巴图营乡应急引水工程实施方案研究

沈 松

（辽宁省石佛寺供水有限责任公司，辽宁 沈阳 110166）

0 引言

巴图营乡位于辽宁省朝阳市北票市，2014 年春夏先后遭受了严重的春旱和伏旱，全市平均降雨量54.4 mm，比常年同期偏少七成，是1958 年以来有完整记录气象最小值。巴图营乡政府所在地缺水人口达1.48 万人，乡镇主要机关、学校、医院、供电等部门同时出现饮水困难。现有饮水工程不能满足需巴图营乡的生活和工农业用水需求，经测算实际运行缺水量为216 m3/d，因此需要对现有饮水工程进行改扩建。

1 工程概况

巴图营乡位于北票市最南部，地势东高西低，多为丘陵山地，属暖温带半湿润的大陆性季风气候区，四季分明，春冬两季降水量少，蒸发量大，空气干燥，夏季炎热，雨量较集中，属雨热高峰。多年平均降水量474.7 mm，大部分集中在7 月～9 月，约占全年降水量61.9%，多年平均气温为8.7℃。

巴图营乡属小凌河流域，境内主要有巴图营河，流域面积181.08 km2。境内有东山咀水库，位于崔家杖子河上，崔家杖子河属小凌河二级支流、巴图营河一级支流。该水库集雨面26.9 km2，河流长度7 km,河道平均比降为19‰。巴图营乡政府位于东山咀水库大坝下游。本次拟在东山咀水库输水洞出水口处取水，经过净化后经管道输水自流至巴图营乡蓄水池。

2 实施方案

2.1 供水水源选择

在巴图营乡地下水不能满足当地需水量要求的情况下，拟采用东山咀水库库区水为水源。东山咀水库于1975 年建成并投入使用，是一座以防洪、灌溉为主，兼顾养鱼、旅游等综合利用的小一型水库，建设在小凌河二级支流崔家杖子河上，水库正常高水位236.1 m，设计洪水位238.6 m，校核洪水位240.36 m。校核洪水位库容550 万m3。该水库水量可以满足巴图营乡长期用水要求，而且水质情况相对较好，可以选定为本工程的取水水源。

2.2 水量计算

根据《抗旱规划实施方案技术纲要》及《辽宁省地方标准行业用水定额》中所限定的最低每日用水量来计算水量。应急引水工程水量计算结果见表1。供需平衡可以满足中旱年乡镇居民的基本饮用水，供水保证率可达到100%。

表1 应急引水工程水量计算表

2.3 工程级别与方案

本工程的引水流量为216 m3/h，为0.06 m3/s。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》确定，北票市抗旱应急备用水源巴图营乡应急引水工程的供水对象重要性为“一般”，工程等别IV 等，工程规模为小（1）型。主要建设内容包括蓄水池1 座，输水管路1.9 km，管护房100 m2。

3 工程设计

3.1 输水管线布置

综合考虑供水安全，施工安全，节约劳动力，线路符合各行业的规划要求。巴图营乡应急引水工程输水管线自巴图营乡东山咀水库输水洞出水口处取水，输水管线向正南方向，穿过公路后转向西南方向到达巴图营乡蓄水池。输水管线全长1.9 km。

从水源的供水安全性上要求，应考虑铺设两条输水管道上，且单条输水管道应保证另一条发生事故时输水量达到总输水量的70%。但本工程取水量不大，输水距离相对较远，如果铺设两条管线，工程造价将提高近一倍，工程费用的加大，将使单位制水成本提高，引起水价的上涨，企业不易接受。综合考虑，本次工程仅建一条输水管道[1]。

3.2 输水管线选材

本输水工程具有单管线、大流量、长距离、输水安全性要求高的特点，遵循节省资金、方便供货、易于施工的原则。经比较，球墨铸铁管各种性能较好，具有耐腐蚀、承受此压力的能力，且球墨铸铁管单位长度阻力较小，在地势高差变化较大，地质条件比较复杂的长距离输水过程中优点较突出，运行成本较低。综上，决定采用安全性较高的球墨铸铁管做为本次工程的主输水管材，穿河及公路段管道采用钢管穿越。

3.3 管径确定

长距离压力输水工程中，在满足用水点所需水量和水压的前提下，输水管管径的大小与提升水泵的扬程存在着多项组合。拟通过计算法来确定本输水工程经济管径。

公式如下：

式中：d 为供水管径，m；q 为供水流量，m3/s，本次计算为216/3600＝0.06 m3/s；v 为供水管路流速，m/s，根据给排水规范规定，供水干管流速为1.2 m/s～2.0 m/s，本次取1.26 m/s。

则d=0.246，m＝246 mm, 为减少管道水损和满足自流要求，选择管径为DN600。

3.4 水锤分析

在输水管道中通常发生的多为瞬间关闭管道末端阀门而引起的水锤压力，管路系统中必须设置水锤防护措施或消除措施，将水锤压力减少到管道的试压标准以下或减小至可忽略不计。本工程系长距离输水管线，管线上有高点出现。这些高点由于距供水压力线较近，平时压力较小，一旦出现供水中断时很可能会出现水柱拉断，即非常水锤。管线可能会受到负压及随后高压的影响，有破坏的可能。

a.计算管道水击波传播速度，公式为：

式中：C 为水击波速度（m/s）；a 为水的弹性系数与管壁材料的弹性系数比值为0.02；d 为管道内径（cm）；δ 为管壁厚度（cm）。计算得C=904.15 m/s。

式中：Hα为直接水击压强水头（m）；V0为关闭前水流速度（m/s）。

计算得Hα=19.59m。

根据泵站扬程计算和直接水击压强水头计算，综合考虑采用DN600K9 的标准球墨铸铁，其最大水压力可达1.6 MPa，爆破压力达到5 MPa。可保证输水管线安全。

3.5 管道水力计算

a.沿程水头损失hf计算：

可采用下式计算管道沿程水头损失，公式为：

式中：hf为管道的沿程水头损失（m）；L 为管长（m）；Q 为管内通过的流量（m3/h）；d 为管道内径（mm）；f、m、b 为铸铁管材系数，

f=6.25×105，m=1.90，b=5.10。

b.局部水头损失hj计算：

取沿程水头损失的10%～20%为局部水头损失，本次取15%，即hj＝0.15hf。

c.管道总消减水头损失h 计算：

综上，巴图营乡东山咀水库输水洞出水口处至巴图营乡蓄水池，L=1.9 km，h=0.25 m，工作压力为21.65 m。

4 环境保护及水土保持

4.1 环境保护

该工程施工占地主要集中在管线上，且大部分为村路用地。对管线的临时占地，在工程结束后要做好原地貌恢复和复垦工作，取土场在竣工后要进行土地平整，防止水土流失、土壤退化等现象发生。其它占地在工程竣工后需要绿化的地方应及时采取植被恢复措施。进场公路两旁应植树绿化，以达到防尘、降低噪声的作用。

4.2 水土保持

抗旱应急备用水源工程水土流失类型主要为水力侵蚀。通过水土流失预测可以看出，施工时管线两侧会散落很多松土，应注意及时清理管线浮土，避免遇雨流失。临时土料堆放边坡应按1∶2 设计，坡脚处用编织袋土护脚。

5 工程运行管理

工程在运行中要对管护房、管网及蓄水池等水工建筑物经常进行监测和巡视，特别是洪水期加强监测，要定期对管道、蓄水池、闸阀井、排气阀井等进行巡查，发现问题及时处理，确保工程安全、可靠运行，使其正常发挥效益。实行法人负责制，做到管理企业化；实行按表计量收费，做到供水商业化；实行定额供水，做到用水制度化；严格执行操作规程，做到运行科学化。

6 结语

本文分析了巴图营乡应急饮水工程实施方案，分别对水源选择、输水管线布置与选材等方面进行了论述，对供水水量、水锤、水头损失等关键设计指标进行了计算，对环境保护、水土保持和工程运行管理等方面进行了论述。根据项目建成后的实施情况来看，巴图营乡应急饮水工程的实施，有效地解决了该地人民群众生活及工农业用水短缺的问题，改善了居住条件，同时也可以对全乡的引水工程运行管理起到一定的借鉴作用。