【摘要】貴州由于特殊的喀斯特地形地貌，溝壑縱橫、地表起伏較大，由于居住條件限制，造成一些農(nóng)村存在人高水低的問(wèn)題，須通過(guò)高揚(yáng)程提水方式解決這部分群眾的飲水安全問(wèn)題。本文通過(guò)以盤縣滑石鄉(xiāng)巖腳村、巖腳小學(xué)農(nóng)村飲水安全工程高揚(yáng)程提水為例，對(duì)喀斯特山區(qū)修建高揚(yáng)程提水泵站進(jìn)行介紹，為類似工程提供參考。

【關(guān)鍵詞】高揚(yáng)程；喀斯特；飲水安全

1、引言

在貴州喀斯特山區(qū)，由于山高谷深，農(nóng)村群眾往往居住在較高的地方，形成人高水低，可通過(guò)修建高揚(yáng)程的提水泵站解決當(dāng)?shù)卮迕耧嬎踩珕?wèn)題，與傳統(tǒng)的修建蓄水池、水窖的方式相比，修建提水工程具有造價(jià)更低，工程選址更容易等優(yōu)點(diǎn)；而水池、水窖存在著修建成本高，在貴州修建水池、水窖的人均投資約為1200元/人，通過(guò)高揚(yáng)程修建提水泵站具有修建成本低（約535元/人），水源水量保障，水質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)。因此，對(duì)于居住較為分散、高程較高、附近有可靠江、河、湖、庫(kù)、泉的地方，通過(guò)高揚(yáng)程電提的方式解決群眾的飲水問(wèn)題是最經(jīng)濟(jì)合理的。

2、水源及徑流

2.1 工程水源

本工程項(xiàng)目區(qū)采用兩個(gè)水源進(jìn)行供水，水源類型均為山間泉水。灣子頭龍?zhí)逗蜅罴引執(zhí)痘鞣€(wěn)定，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行桶測(cè)，灣子頭龍?zhí)逗蜅罴引執(zhí)秾?shí)測(cè)流量分別為：3.1L/s、5.6L/s。泉水枯水流量同時(shí)采用鄉(xiāng)鎮(zhèn)水利站多年監(jiān)測(cè)最枯流量數(shù)據(jù)進(jìn)行排頻，P=95%保證率下灣子頭龍?zhí)逗蜅罴引執(zhí)兜目菟诹髁糠謩e為：2.2L/s、4.62L/s，按照農(nóng)村飲水安全工程設(shè)計(jì)要求，項(xiàng)目區(qū)水源枯流采用統(tǒng)計(jì)計(jì)算值。灣子頭龍?zhí)逗蜅罴引執(zhí)冻雎饵c(diǎn)附近無(wú)污染源，兩泉點(diǎn)相距較近，出露高程相當(dāng)，項(xiàng)目區(qū)內(nèi)碎屑巖和碳酸鹽廣泛分布，氣候濕熱，雨量豐富集中，導(dǎo)致侵蝕地貌發(fā)育，在碎屑巖分布區(qū)呈典型的浸蝕脊?fàn)钪猩降孛?，巖石產(chǎn)狀和傾角基本一致，兩水源水質(zhì)清澈，因此認(rèn)為兩泉點(diǎn)水質(zhì)具有一致性。

2.2 降水量及徑流

根據(jù)盤縣氣象站1965年～2004年共40年的逐月降雨資料統(tǒng)計(jì)分析，年降水量均值=1390，Cvx=0.20，Cs=2Cvx，各頻率年降水量如下表。

表1 盤縣氣象站各頻率年降水量成果表

P（%）12510205075909599備注

KP1.521.451.351.261.160.990.860.750.70.59X=1390

Cvx=0.20

Cs/Cvx=2

XP21132016187717511612137611951043973820

從上表可知，P=90%項(xiàng)目區(qū)年降水量為1043mm。參閱貴州省1956-2000同步期年降水量等值線圖和變差系數(shù)Cv等值線圖，查得項(xiàng)目區(qū)年降水量為1400mm左右，Cv值為0.18，與盤縣氣象站資料平均降水量1390mm接近，設(shè)計(jì)采用年降水量均值=1390，Cvx=0.20，Cs/Cvx=2。《貴州省地表水資源》是統(tǒng)計(jì)1956年～1979共計(jì)24年的資料，經(jīng)貴州省水文總局刊印出版，供貴州省水文工作者使用，具有權(quán)威性，而氣象站的降雨觀測(cè)資料，反映的是附近區(qū)域或相似下墊成面區(qū)域的降雨情況，為了安全起見(jiàn)，項(xiàng)目區(qū)多年平均徑流深以《貴州省地表水資源》<多年平均徑流深等值線圖>查值。項(xiàng)目區(qū)多年平均降水量為1400mm左右，多年平均徑流深 700mm左右。徑流的變差系數(shù)根據(jù)《貴州省地表水資源》中的公式計(jì)算：

（式1）

式中：—年徑流變差系數(shù)；—年降雨量變差系數(shù)，=0.20；F—集雨面積；α—徑流系數(shù)，α=0.46；m、β、γ——地區(qū)性經(jīng)驗(yàn)參數(shù)；m=0.7，β=0.04，查《貴州省地表水資源》附圖得γ=1.10。

根據(jù)上式計(jì)算得項(xiàng)目區(qū)年徑流變差系數(shù)=0.39，結(jié)合《貴州省地表水資源》上有關(guān)等值線圖，確定項(xiàng)目區(qū)年徑流的變差系數(shù)Cv為0.35，偏態(tài)系數(shù)Cs取2Cv。

3、工程設(shè)計(jì)

3.1 泵站設(shè)計(jì)

3.1.1 泵站型式選擇

本工程泵站擬采用地面式磚混泵房，泵站布置于水池旁。

3.1.2 壓力鋼管管道水頭損失計(jì)算

水頭損失計(jì)算，提水管道水頭損失根據(jù)《水力學(xué)計(jì)算手冊(cè)》進(jìn)行計(jì)算，鋼管的沿程水頭損失hf宜按下列公式計(jì)算：

（式2）

式中：L—壓力鋼管的長(zhǎng)度，m；D—鋼管的內(nèi)徑，m。其中：

（式3）

n—鋼管管材的糙率，值為0.0115。

3.1.3 管道敷設(shè)

提水管道采用明管敷設(shè)，根據(jù)項(xiàng)目區(qū)地形，在轉(zhuǎn)彎處設(shè)鎮(zhèn)墩，兩鎮(zhèn)墩之間采用砼支墩進(jìn)行支撐，支墩間距為6m。

3.1.4 鎮(zhèn)墩的穩(wěn)定計(jì)算

在管道因地形等原因需改變方向的地方要設(shè)置鎮(zhèn)墩，目的是用來(lái)承受由此產(chǎn)生的不平衡力，防止管道在改變方向處產(chǎn)生位移，確保管道安全。鎮(zhèn)墩的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)最小值取=1.3，根據(jù)抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，計(jì)算鎮(zhèn)墩的重量，具體計(jì)算公式為：，根據(jù)鎮(zhèn)墩重量再擬定鎮(zhèn)墩的尺寸。

3.1.5 設(shè)計(jì)揚(yáng)程

本工程楊家龍?zhí)侗谜驹O(shè)計(jì)揚(yáng)程為靜揚(yáng)程+揚(yáng)水管總水頭損失，各泵站設(shè)計(jì)揚(yáng)程詳見(jiàn)下表：

3.1.6 泵站水力機(jī)械

泵站均安裝多級(jí)離心泵2臺(tái)，一用一備。根據(jù)上述流量、揚(yáng)程計(jì)算結(jié)果，各泵站水泵選型如表3：

楊家龍?zhí)侗谜局翈r腳1#高位水池D46-30×5多級(jí)泵，電機(jī)功率為30kw，單獨(dú)向巖腳1#高位水池提水，至巖腳2#高位水池由50DL×5立式多級(jí)泵直接提水。各泵站水泵性能參數(shù)表如下：

1）灣子頭泵站

查各水泵性能曲線，所選水泵的流量和揚(yáng)程 均滿足設(shè)計(jì)要求。

3.1.7 泵站水錘壓力計(jì)算

①水擊波傳播速度

C=1435/（1+Kd/Ee）1/2=1435/（1+αd/e）1/2（式4）

式中：C為圓形均質(zhì)管（e/d<1/20）水擊波的傳播速度，m/s；d為管徑，m；e為管壁厚度，m；K為提水水質(zhì)的體積彈性模數(shù)值，Gpa，正常溫度下K=2.025Gpa；α=K/E；E為管材縱向彈性模數(shù)，Gpa，對(duì)鋼管E=206Gpa，α=0.00983。

②水擊類型分為直接水擊和間接水擊，根據(jù)水擊相時(shí)計(jì)算水擊波在管路中往返一次所需的時(shí)間，然后確定閥門關(guān)閉所需時(shí)間確定水擊類型。當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)間等于或小于一個(gè)水擊相時(shí)，瞬間關(guān)閉閥門產(chǎn)生的水擊為直接水擊，當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)間大于一個(gè)水擊相時(shí)為間接水擊。

Tt=2L/C （式5）

式中：Tt—水擊相時(shí)，為水擊波在提水管路中往返一次所需要的時(shí)間，s；L為計(jì)算管長(zhǎng)。

③水擊類型判別

直接水擊水頭（Tg≤Tt）：

Hd=Cv0/g=2Lv0/gTt （式6）

間接水擊水頭（Tg>Tt）：

Hi= 2Lv0/g（Tt+Tg） （式7）

式中：Hd為直接水擊水頭，m； Hi為間接水擊水頭，m；關(guān)閥為正，開(kāi)閥為負(fù)；v0為閘門前水的流速，m/s；Tg為閥門關(guān)閉時(shí)間，s；g為重力加速度，g=9.8m/s2。

設(shè)計(jì)選用鋼管，Tt=2L/C （L為計(jì)算管長(zhǎng)，m）；取閥門關(guān)閉歷時(shí)Tg=5s，Tg>Tt，故閥門產(chǎn)生間接水擊，Hi= 2Lv0/g（Tt+Tg），輸水管道按靜水頭與水擊水頭之和計(jì)算管道承壓力。

3.2 水池設(shè)計(jì)

由于楊家龍?zhí)豆┧畢^(qū)已建2個(gè)78m3高位水池，因此本工程只考慮灣子頭龍?zhí)豆┧畢^(qū)高位水池，根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》（SL310-2004），供電保證率低或輸水管道和設(shè)備等維修時(shí)不能滿足基本生活用水需要的工程，調(diào)節(jié)構(gòu)筑物的有效容積可按最高日用水量的40%～60%設(shè)計(jì)。本片區(qū)最高日用水量為91.4 m3，因此確定水池容積為50m3，底板高程1855.0m，設(shè)為圓形漿砌石水池。直徑6.0m，水深1.8m，有效容積為50m3。池墻采用M7.5水泥砂漿砌塊石砌筑，頂寬0.4m，底寬0.80m，迎水面直立，背水面坡度為1：0.2，池底采用25cm厚M7.5漿砌石墊層上加10cm厚的C15砼防滲，水池邊墻內(nèi)側(cè)采用3cm厚M10水泥砂漿抹面防滲，圓心設(shè)300×300mm C20鋼筋砼柱。為防止供水管在今后的運(yùn)行期間堵塞，在池底設(shè)置一φ100沖沙管，出水管和沖沙管出口均設(shè)一閘閥控制。水池頂部采用12cm厚的C20鋼筋砼蓋板，配φ8@200上層雙向鋼筋，φ8@150下層雙向鋼筋，并設(shè)置700×700mm的進(jìn)人孔。

3.3 水質(zhì)消毒設(shè)計(jì)

本工程規(guī)模較小，根據(jù)水質(zhì)化驗(yàn)報(bào)告，原水水質(zhì)較好，濁度滿足規(guī)范要求，雜質(zhì)少，主要為細(xì)菌微生物指標(biāo)超標(biāo)。因此將水提至高位水池，在高位水池處安裝二氧化氯消毒器進(jìn)行消毒殺菌，水質(zhì)即可滿足生活飲用水衛(wèi)生要求。

4、結(jié)論及建議

一、工程人均投資相對(duì)水池、水窖低。貴州喀斯特地貌廣布，山地多，復(fù)雜的地形、地貌和特殊的自然環(huán)境，致使地表水的利用難度大，地下水開(kāi)發(fā)利用困難，缺少可靠的大中型蓄水工程。大部分農(nóng)村飲水安全工程項(xiàng)目較為分散，工程規(guī)模小，項(xiàng)目多而覆蓋面廣，人高水低，在“十一五”、“十二五”期間，往往這些都是通過(guò)修建集雨工程，即小水池、小水窖解決，經(jīng)過(guò)多年的探索總結(jié)，小水池、小水窖存在諸多弊端，水質(zhì)較差，特別是抵御旱災(zāi)的能力差，遇到干旱季節(jié)，造成項(xiàng)目區(qū)群眾臨時(shí)飲水困難。為徹底解決這部分群眾的飲水安全問(wèn)題，有效的方法就是通過(guò)高揚(yáng)程提水的方式，從位置較低的地方提水飲用。如實(shí)際應(yīng)用工程貴州省盤縣滑石鄉(xiāng)巖腳村、巖腳小學(xué)農(nóng)村飲水安全工程，該項(xiàng)目位于貴州典型的喀斯特深山區(qū)、石山區(qū)，具有貴州農(nóng)村供水工程的顯著特征，項(xiàng)目區(qū)周邊無(wú)大型可靠的蓄水工程，僅有位置較低處的泉水。按照傳統(tǒng)的思路，一般按照“一戶一窖”的方式，修建水池、水窖。

二、方便統(tǒng)一管理，水質(zhì)有保障。相比水窖工程，提水工程的優(yōu)點(diǎn)是供水保證率高、水質(zhì)可統(tǒng)一集中進(jìn)行凈化、消毒處理，確保水質(zhì)有保障，可供水到戶。但為提高工程的可靠性，確保工程長(zhǎng)效良性運(yùn)行，因此在修建高揚(yáng)程提水工程的過(guò)程中，要積極引導(dǎo)當(dāng)?shù)厝罕?，介紹提水工程較水窖工程的優(yōu)點(diǎn)，并講解飲水衛(wèi)生知識(shí)，使他們?cè)敢饨右蛐藿ㄌ崴こ潭袚?dān)相應(yīng)水費(fèi)，促進(jìn)工程的興建和后續(xù)管護(hù)。

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