小式設(shè)計(jì)，減少占地面積，露出地表部分井口內(nèi)徑900 mm，井壁厚14 cm，井口高于地面20 cm，防止雨水進(jìn)入，井蓋為10 cm預(yù)制C25鋼筋混凝土井蓋，井壁預(yù)埋Φ18 mm鋼爬梯，井壁穿管預(yù)留孔處根據(jù)實(shí)際管徑預(yù)埋鋼管并在接縫處做好防水處理，在井底設(shè)置400 mm×400 mm口徑集水坑，坑深200 mm，下設(shè)φ20PVC管群組成的入滲排水孔，入滲排水孔下設(shè)400 g/m2土工布，并下鋪100 mm厚粗砂墊層。

泄水閥門井用于排出管道內(nèi)淤積泥沙及檢修時(shí)排出管道內(nèi)剩余水量使用[9-10]，布置在整個(gè)管網(wǎng)內(nèi)較低點(diǎn)，設(shè)計(jì)尺寸為井深2.5 m，井壁內(nèi)徑1.5 m，井壁厚24 cm，底板厚20 cm，頂部采用縮小式設(shè)計(jì)，減少占地面積，露出地表部分井口內(nèi)徑900 mm，井壁厚14 cm，井口高于地面20 cm，防止雨水進(jìn)入，井蓋為10 cm預(yù)制C25鋼筋混凝土井蓋，井壁預(yù)埋Φ18 mm鋼爬梯，井壁穿管預(yù)留孔處根據(jù)實(shí)際管徑預(yù)埋鋼管并在接縫處做好防水處理，在井底設(shè)置400 mm×400 mm口徑集水坑，坑深200 mm，下設(shè)φ20PVC管群組成的入滲排水孔，入滲排水孔下設(shè)400 g/m2土工布，并下鋪100 mm厚粗砂墊層。閥門井亦可采用預(yù)制成品閥門井，其功能、型式不低于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)即可。

3 結(jié)語(yǔ)

農(nóng)村飲水輸、配水工程建成后，將改變項(xiàng)目區(qū)飲用水條件，讓農(nóng)戶用上安全衛(wèi)生的自來(lái)水，方便農(nóng)民的生產(chǎn)生活，改變了缺水農(nóng)戶飲用河水或坑塘水、污染水和一水多用的狀況，農(nóng)民飲上清潔衛(wèi)生水后，能大大降低肝炎、腸炎、痢疾等流行病的發(fā)生，為農(nóng)民的身心健康提供條件和保證，減少了疾病的發(fā)生率。