任玉斌

（永昌縣四壩水利管理處,甘肅 永昌 737200）

隨著新農(nóng)村建設(shè)的迅速發(fā)展,農(nóng)村生態(tài)環(huán)境的破壞程度越來越嚴(yán)重,尤其水污染問題更為嚴(yán)重,直接影響農(nóng)村居民飲用水的安全性,嚴(yán)重威脅農(nóng)村居民的身體健康。農(nóng)村飲水安全代表農(nóng)村居民可以及時、便利地獲取滿足生活所需的飲用水。受環(huán)境污染與供水設(shè)施數(shù)量較少等因素影響,農(nóng)村居民飲水安全性差、飲水難度高等問題越來越嚴(yán)重。為此,全面建設(shè)農(nóng)村人飲工程是新農(nóng)村發(fā)展的首要任務(wù),全面建設(shè)農(nóng)村人飲工程,可提升農(nóng)村居民的用水安全。目前,農(nóng)村人飲工程無法滿足用戶對水量與水壓的需求,為此,需要研究輸配水管網(wǎng)優(yōu)化布局方法,確保農(nóng)村人飲工程能夠健康發(fā)展,提升農(nóng)村居民的供水質(zhì)量。

1 工程概況

東河灌區(qū)位于永昌縣城東南部,灌區(qū)轄3 個鄉(xiāng)鎮(zhèn),總?cè)丝?.59 萬人,其中：農(nóng)業(yè)人口4.35 萬人。20 世紀(jì)80 年代灌區(qū)居民飲用的是澇池水,澇池水就是灌區(qū)各村社居民唯一的飲用水源,而且群眾飼養(yǎng)的牲畜也全部在澇池里飲水,因而對水質(zhì)的污染相當(dāng)嚴(yán)重,水中的大腸菌群超標(biāo),群眾的飲水困難問題相當(dāng)突出。后來在國家的投資和群眾自籌資金下修建了一些水窖,但是水窖的水源主要是灌溉水通過溝渠輸送到水窖的,由于水窖的容積小,且灌溉間歇期長,水量嚴(yán)重不足,且在水源輸送過程中水質(zhì)也受到了污染,水中有害物質(zhì)超標(biāo),人民飲用水質(zhì)不合格。由于飲水問題,一直嚴(yán)重影響著當(dāng)?shù)鼐用竦纳?降低了當(dāng)?shù)厝罕娚钯|(zhì)量,阻礙了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展。為此,對東河灌區(qū)農(nóng)村人飲工程輸配水管網(wǎng)進行優(yōu)化布局,旨在改善農(nóng)村居民生活質(zhì)量,提升農(nóng)村居民飲用水的安全性。本次優(yōu)化布局人飲工程輸配水管道長度是499.53 km。

2 人飲工程輸配水管網(wǎng)優(yōu)化布局

2.1 農(nóng)村人飲工程輸配水管網(wǎng)優(yōu)化布局原則與標(biāo)準(zhǔn)

2.1.1 輸配水管網(wǎng)優(yōu)化布局原則

東河灌區(qū)農(nóng)村人飲工程輸配水管網(wǎng)優(yōu)化布局原則如下：

（1）確保農(nóng)村供水安全為前提,進行輸配水管網(wǎng)優(yōu)化布局,同時需盡可能縮短輸配水管網(wǎng)長度,減少土石方量,降低優(yōu)化布局成本。

（2）優(yōu)化布局輸配水管網(wǎng)時,需考慮東河灌區(qū)農(nóng)村人飲工程的管線規(guī)劃要求,盡量按照規(guī)劃路徑進行輸配水管網(wǎng)布局優(yōu)化。

（3）盡可能降低與公路、鐵路的交叉概率,并遠(yuǎn)離滑坡與高地下水位等危險區(qū)域。

（4）在長距離輸配水管網(wǎng)的隆起位置,設(shè)置排氣閥,及時排出管內(nèi)空氣。在輸配水管網(wǎng)低洼位置,安裝泄水閥。

（5）按照農(nóng)村人飲用水需求,遍布整個供水區(qū),確保用戶不會出現(xiàn)水量水壓不夠問題。

（6）以滿足用戶對水量與水壓的需求為前提,盡可能減少輸配水管網(wǎng)長度,最大限度的降低管網(wǎng)布局優(yōu)化造價。

（7）依據(jù)東河灌區(qū)農(nóng)村人飲工程的供水區(qū)規(guī)劃,留有足夠多的發(fā)展余地。

（8）在凍層以下埋設(shè)輸配水管網(wǎng),避免管道被凍裂。

2.1.2 輸配水管網(wǎng)優(yōu)化布局標(biāo)準(zhǔn)

東河灌區(qū)農(nóng)村人飲工程輸配水管網(wǎng)優(yōu)化布局標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）用水量標(biāo)準(zhǔn)。按照東河灌區(qū)農(nóng)村人飲工程的實際情況,確定人均用水量標(biāo)準(zhǔn)為55 L/d,以最高日用水量的4.5%,為輸配水管網(wǎng)的漏失水量。

（2）供水水質(zhì)。輸配水管網(wǎng)布局優(yōu)化后的供水水質(zhì),需符合生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

（3）輸配水管網(wǎng)壓力。輸配水管網(wǎng)水壓需低于用戶接管點的最小服務(wù)水頭,按照供水范圍與實際情況,確定主管網(wǎng)至村頭位置的壓力是210 kPa。單層建筑用戶接管點的最小服務(wù)水頭壓力設(shè)置為45 kPa,兩層建筑的壓力為90 kPa～130 kPa,兩層以上建筑,每增加一層,壓力便需增加30 kPa～45 kPa。用戶水龍頭高于接管點時,服務(wù)水頭壓力設(shè)置時,還需考慮用戶水龍頭和接管點的高度差。用戶最大服務(wù)水頭壓力不可大于420 kPa。

（4）方便程度。飲水困難的標(biāo)準(zhǔn)為：居民位置至取水位置的橫向距離超過1.5 km,縱向高度差大于110 m。按照東河灌區(qū)農(nóng)村人飲工程的實際情況,結(jié)合全面建設(shè)社會主義新農(nóng)村的需要,確定往返取水時間標(biāo)準(zhǔn)為：小于等于18 min。當(dāng)往返取水時間小于等于10 min 時,代表取水方便。通過上述分析可知,確定供水方便程度為取水往返時間小于等于14 min。

（5）保證率。按照《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》要求,設(shè)置東河灌區(qū)農(nóng)村人飲工程輸配水管網(wǎng)的供水保證率為大于等于96%。

2.2 農(nóng)村人飲工程輸配水管網(wǎng)優(yōu)化布局方案設(shè)計

2.2.1 優(yōu)化布局模式分析

農(nóng)村人飲工程輸配水管網(wǎng)優(yōu)化布局建設(shè)成本的主要影響因素是優(yōu)化布局模式。按照輸配水管網(wǎng)優(yōu)化布局原則與標(biāo)準(zhǔn)選擇兩種常用的優(yōu)化布局模式,分別為集中優(yōu)化布局模式與分散優(yōu)化布局模式。其中,集中優(yōu)化布局模式代表對飲用水進行統(tǒng)一消毒,并輸送給指定用戶。分散優(yōu)化布局模式代表將水輸送到不同分凈水廠分別進行消毒處理,再輸送給指定用戶。

輸配水管網(wǎng)優(yōu)化布局成本計算公式如下：

式中：W 為水從出廠到指定用戶位置的全周期運維成本；C1為消毒成本；C2為加壓提升泵站運維成本；C3為輸配水管網(wǎng)建設(shè)成本。

C1的計算公式如下：

式中：Q為水廠處理量；a為消毒藥劑單價；b為消毒藥劑用量。

C2的計算公式如下：

式中：pi為第i 個水泵的單價；k1為修正系數(shù)；e 為電費單價；H 為提升泵站揚程；k2為檢修維護綜合費用系數(shù)。

C3的計算公式如下：

式中：mj為尺寸為j 的管道單位長度管道單價；lj為尺寸為j的管道長度。

兩種優(yōu)化布局模式的對比結(jié)果見表1。

表1 兩種優(yōu)化布局模式的對比結(jié)果

通過分析表1 可知,兩種優(yōu)化布局模式的輸配水管網(wǎng)系統(tǒng)所需壓力一致,均為0.29 MPa,集中優(yōu)化布局模式的提升泵站揚程,比分散優(yōu)化布局模式的提升泵揚程短1 m；集中優(yōu)化布局模式的輸配水管網(wǎng)工程量,比分散優(yōu)化布局模式的輸配水管網(wǎng)工程量短1.8 km；集中優(yōu)化布局模式的凈成本與總成本,均低于分散優(yōu)化布局模式。綜合分析可知,集中布局優(yōu)化模式要優(yōu)于分散布局優(yōu)化模式,為此,選擇集中布局優(yōu)化模式,建設(shè)東河灌區(qū)農(nóng)村人飲工程輸配水管網(wǎng)。

2.2.2 輸配水管網(wǎng)優(yōu)化布局管材選擇

東河灌區(qū)農(nóng)村人飲工程輸配水管網(wǎng)優(yōu)化布局中,管材選擇非常重要,其選擇結(jié)果與輸配水管網(wǎng)系統(tǒng)使用壽命、安全性、建設(shè)成本息息相關(guān)。常用的管材有鐵管、鋼管、PVC-U管等,不同管材均有各自的優(yōu)點與缺點,通過對比分析的方式,選擇最佳的輸配水管網(wǎng)布局優(yōu)化的管材,對比分析結(jié)果見表2。

表2 輸配水管網(wǎng)布局優(yōu)化的管材對比分析結(jié)果

通過分析表2可知,在輸配水管網(wǎng)管徑超過450 mm時（包含450 mm）,選擇鐵管為東河灌區(qū)農(nóng)村人飲工程輸配水管網(wǎng)優(yōu)化布局的管材；在輸配水管網(wǎng)管徑低于450 mm 時,選擇PVC-U 管為東河灌區(qū)農(nóng)村人飲工程輸配水管網(wǎng)優(yōu)化布局的管材。

3 結(jié)論

研究東河灌區(qū)農(nóng)村人飲工程輸配管網(wǎng)優(yōu)化布局方法,可為提升農(nóng)村居民飲水安全提供保障。通過對比分析可知,集中優(yōu)化布局模式的提升泵站揚程與分散優(yōu)化布局模式的提升泵揚程,分別是41 m 與42 m,相比可知集中優(yōu)化布局模式的提升泵站揚程相對較短；集中優(yōu)化布局模式的凈成本與總成本分別是342.96 萬元/a、354 萬元/a,分散優(yōu)化布局模式的凈成本與總成本分別是373.45 萬元/a、386 萬元/a,相比可知集中優(yōu)化布局模式的運維成本較低；綜合分析可知,以集中優(yōu)化布局模式為最終的輸配水管網(wǎng)優(yōu)化布局模式。