王樹生

（遼寧省昌圖縣毛家店鎮(zhèn)水利工作站，遼寧 昌圖 112508）

國(guó)家“十三五”規(guī)劃實(shí)施以來(lái)，極大程度上改善了我國(guó)農(nóng)村地區(qū)飲水問(wèn)題，但是由于農(nóng)村飲水工程量很多，工程沿線比較分散，集中供水工程的供水管網(wǎng)多呈樹枝狀布置。在管網(wǎng)水力計(jì)算中，一旦出現(xiàn)誤差，在實(shí)際供水期間，尤其供水高峰時(shí)段，往往會(huì)出現(xiàn)水壓低、流量小的現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)有的用戶無(wú)水可用。因此，管網(wǎng)水力的計(jì)算必須要結(jié)合實(shí)際使用的人口、用水量，使工程的作用落在實(shí)處。

1 工程概況

毛家店鎮(zhèn)位于遼寧省鐵嶺市昌圖縣東北部，2019 地債資金農(nóng)村飲水安全脫貧攻堅(jiān)項(xiàng)目涉及昌圖縣毛家店鎮(zhèn)新農(nóng)村和虻牛村2 個(gè)行政村，新農(nóng)村現(xiàn)有總?cè)丝?435 人，虻牛村現(xiàn)有總?cè)丝?119 人。包括12 個(gè)村民小組，分別為東明水、南河沿、袁家屯、任家屯、安家屯、老虻牛街內(nèi)、甸子劉、明水泡、頭道溝、二道溝、楊家窩堡、趙家店。本次設(shè)計(jì)水源井井1 位于大泉村，井2 位于侯家村，自南向北供應(yīng)各村民小組。單井預(yù)計(jì)出水量可達(dá)20 m3/h，通過(guò)水泵抽取，經(jīng)過(guò)次氯酸鈉發(fā)生器后進(jìn)入新建的供水管網(wǎng)；配水管網(wǎng)采用樹狀管網(wǎng)布置。

2 供水規(guī)模計(jì)算

經(jīng)調(diào)查，項(xiàng)目區(qū)內(nèi)無(wú)集體或?qū)I(yè)戶飼養(yǎng)畜類，企業(yè)用水為獨(dú)立管，項(xiàng)目區(qū)允許短時(shí)間內(nèi)斷水，澆灑道路和綠地用水量：實(shí)際生活中無(wú)澆灑道路和綠地用水需求，故只需計(jì)算居民生活用水量。根據(jù)農(nóng)村實(shí)際需水要求，日變化系數(shù)Ka取1.3，時(shí)變化系數(shù)Kh取3.5。

（1）居民生活用水計(jì)算公式：W1=Pq/1000

式中：P 為設(shè)計(jì)用水人口總數(shù)，取2554 人；γ 為按規(guī)范要求，非城鎮(zhèn)及中心村，設(shè)計(jì)人口不應(yīng)超過(guò)現(xiàn)有人口數(shù)，故不計(jì)人口增長(zhǎng)；q 為最高日居民生活用水定額，35L/（人·d）。

計(jì)算得出居民生活用水89.39 m3/d；

（2）管網(wǎng)漏失水量和未預(yù)見(jiàn)用水量：結(jié)合當(dāng)?shù)匕l(fā)展情況，本項(xiàng)目取用水量的20%，即W2=W1×20%，結(jié)算結(jié)果為17.89 m3/d；

（3）最高日用水量：Wd=W1+W2，即107.27 m3/d；

（4）最高日供水量：Wmax=kaWd，即139.45 m3/d；

（5）最高日最高時(shí)供水量：Qh=KhWmax/24，計(jì)算結(jié)果為5.81 m3/d；

故本工程的供水規(guī)模為W=139.45 m3/d。

3 管網(wǎng)水力計(jì)算

3.1 節(jié)點(diǎn)流量計(jì)算

設(shè)計(jì)流量由最高日最高時(shí)用水量確定：

式中：Q設(shè)為設(shè)計(jì)流量，L/s；Kh為時(shí)變化系數(shù)，依據(jù)規(guī)范，取3.5；Wmax為最高日供水量，按照設(shè)計(jì)用水人口，確定井1 為126.37 m3/d，井2 為13.08 m3/d。

經(jīng)計(jì)算：Q設(shè)1=18.43 m3/h=5.12 L/s，Q設(shè)2=1.91 m3/h=0.53 L/s。

管路各管段配水流量：

設(shè)計(jì)人均用水量=Q設(shè)/設(shè)計(jì)用水人口

每條管路配水流量=設(shè)計(jì)人均用水量×本段用水人口

節(jié)點(diǎn)流量=交匯于該節(jié)點(diǎn)各管段沿線流量總合

表1 節(jié)點(diǎn)流量計(jì)算表(以井2 為例）

續(xù)表1

3.2 管段設(shè)計(jì)流量計(jì)算，管徑選擇及水頭損失計(jì)算

（1）管段設(shè)計(jì)流量=本管段下游端點(diǎn)節(jié)點(diǎn)流量+轉(zhuǎn)輸流量，由管路下游向上游推求各管段設(shè)計(jì)流量。

（2）管徑選擇：

式中：D 為管道計(jì)算內(nèi)經(jīng)，mm；Q 為管段設(shè)計(jì)流量，m3/h；v 為管道經(jīng)濟(jì)流速，m/s。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

（3）沿程水頭損失按《村鎮(zhèn)供水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 687-2014）式7.2.7-1 和式7.2.7-2 計(jì)算：

式中：h1為沿程水頭損失，m；L 為計(jì)算管段的長(zhǎng)度，m；i 為單位管長(zhǎng)水頭損失，m/m；C 為海曾威廉系數(shù)，PE 管取145；Q 為管段流量，m3/s；d 為管道內(nèi)徑，m，根據(jù)初選管徑D 查得。

（4）局部水頭損失按其沿程水頭損失的10%計(jì)算。

根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50288-99），輸水管道水頭損失計(jì)算公式為：

式中：hf為管道沿程水頭損失，m；f 為摩阻系數(shù)；m 為流量指數(shù)；b為管徑指數(shù)；Q 為流量，m3/h；L 為管道長(zhǎng)度，m；d 為管道內(nèi)徑，mm。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 各管段水頭損失計(jì)算表

3.3 管道壓力計(jì)算

依據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 687-2014），為保證配水管網(wǎng)中用戶接管點(diǎn)的最小服務(wù)水頭符合規(guī)范要求，逐點(diǎn)計(jì)算各節(jié)點(diǎn)自由水頭和節(jié)點(diǎn)水壓，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 各節(jié)點(diǎn)壓力計(jì)算表（井2 為例）

結(jié)合目前國(guó)內(nèi)管材生產(chǎn)和實(shí)際使用情況，考慮到給水用聚乙烯管（PE）具有耐腐蝕，不結(jié)水垢、不滋生微生物，無(wú)毒潔凈、對(duì)水質(zhì)無(wú)污染、良好的抗震、抗地基不均勻沉降性能，以及自重小，運(yùn)輸及安裝方便、管壁光滑耐磨，輸水壓力損失小等特點(diǎn)，本項(xiàng)目除入戶立管選用PP-R 給水管外，其余輸配水管道均采用PE 管。

3.4 水泵的選型

水泵的選型需要綜合考慮水泵機(jī)組和泵站的投資和運(yùn)行費(fèi)用等綜合性的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，使之符合經(jīng)濟(jì)、安全、適用的原則。

（1）設(shè)計(jì)揚(yáng)程

設(shè)計(jì)揚(yáng)程計(jì)算公式：

式中：H2為設(shè)計(jì)揚(yáng)程，m；h1為水源井動(dòng)水位與地面的高差；h2為最不利點(diǎn)水頭損失；h3為自由水頭，10 m；h4為凈水設(shè)備水頭要求，0m；h5為水泵泵件水頭損失。

經(jīng)計(jì)算：井1 揚(yáng)程為149.9 m，井2 綜合考慮到共同供應(yīng)侯家村部分村民小組及大六家子村部分村民小組，通過(guò)計(jì)算揚(yáng)程為192.3 m。

（2）水泵型號(hào)

查閱水泵規(guī)格型號(hào)和使用說(shuō)明后，井1 確定選取水泵型號(hào)為150QJ20-150/23，該水泵額定流量為20 m3/h，額定揚(yáng)程150 m，電機(jī)功率為 15 kW。 井 2 確定選取水泵型號(hào)為175QJ20-208/16，該水泵額定流量為20 m3/h，額定揚(yáng)程208 m，電機(jī)功率為22 kW。

（3）變壓器容量的確定

根據(jù)水泵及配套電機(jī)的有關(guān)參數(shù)，按照“小容量、密布點(diǎn)、短半徑”的原則考慮，根據(jù)實(shí)際地形盡量放在負(fù)荷中心，避開易爆、易燃、污穢嚴(yán)重及地墊低洼地帶，每臺(tái)變壓器控制1 眼井，計(jì)算變壓器有效容量，計(jì)算公式如下：

式中：S 為變壓器容量，kVA；P1為電動(dòng)機(jī)額定功率，kW；η 為電動(dòng)機(jī)效率；cosφ 電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)，取0.85；表示同時(shí)投入運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)功率之和。

式中：K1為電動(dòng)機(jī)負(fù)荷系數(shù)；P3為水泵軸功率，kW；K3為換算系數(shù)，取1.05。

代入相應(yīng)數(shù)據(jù)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4、表5。

表4 井1 變壓器容量計(jì)算表

表5 井2 變壓器容量計(jì)算表

根據(jù)上表的計(jì)算結(jié)果，結(jié)合項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)有農(nóng)電變壓器容量、變壓器安全運(yùn)行相關(guān)規(guī)范（有效容量不超過(guò)總?cè)萘?5%），選擇變壓器型號(hào)為S13-M-30/10-0.4 兩臺(tái)。

4 結(jié)語(yǔ)

毛家店鎮(zhèn)2019 地債資金農(nóng)村飲水安全脫貧攻堅(jiān)項(xiàng)目管網(wǎng)工程投資2085450.39 元，共計(jì)鋪設(shè)輸水管線42641 m，截止2020 年11 月30 日已經(jīng)完成。此次管網(wǎng)工程的難點(diǎn)就在于涉及的村子有十多個(gè)，居住比較分散，輸供水管線較長(zhǎng)，投資巨大，如何根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的輸配水管網(wǎng)就顯得尤為重要。在農(nóng)村供水中，由于人口分散，不能用比流量來(lái)計(jì)算，容易造成資源浪費(fèi)，為了保證用戶用水均勻合理、安全、經(jīng)濟(jì)，適宜根據(jù)人口數(shù)量計(jì)算設(shè)計(jì)用水量最為該管段的設(shè)計(jì)流量。