郭振軍

（五臺(tái)縣水利局，山西 五臺(tái) 035500）

技術(shù)與應(yīng)用

五臺(tái)縣東雷鄉(xiāng)抗旱應(yīng)急引水工程探析

郭振軍

（五臺(tái)縣水利局，山西 五臺(tái) 035500）

水資源貧乏成為制約五臺(tái)縣經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展的瓶頸，東雷鄉(xiāng)在抗旱應(yīng)急水源工程設(shè)計(jì)時(shí)因地制宜、科學(xué)規(guī)劃，從水源選擇、管道鋪設(shè)、蓄水池容量、蓄水池結(jié)構(gòu)等方面多角度優(yōu)化方案。應(yīng)急水源工程對(duì)全面提升抗旱減災(zāi)整體能力發(fā)揮了重要作用，以供同類(lèi)工程參考。

抗旱應(yīng)急；引水工程；五臺(tái)縣

1 工程概況

東雷鄉(xiāng)抗旱應(yīng)急水源工程位于五臺(tái)縣東雷鄉(xiāng)和臺(tái)城鎮(zhèn)，受益村莊13個(gè)，主要任務(wù)是新建引水工程，解決干旱時(shí)東雷鄉(xiāng)、臺(tái)城鎮(zhèn)7387口人的基本生活用水。工程主要內(nèi)容是維修水源地蓄水池工程和輸水管線工程等。工程設(shè)計(jì)供水量為328.3m3/d。水源為五臺(tái)縣東雷鄉(xiāng)神佑村泉水，工程形式為自流引水。

2 水文氣象

項(xiàng)目區(qū)屬溫帶季風(fēng)型大陸性氣候，冬季漫長(zhǎng)而嚴(yán)寒，春季干旱多風(fēng)，夏季溫和濕潤(rùn)，秋季涼爽多雨。最高氣溫35℃，最低氣溫-32℃，年平均氣溫介于-5℃～10℃之間，年均降雨量540mm左右，無(wú)霜期約為140d。水面蒸發(fā)量900～1200mm，5～8月份最大，占全年蒸發(fā)量的50%～60%。11月中旬封凍，次年3月中旬地表層解凍，4月中旬土壤解凍，最大冰凍厚度0.5m，冰凍期最大凍土厚度1.35m。項(xiàng)目區(qū)風(fēng)季較長(zhǎng)，每年春冬兩季較為盛行，一般冬春多為西北風(fēng)，夏季多為東南風(fēng)，平均風(fēng)速0.5～1.2m/s，最大風(fēng)速12m/s。

3 地質(zhì)條件

3.1 地形地貌

項(xiàng)目區(qū)地形地貌分為基巖山區(qū)、山前黃土丘陵區(qū)。地形總趨勢(shì)是由東北方向向西南方向傾斜。

3.2 輸水管線工程地質(zhì)條件

輸水管線全長(zhǎng)18.01km(含支線)，地形北高南低，高差約287m，地貌單一。地質(zhì)勘察表明，出露和揭露的地層巖性為滹沱群黑山背組粗粒變質(zhì)長(zhǎng)石砂巖，第四系上更新統(tǒng)粉土、卵石及全新統(tǒng)卵礫石、粉土。

3.3 蓄水池工程地質(zhì)條件

1號(hào)蓄水池位于下莊村東南、城北溝右岸，地勢(shì)相對(duì)平坦，高出河床1.3m。出露的地層巖性為第四系全新統(tǒng)洪積物，巖性為卵礫石，分選差，次棱角狀，偶含孤石，成分為太古界變質(zhì)巖，密實(shí)度較差，存在架空現(xiàn)象，地下水埋深大于5m。

2號(hào)蓄水池位于西富小學(xué)附近北山頂，高程1098.35m，高出河谷60.9m，出露的地層巖性為滹沱群黑山背組，巖性為粗粒變質(zhì)長(zhǎng)石砂巖，呈淺肉紅色、肉紅色，節(jié)理裂隙發(fā)育，強(qiáng)風(fēng)化，結(jié)構(gòu)體最長(zhǎng)1.3m，最寬1m。

3.4 工程等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

工程的日供水量為328.3m3，按照《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》（SL310-2004）確定工程項(xiàng)目為IV型。工程設(shè)計(jì)年限12年，設(shè)計(jì)保證率97%，滿(mǎn)足嚴(yán)重干旱年份13個(gè)村7387人的飲水安全，可有效提高抗旱減災(zāi)效益。

4 水源選擇及供、需水量可有效分析

4.1 水源選擇

位于五臺(tái)縣東雷鄉(xiāng)神佑村麻月溝的泉水，出水量為30m3/h，水量充沛穩(wěn)定。最枯年份1971年的流量為13.68m3/h，最豐年份1976年的流量為150.48m3/h。水質(zhì)良好，水源地沒(méi)有工礦企業(yè)，無(wú)污染源，取該泉最枯年份的水量328.3m3/d。

4.2 項(xiàng)目區(qū)用水量

據(jù)統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目區(qū)受益總?cè)丝跒?1114人，自然增長(zhǎng)率0.7%，設(shè)計(jì)年限為12年，設(shè)計(jì)預(yù)期人口22957人，每人日用水量取40L，則居民生活需水量為918.3m3/d。駐地學(xué)校、賓館、醫(yī)院等單位的生活用水按居民生活用水量的15%計(jì)算，為137.75m3/d。

項(xiàng)目區(qū)有大牲畜1590頭，日用水量50L/d·頭；豬205頭，日用水量30L/d·頭；羊4760只，日用水量5L/d·頭，畜禽日用水量為109.45m3/d。

人畜用水總量為1165.05m3/d，管網(wǎng)漏損水量和其他未預(yù)見(jiàn)需水量，按人畜用水總量的15%計(jì)算，得174.83m3/d。項(xiàng)目區(qū)總用水量為1340.33m3/d。

4.3 特大干旱年份可供水量

水源地可供水量，歷史記載麻月溝泉最枯年份為1971年的流量13.68m3/h，日可供水量328.3m3/d。

非水源地村莊可供水量，東雷鄉(xiāng)所有項(xiàng)目村的水源基本是村里的自備水井，臺(tái)城鎮(zhèn)項(xiàng)目村莊水源為集中供水。水源都是地下水，井深都在100m左右。項(xiàng)目村莊10眼深井的現(xiàn)狀出水量合計(jì)2270m3/d，歷史干旱年份的日出水量為1012m3/d。

綜上，預(yù)計(jì)干旱年份的可供水量為1340.30m3/d，可滿(mǎn)足預(yù)期目標(biāo)。

4.4 給水流量計(jì)算

設(shè)計(jì)給水量按最高日用水量計(jì)算。項(xiàng)目區(qū)用水總量減去非水源地村莊特大干旱年份可供水量，最高日設(shè)計(jì)給水量為328.33m3/d。按每日工作18h，最高給水量為18.24m3/h，輸水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)流量按1.5倍計(jì)，輸水干線的設(shè)計(jì)流量為27.36m3/h。

5 輸水管道設(shè)計(jì)

5.1 管道材質(zhì)選擇

本引水工程管線走向除2號(hào)水池附近坡度較陡外，其余地勢(shì)比較平坦。PE管柔性好，管壁光滑，水頭損失小，能較好地適應(yīng)地形變化，鋪設(shè)方便，安裝費(fèi)用小，且不生銹，耐腐蝕，使用壽命長(zhǎng)，廣泛應(yīng)用在飲水工程上，故選用PE管較為合理。

5.2 管徑確定

應(yīng)結(jié)合管網(wǎng)水力計(jì)算適當(dāng)調(diào)整管徑，同一條管徑的選擇應(yīng)滿(mǎn)足下游流速高于上游流速，長(zhǎng)距離供水管道流速不宜太大。

水源至1號(hào)水池管道流速取1.5m/s，1號(hào)水池至2號(hào)水池管道流速取0.6m/s，2號(hào)水池至自來(lái)水公司管道流速取1.5m/s。經(jīng)計(jì)算，水源至1號(hào)水池管徑90mm，1號(hào)水池至2號(hào)水池管徑140mm，2號(hào)水池至自來(lái)水公司管徑90mm。

5.3 管道水力計(jì)算

實(shí)測(cè)輸水干線總長(zhǎng)16.6km，高差274.5m。其中水源至1號(hào)水池的距離是2.88km；1號(hào)水池至2號(hào)水池的距離是13.28km，2號(hào)水池至自來(lái)水公司的距離是0.44km。設(shè)計(jì)流量為27.36m3/h，即0.0076m3/s。

PE管沿程水頭損失采用水利部《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》（SL310-2004）中提供的公式。

式中：h——管道沿程水頭損失，m；f——摩阻系數(shù)，取值0.000915；L——管長(zhǎng)，m；Q——流量，m3/s；d——管道內(nèi)徑，m；m——流量指數(shù)，取值1.774；b——管徑指數(shù)，取值4.774。

局部水頭損失按沿程水頭損失的10%估算。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 局部水頭損失計(jì)算結(jié)果

5.4 管道埋設(shè)

根據(jù)《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，管道的埋深根據(jù)冰凍情況、外部荷載、管材強(qiáng)度及與其它管道交叉情況等因素確定。五臺(tái)縣東雷鄉(xiāng)屬高寒地區(qū)，最大凍土深度1.35m，為保證工程輸水管線的安全，應(yīng)將管道埋置于最大凍土深度以下。經(jīng)綜合比較，在滿(mǎn)足管道正常使用及檢修的前提下，確定輸水管道的管頂覆土深度為1.5m。

管道平面設(shè)計(jì)要盡量做到：線路短、起伏小、土石方工程量小、造價(jià)低；要考慮拐點(diǎn)數(shù)量、角度、過(guò)路、過(guò)溝，同時(shí)要考慮避讓村莊、房屋、電線桿塔、墳地等，減少拆遷及附著物賠償費(fèi)用；盡量避免穿越河谷、山脊、沼澤和泄洪地區(qū)。

管道縱斷設(shè)計(jì)要考慮管道埋深、縱坡、排氣、排水、檢修等因素，根據(jù)管線布置情況設(shè)置節(jié)制閥井12座，分水閥井6座，進(jìn)排氣閥7座，排水閥7座，每隔100m埋設(shè)管線樁一個(gè)。

6 蓄水池設(shè)計(jì)

水源處有原建5000m3的漿砌石蓄水池，容量滿(mǎn)足用水需求，維修加固即可。1號(hào)蓄水池為調(diào)壓蓄水池，根據(jù)地勢(shì)高差狀況，位置選在輸水干線2+882處，2號(hào)水池為高位水池，選在輸水干線16+164處。工程供水規(guī)模為328.3m3/d，IV型，根據(jù)規(guī)范，同時(shí)設(shè)置清水池和高位水池時(shí)，清水池可按最高日用水量的10%～20%設(shè)計(jì)，高位水池可按最高日用水量的10%～20%設(shè)計(jì)，有效容積應(yīng)為最高日用水量的20%～30%，因此確定1號(hào)、2號(hào)水池的蓄水容積均為100m3。

根據(jù)場(chǎng)地情況，型式定為方形混凝土結(jié)構(gòu)。采用國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集，圖集號(hào)05S804-32-38，內(nèi)徑5.6m×5.6m，深3.5m，全部埋于地下，頂部覆土1m以防凍。根據(jù)管道走向、現(xiàn)場(chǎng)排水走向確定進(jìn)水口、出水口、溢流口位置，按照?qǐng)D紙示意要求及輸水管道直徑確定預(yù)埋管件具體位置及規(guī)格型號(hào)。

TV67

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1004-7042（2017）07-0027-02

郭振軍（1979-），男，2005年畢業(yè)于華北水利水電學(xué)院工程管理專(zhuān)業(yè)，工程師。

2017-05-12；

2017-06-27