海城市东耿村安全饮水工程设计与计算

陈延生

(海城市水利工程建设质量安全监督站，辽宁 海城114200)

1 概 况

耿庄镇东耿村位于海城市西北25 km处，沈大高速公路西侧，东与验军镇接壤。东耿村拥有土地面积286.7 hm2，土地平坦，土质肥沃，主要土壤为河淤土、河淤黑土、河淤黄土，保水、保肥能力强，是以粮食生产为主，蔬菜等经济作物为辅的地区。该村有农业户766 户，人口2 840人，人均收入5 800元。饲养猪2 200 头，牛30 头，羊130 头，马50 头，鸡250 000只。

村内有学校1 所，村委会1 处，卫生所1 处，饭店2 家，商店3 家，浴池1 家。村内居民现饮水主要以手压井为主，小水泥管井为辅，饮用的均为浅层地表水。

近几年来，由于东耿村种植业的发展，肥料对水质污染较为严重，水质污染较为严重，河水中主要污染物为氨氮、化学需氧量、悬浮物、挥发粉等。

根据2000年水质监测资料，PH、SS、DO、COD、BOD、石油类、挥发酚、CN、NH3－N、NO2－N、NO3－N、AS、Cr6+、Cd、Pb、Mn指数共16 项指标均超过《生活饮用水卫生标准》的规定，已不适合饮用，常引发各种中毒性疾病，影响群众身体健康。

对此，群众反映强烈，要求采取有力措施彻底根除水污染隐患。根据实地调查，通过农村安全饮水工程彻底解决问题。

2 参数确定

2.1 工程设计年限

依据该村经济水平，村镇发展规划、给水系统各种设备的使用寿命等因素综合考虑，设计年限按20 a计算。

2.2 用水标准与管道损失量确定

设计标准:户内有水龙头，但无卫生设备，村庄30 ～70 L/人·d，大牲畜50 L/头～d，猪30 L/口·d，家禽1 L/只·d，供水时变化系数3.0 ～1.8。管道损失量取最高日用水量的10%［1－3］。

2.3 用水人口

以设计时该村前一年的人口为基数，按照当地的计划生育规划和年自然增长率，按下列公式计算:

式中:P 为设计年限的用水人数，人;P0为设计时该村前一年的人口数，人;а 为年自然增长率目前采用12‰;n 为设计年限，20a;P1为设计年限内人口机械增长数(280 人);P = P0(1 + а)n+ P1=3 885人。

2.4 供水能力

供水能力即建成投产后所能提供的最大日供水量，根据最高日生活用水量标准和其他用水量确定，其计算公式如下:

式中:Q 为供水能力，m3/d;Q1为最高日生活用水量，m3/d;Qc为除生活用水外，其他各种用水量之和，m3/d;q 为最高日生活用水量标准，L/(人·d);p 为设计年限内用水人口数。

通过计算东耿村自来水工程每天用水量为680 m3，详细计算见表1。

表1 东耿村自来水工程用水量表

2.5 设计流量

该水源井以生活用水为主，用水时间相对集中，一般可以间断运行，所以设计流量可以根据水源井每天的工作时间计算即:设计流量(m3/h)=水源井日供水量/水源井工作时间［4－6］。

2.6 时变化系数

用水量不仅每天不同，且每天之中的每小时都有变化。

一年中用水量最高的某一天一个小时的用水量与同日平均小时用水量的比值，称为“时变化系数(K时)”即:

K时=最高日最高时用水量/同日平均小时用水量

全日供水K时取3.0 ～2.0，该设计K时取2.5。

现以该村20年后人口为3 885人，每人最高日用水量为70 L/d，水源井每日工作10h，时变化系数采用2.5 为例，来计算供水量、设计流量、最高日平均用水量、最高时用水量。

供水量:Q =p. q/1000 +Qc=680m3/d;

设计流量:Q =680/10 =68m3/h;

最高日平均用水量为680/24 =28.3m3/h;

最高日最高时用水量为28.3 ×2.5 =70.8m3/h;

3 给水系统设计

从水资源情况看，该区地表及地下水资源比较充足，由海城河、五道河等堆积大厚度砂砾石含水层。水量丰富，水质良好，系工农业开发地下水的良好水源地。上层中粗砂，砂砾石含水层，厚13 ～45 m，水位埋深1 ～3 m，水质为重碳酸钙镁型水，此处水质优良，达到生活饮用水标准，可以不进行净化［7－9］。

水源为该村的深水井，单井出水量在80 m3/h，由于该村人口多，用水量较大，深井可视为大效益井，选择一处水源井，在该村西北耕地内。井深约为130 m。

井房内井口高出地面0.5 m，周围用黏土及水泥等不透水材料封闭，封闭深度为30 m。井壁管有利于加固井壁，隔离水质不良或水头较低的含水层，井壁管采用螺旋钢管。

过滤器采用钢制骨架缠丝过滤器安装在含水层中，用以集水，保持填砾的含水层的稳定性。人工填砾在过滤器的周围充填一层粗砂或砾石作为人工反滤层，以保持含水层的渗透稳定性，提高过滤器的透水性，改善管井的工作性能，提高管网单位出水量，延长管井使用年限。

沉淀管设在管井的最下部，用来沉淀进入井内的细砂和水中析出的沉淀物，沉淀管长度为2 ～10 m。填砾采用砾石，卵石(＞2.0)为主，填砾规格16 ～30 mm，填砾深度57 m，填砾时徐徐填入，避免砾石充阻于井口上部，井口的封闭采用黏土球，球径为20 ～25 mm，黏土球填入后会遇水压缩，容易造成填砾错位，所以填入高度要比所需封闭位置多25%左右，填至距地面0.5 m时，用混凝土填实，混凝土表面用1∶3 水泥砂浆抹成散水状井口，井口高出地面0.5 m［10］。

给水采用潜水电泵抽水直接输送至配水管网，配水管网设计管材选用0.6MPA 压力的PE 管，PPR管，按干管、支管、毛管逐级布置管网，将水质合格的水送到用户，满足用户对水量与水压的要求。给水系统的形式采用集中式给水系统的抽升系统，此类系统的供水保证率高，水质容易保证，便于用户使用、管理及维护［11］。

4 输配水计算

4.1 输配水管道水力计算

设计流量采用最高日最高时用水量Q =70.75 m3/h，单井设计流量为Q =80 m3/h。计算压力流的主管管径按下式计算:

式中:D 为输、配水管管直径，m;Q 为输、配水管设计流量，m3/h;V 为管道内流速，m/s，0.75;D =18.8(Q/V)1/2=97.08mm。

经计算，管径取90 mm，流速稍大。

4.2 沿程水头损失计算

计算公式为:

式中:hf为沿程水头损失，m;L 为管道长度，m;Q 为管道流量，m3/h;D 为管道内径，mm。

管道局部水头损失按沿程水头损失的10%计算，hj= hf×10%，按布置图纸查得最长主管线(Φ90)1 500 m，支管(Φ50)长400 m。

hf主=3.31m;hj主=0.331m;支管计算(Φ50):

由水力计算结果可知，可选用主干管为0.6MPA，φ90PE 管，支管选用0.4 MPa，φ50PE 管，满足压力要求。

4.3 水泵扬程计算

取水泵的扬程除按照水泵的总扬程考虑外，还应增加5m 富裕水头，以备有时直接向某些建筑物物提供这部分水头高度。扬程可按下式计算:

式中:H 为水泵的计算扬程，m;H1为水泵的吸水几何高度50 m;H2为地面高差，m，20m;h 为管道的水头损失，m，6m;H3为出水口富余水头，m，5m。

计算结果:H =81 m。

4.4 管沟及管网安装

管沟开口0.5 m，沟深应在冻层下，本设计为1.2 m。管道安装采用管件连接，在回填土前应进行试水打压。确保无渗漏后再回填。

5 水泵选择与泵房设计

5.1 水泵选择

设计流量:80 m3/h，设计扬程:81 m。根据流量80 m3/h扬程H =81 m，查沈阳潜水泵厂水泵性能表选择250QJ(R)80—84/6 型水泵，电机30 kW。

5.2 泵房设计

潜水电泵泵房7.84 m2，泵房净高2.2 m，潜水电泵正上方的平顶上开设1.0 m ×1.0 m的检修孔。泵房内应设排水沟，严禁将水泵的散水回流到井内。

出水管布置:为减少出水管的水头损失，应以最简捷的路线敷设出水管。出水总干管上应安装计量装置。

出水管上应安装止回阀，以防止由于停电或其他原因引起水泵突然停止时，造成管网压力水倒灌。在止回阀后面安装闸阀，便于调整水泵的出口压力，使水泵保持在最佳效率点工作，同时还可隔断压力水，方便止回阀或水泵的检修。

出水管与出水总干管的连接和出水总管上均需装设闸阀，以保证水泵房在不中断供水的情况下，检修出水管。

泵房内管采用暗沟敷设，设有盖板，管沟的深度和宽度应便于检修和安装。管沟底部需设1%的坡度，坡向集水坑或排水口。

6 结 语

通过对海城市耿庄镇东耿村的饮水安全工程设计过程中工程参数的确定;输水与配水的管道水力计算、沿程水头损失计算、水泵扬程计算数据的确定及水泵的选择，为安全饮水工程建设的顺利实施提供了有力数据保障和坚实基础。

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