給排水管道布設(shè)影響因素淺析

賈珺琳

（晉城市水務(wù)局,山西 晉城 037000）

1 工程現(xiàn)狀

本文給排水供水水源為磨河水源,磨河水庫(kù)位于陵川縣東南武家灣河上游磨河村附近,控制流域面積161.9 km2,壩址以上主河道長(zhǎng)33.6 km[1]。陵川縣位于山西省東南部,屬大陸性季風(fēng)氣候,全年降雨量平均值為640 mm,多年平均蒸發(fā)量為1665 mm。全年降水主要集中在夏季,冬季降水最少。大義井村位于太行山隆起與沁水凹陷兩大構(gòu)造之間,它們構(gòu)成了宏觀的構(gòu)造格局。工程區(qū)屬構(gòu)造形跡微弱、地殼相對(duì)穩(wěn)定的地塊,區(qū)域穩(wěn)定性良好。有禮義至陵川縣級(jí)公路從工程區(qū)通過(guò),交通條件較好。

大義井村原先的配水管網(wǎng)及入戶管網(wǎng)大部分修建于2008年左右,距今已有12 年之久,管材為塑料管,現(xiàn)有水源來(lái)自村東北現(xiàn)有的200 m3水池,并且水源已經(jīng)拱池消毒設(shè)備消毒,通過(guò)一趟管線供至全村各戶。因現(xiàn)有管道使用多年,管道老化、破損嚴(yán)重,導(dǎo)致村內(nèi)管網(wǎng)漏水現(xiàn)象嚴(yán)重,影響居民正常使用,管線漏水使管內(nèi)飲用水易受到外界污染；因?yàn)榇鍍?nèi)高差較大,經(jīng)常出現(xiàn)低處用水戶水量充足,高處吃不上水的現(xiàn)狀。居民日常生活用水無(wú)法得到保障,給居民的身體健康造成不良影響。這些問(wèn)題嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展和農(nóng)村人居環(huán)境的改善,為了響應(yīng)國(guó)家政策方針,提高人民的生活質(zhì)量,對(duì)該村飲水安全工程進(jìn)行鞏固提升勢(shì)在必行。此外,由于該村居民的生活用水四處傾倒,不僅污染了環(huán)境,對(duì)冬季來(lái)說(shuō)最為嚴(yán)重,沿路、沿街潑灑及傾倒,導(dǎo)致路面及四周都存在結(jié)冰現(xiàn)象,隨時(shí)都有可能出現(xiàn)摔傷現(xiàn)象,為了徹底解決村內(nèi)排水管網(wǎng)問(wèn)題,提升大義井村居民的生活幸福感,很有必要實(shí)施污水管網(wǎng)建設(shè)工程。

2 自來(lái)水工程

2.1 自來(lái)水需水量確定

本工程主要任務(wù)是為禮義鎮(zhèn)大義井村提供生活用水。工程涉及村莊為大義井村,規(guī)劃人口（居民）1296人。

本次設(shè)計(jì)基準(zhǔn)年為2020 年,規(guī)劃水平年為2035年。陵川縣按照氣候和地域分區(qū)屬于三區(qū),需水規(guī)模為50 L/（人·d））~80 L/（人·d））,考慮項(xiàng)目區(qū)實(shí)際情況和城鎮(zhèn)化進(jìn)程發(fā)展,確定最高日居民生活用水定額為60 L/（人·d））。

（1）居民生活用水量Q1

居民生活用水量按下式計(jì)算：

式中：W為居民生活用水量,（m3/d）；P為設(shè)計(jì)用水人口；P0為現(xiàn)狀常住人口；γ為設(shè)計(jì)年限內(nèi)人口自然增長(zhǎng)率（由于村鎮(zhèn)人口基本陷入負(fù)增長(zhǎng),本次取增長(zhǎng)率為0）；n為工程設(shè)計(jì)年限；（15年）；P1為設(shè)計(jì)年限內(nèi)人口的機(jī)械增長(zhǎng)總數(shù)；q為最高居民日生活用水定額。

（2）牲畜用水量Q2

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)牲畜飼養(yǎng)情況及各行政村發(fā)展?fàn)顩r來(lái)確定項(xiàng)目區(qū)的牲畜數(shù)量。通過(guò)調(diào)查,項(xiàng)目區(qū)內(nèi)無(wú)牲畜養(yǎng)殖,因此不再考慮。

（3）公共建筑用水量Q3

根據(jù)規(guī)范規(guī)定,公共建筑供水量可按照居民生活用水量的10%~25%概算,本次設(shè)計(jì)取10%。

（4）消防用水量Q5

由于項(xiàng)目區(qū)內(nèi)可以允許短時(shí)間斷水,并且其最高日用水量遠(yuǎn)高于消防用水量,所以供水規(guī)模中不單列消防用水量。

（5）管網(wǎng)漏失水量和未預(yù)見水量Q4

根據(jù)規(guī)范規(guī)定,管網(wǎng)漏失水量和未預(yù)見水量可按以上各項(xiàng)用水量之和的10%~25%取值,考慮到本次管線較長(zhǎng),本次設(shè)計(jì)取15%。

居民需水量預(yù)測(cè)結(jié)果見表1。

表1 居民需水量預(yù)測(cè)結(jié)果表

綜合該村需水量及居民需水量,本工程共涉及現(xiàn)狀人口1296 人。經(jīng)計(jì)算,最高日供水量為94.09 m3/d,年供水總量為2.64萬(wàn)m3,屬于Ⅴ型供水工程。

本次工程按全日制供水,配水干管根據(jù)各個(gè)行政村的實(shí)際情況確定主管數(shù)量并按樹枝狀管網(wǎng)布置,根據(jù)各管段的設(shè)計(jì)流量,來(lái)計(jì)算配水管網(wǎng)的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)。

（1）時(shí)變化系數(shù)Kh的確定

時(shí)變化系數(shù)根據(jù)表3確定。

表2 基本全日制供水工程的時(shí)變化系數(shù)

（2）最高日設(shè)計(jì)用水量Qd=Q1+Q2+Q3+Q4

式中：Qd為最高日設(shè)計(jì)用水量；Q1為居民最高日生活用水量；Q2為牲畜最高日用水量；Q3為公共建筑用水量；Q4為管網(wǎng)的漏失水量及未預(yù)見水量。

（3）最高日平均時(shí)用水量Qcp=Qd/T

式中：Qcp為最高日平均時(shí)用水量；Qd為最高日設(shè)計(jì)用水量；T為日工作時(shí)間。

（4）最高日最高時(shí)用水量Qmax=Kh·Qcp

式中：Qmax為最高日最高時(shí)用水量；Kh為時(shí)變化系數(shù)；Qcp為最高日平均時(shí)用水量。

（5）年供水量Qy=365·Qd/Kd

式中：Qy為年供水量；Kd為日變化系數(shù),取1.6。

（6）人均綜合用水量采用下式計(jì)算：

式中：q為人均綜合用水當(dāng)量,m3/（h·人）；Q配為配水管網(wǎng)設(shè)計(jì)流量,m3/h；∑Q集為集中用水量之和,m3/h；P為設(shè)計(jì)用水人口。

2.2 配水管網(wǎng)設(shè)計(jì)

2.2.1 管網(wǎng)布置原則

管網(wǎng)應(yīng)合理分布,覆蓋全區(qū),線路盡量短,并符合村鎮(zhèn)有關(guān)建設(shè)規(guī)劃；工程布置盡可能與現(xiàn)有工程設(shè)施相結(jié)合；管道布置應(yīng)避免穿越污染或腐蝕性地段；干管布置應(yīng)以較短的距離引向用水大戶；干管上應(yīng)分段或分區(qū)設(shè)檢修閥,各級(jí)支管上均應(yīng)在適宜位置設(shè)檢修閥；地形高差較大時(shí),應(yīng)根據(jù)供水水壓要求和分壓供水的需要在適宜的位置設(shè)加壓或減壓設(shè)施[2]。

2.2.2 管材及管徑

配水管道主要采用PE管,該管材具有耐壓、質(zhì)輕、安裝方便、韌性好、抗沖擊性能好、流體阻力小、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。

2.2.3 管道管徑的確定

供水管道的直徑不僅與通過(guò)的流量有關(guān),而且還與所選取的流速有關(guān),流速小造價(jià)高,但水頭損失小,反之則造價(jià)低,水頭損失大,供水管徑的選擇要綜合考慮管道的建造費(fèi)用與水頭損失這兩個(gè)主要經(jīng)濟(jì)因素。工程中供水對(duì)象為1296人,可以直接選取供水及入戶管管徑。

2.2.4 配水管網(wǎng)水力計(jì)算

管道的水力計(jì)算,目的是根據(jù)設(shè)計(jì)流量確定配水管道的流量、管道直徑和水頭損失,本次設(shè)計(jì),管網(wǎng)水力計(jì)算選取最不利點(diǎn)來(lái)計(jì)算。

管道水頭損失計(jì)算包括沿程水頭損失和局部水頭損失：

沿程水頭計(jì)算：h1=iL

式中：h1為沿程水頭損失,m；L為計(jì)算管段長(zhǎng)度,m；i為單位管長(zhǎng)水頭損失,m/m。

依據(jù)公式i=10.67×C-1.852×Q1.852/d-4.87計(jì)算：

式中：C為海曾威廉系數(shù),取150；Q為管道的設(shè)計(jì)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(jì)算,即：

2.3 自來(lái)水工程布置

綜合上述要素,配水管網(wǎng)布置如下：考慮到當(dāng)?shù)亟窈蟮陌l(fā)展,配水主干管從現(xiàn)有水池輸出至新建閥門控制室,再通過(guò)分水器分四條配水干管配送給各用水戶,配水干管從新建閥門控制室沿街道布設(shè),支管就近接入。

入戶管網(wǎng)從水表井分別布設(shè)入戶管道至各用水戶。結(jié)合村內(nèi)實(shí)際情況和業(yè)主協(xié)商決定,本次設(shè)計(jì)不考慮入戶管網(wǎng)的開挖和回填,全部由村里自行解決。因此,入戶管網(wǎng)工程僅考慮入戶管管長(zhǎng),每戶管長(zhǎng)暫時(shí)按45 m計(jì)。

3 排水工程

3.1 工程實(shí)際情況

結(jié)合村內(nèi)現(xiàn)狀,生活污水排放方式基本為隨意潑灑或自家排水管道排至道路上,村內(nèi)未建污水收集設(shè)施。現(xiàn)面臨的主要問(wèn)題有：村莊排水管網(wǎng)覆蓋率不完整,管道年久老化；排水管網(wǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜,污水排放點(diǎn)不集中,部分污染嚴(yán)重；污水管網(wǎng)維護(hù)管理和執(zhí)法力量薄弱；管渠交匯錯(cuò)亂,無(wú)保護(hù)措施,污水外流；部分溝渠污染嚴(yán)重,夏季惡臭；管道主支分流不清；干管先行,支管建設(shè)滯后。

3.2 污水量預(yù)測(cè)

根據(jù)當(dāng)?shù)匕l(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平,確定2035年為本工程的設(shè)計(jì)水平年。

綜合生活污水設(shè)計(jì)流量按以下公式計(jì)算：

式中：Qd為設(shè)計(jì)綜合生活污水流量,L/s；n為綜合生活污水定額,L/s；N為設(shè)計(jì)人口數(shù)；Kz為生活污水量總變化系數(shù)。

計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 污水量計(jì)算表

3.3 排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)

本工程擬對(duì)村莊內(nèi)的污水管網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)收集,范圍包括用地紅線以內(nèi)宅基地室外污水管道系統(tǒng)；室外最后一個(gè)檢查井至末端污水處理站進(jìn)行設(shè)計(jì)。

本工程的主要特點(diǎn)是村內(nèi)巷道固定狹窄,硬化不一,不能按照新建城鎮(zhèn)進(jìn)行很合理的路線規(guī)劃,一些村內(nèi)原有的污水管網(wǎng)盡可能利用、合并,做到新舊銜接,減少工程量的投資和不必要的開挖。

管道中污水流動(dòng)的特點(diǎn)：污水順次由支管匯入干管、主管干管,最終進(jìn)入污水處理設(shè)備,污水在管道中一般是靠管道兩端的水面高差從高到低處流動(dòng)。

1）設(shè)計(jì)管徑

本工程管道起點(diǎn)位于巷道內(nèi),雖然服務(wù)范圍相對(duì)較小,但需考慮瞬時(shí)變化較大,且容易堵塞的特點(diǎn),合理選擇設(shè)計(jì)管徑,污水管的設(shè)計(jì)管徑選取如下：起點(diǎn)管徑,污水管為DN200；連接管,由住戶接入污水管的連接管采用De110 或De160；其余管道按計(jì)算確定。

2）非計(jì)算管徑管段排水能力復(fù)核

排水管的流量計(jì)算：

式中：Q為設(shè)計(jì)流量,m3/s；A為水流有效斷面面積,m2；V為流速,污水管道在設(shè)計(jì)充滿度下最小設(shè)計(jì)流速為0.6 m/s,本次計(jì)算選用0.6 m/s。

流量計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 各管道設(shè)計(jì)污水量計(jì)算表

根據(jù)表中設(shè)計(jì)綜合生活污水流量對(duì)比表各管徑設(shè)計(jì)水量可知,本工程所選管道管徑的過(guò)流能力滿足要求。

此外,本工程管道最小坡度選用7‰,對(duì)于地面坡度大于7‰的管道,其坡度應(yīng)盡可能與地面的坡度一致,這樣可以方便施工,降低工程造價(jià)。

4 結(jié)論

（1）給排水管道布設(shè)時(shí)首要考慮的因素就是供水量與排水量。

（2）管道布設(shè)時(shí)受地形、地質(zhì)條件、用戶用水方式等影響,若是改造工程,還會(huì)受原有管線的影響。

（3）管道布設(shè)還需考慮到投資、施工、環(huán)境保護(hù)等因素。