长海县小长山岛镇供水工程设计研究

于飞伏世红

(1.大连市水利建筑设计院有限公司,辽宁 大连 116000；2.大连市水务集团工程建设有限公司,辽宁 大连 116000)

1 概况

小长山岛地势主要以丘陵为主，呈东西狭长排列，中部较宽略为平坦，有显著的区域性地形高差。地处黄海北部海面，降水多集中于夏季，具有典型北方海岛特征。

长海县小长山岛镇供水工程，在已实施的2012年长海县农村饮水安全工程的基础上，利用已建成跨海输水干管[1]，新建配水支管及入户工程。

本设计方案针对小长山岛镇地形特点、用水需求等因素，采用泵站、高位水池及给水管网等构筑物进行分隔，实现海岛分区供水。

近几年来，由于小长山岛镇发展迅速，使供水管网覆盖小长山岛规划区内，实现小长山岛各村屯居民和各规划发展区域自来水管网全覆盖，是十分必要的。

2 项目可行性分析

2.1 水源可行性

项目水源为已建跨海引水水源，水量充足，水源可以满足项目区的需水要求。水质合格，满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)要求，可以作为饮水水源[1]。

2.2 输水线路可行性

本项目输水线路布置遵循的原则为以下几点。输水线路布置要求线路最短，交叉工程最少，起伏差小，施工方便快捷，土石方工程量少；尽量避免穿越重要公路、村屯、河谷、沟壑、陡坡及其它建筑物；减少拆迁，少占良田、果园，少毁植被，保护环境；尽量避开不良地质构造(地质断层、滑坡等)处，尽量沿现有或规划道路铺设；综合考虑管线施工条件、运行条件、管理条件、机电设备容量等方面的综合因素，节省能源。

本项目最终确定的输水线路，基本沿村镇道路和田间路，只有控制阀室等占用少量农田。

2.3 建设条件可行性

工程的主要建设条件在社会经济条件、水文气象条件、地质地形条件、对内对外交通条件、占地拆迁、政策支持等方面，都是适宜的。

3 项目规模确定

3.1 用水人口确定

用水人口P，设计年限内的用水人数，公式如下：

P=P0(1+γ)n+P1

(1)

式中，P为设计年限内的用水人数；P0为设计时供水范围内的现状常住人口数；γ为设计年限内人口的自然增长率，取2‰；n为工程设计年限，取20a；P1为设计年限内人口的机械增长总数，取0人。

计算设计用水人口为：

P=P0(1+γ)n+P1=9178人

3.2 用水量标准

根据《村镇供水工程设计规范》SL687-2014，有洗涤池，卫生设施较齐全的村镇最高日居民生活用水定额70～110L/(人·d)，确定本工程最高日居民生活用水定额100L/(人·d)。

3.3 最高日用水量

Q1=p×q

(2)

式中，Q1为最高日居民生活用水量，m3·d-1；q为最高日用水量标准，100L/(人·d)；p为设计年限内用水总人口，9178人。

计算最高日居民生活用水量为：

Q1=100×9178/1000=917.8m3·d-1。

3.4 未预见用水量

依据《村镇供水工程设计规范》，管网漏失水量和未预见水量之和，宜按居民最高日用水量的10%～25%取值，本项目取10%。

Q2=917.8×10%=91.8m3·d-1。

3.5 总用水量

Q=Q1+Q2=1009.6m3·d-1。

依据《村镇供水工程设计规范》，日变化系数应根据供水规模、用水量组成、生活水平、气候条件，结合当地相似供水工程的年内供水量变化情况综合分析确定，可在1.3～1.6范围内取值，本项目取1.3。该项目最高日用水总量为1009.6m3·d-1，平均日用水总量为776.6m3·d-1。

3.6 最高日最高时用水量

Qmax=Q×Kh/24

(3)

式中，Kh为时变化系数，依据《村镇供水工程设计规范》，全日制供水工程规模在1000～5000m3·d-1范围内，时变化系数Kh应在1.8～2.2范围内取值，本项目取2.2。

计算最高日最高时用水量：

Qmax=92.54m3·h-1。

4 工程设计

4.1 工程总布置

根据小长山镇政府统一规划，本项目共分中心区、西区和东区3个区域。

中心区域分8个小区域，共设计总人口4443人，从现有配水干管接入支管，然后至各个村屯入户。

西区设计总人口1165人，从总水源高位水池[2]引水，设1条配水干管。

东区分2个小区域，设计总人口3570人，从现有配水干管和中心区新建管线接入支管，然后至各个村屯入户。

4.2 管材比较

输水管管材的选择对提高供水保证率是至关重要的，在保证供水安全、可靠的前提下，选择基建投资省，管道施工及维护管理方便的管道材料也是不可忽视，目前经常使用的输水管道管材有球墨铸铁管、玻璃钢管、钢管、PE管(高密度聚乙烯管)。本工程输、配水管线管径相对较小，PE管具有重量轻、耐腐蚀、耐压强度好；可挠性好，施工方便，安装维修费用低；粗糙系数小，水流条件好，节约电能等优点。而且PE管广泛应用于小口径给水管路中，因此综合考虑，本项目推荐采用PE100级管材。

4.3 管径确定

管径按以下公式计算：

(4)

式中，Q为管段流量，m3·s-1；D为管道内径，m；ve为管道经济流速，m·s-1，根据规范要求管道经济流速控制在2.0m·s-1以下，具体各管线的流速应根据所供区域的流量和管径确定。

4.4 管道水力计算

4.4.1 计算方法

系统各级管道布置好后，从最末一级管开始，逐级推算各级管道的水头损失。

计算沿程损失的公式采用《村镇供水工程设计规范》，输配水管道沿程损失计算公式：

hf=i·l

(5)

i=10.67C-1.852Q1.852d-4.87

(6)

式中，hf为沿程水头损失，m；l为管段长度，m；i为单位管长水头损失，m·m-1；Q为管段流量，m3·s-1；d为管道内径，m；C为海曾威廉系数。

本次设计局部水头损失以整个系统中的管道沿程损失的10%计取。

系统设计水头按下式计算：

H=Zd-Zs+hs+Σhf+Σhj

(7)

式中，H为系统设计水头，m；Zd为受水水位高程，m；Zs为高位水池出水管管底高程，m；hs为预留水头，m；Σhf为由水泵吸水管至最末级管道的沿程水头损失，m；Σhj为由水泵吸水管至最末级管道的局部水头损失，m。

4.4.2 计算结果

4.4.2.1 西区最不利供水点水力计算

高位水池出水管管底高程为61.4m，西区最不利点选择在管线距离最远处，位于桃房村最北端附近，控制点高程为3.5m，距离高位水池4.12km，管径从dn280～dn25，其中管径dn280长度为2.15km，dn110管线长度为0.354km，dn90管线长度为0.33km，dn75管线长度为0.515km，dn50管线长度为0.626m，管网总损失为5.49m，剩余水头为52.41m，单层建筑物，预留水头10m，满足规范要求。

4.4.2.2 东区最不利供水点水力计算

高位水池出水管管底高程为61.4m，东区最不利点选择西部1#加压泵站处，控制点高程为22.3m，距离高位水池5.669km，管径从dn355～dn25，其中管径dn355长度为2.086km，dn225管线长度为2.281km，dn140管线长度为0.247km，dn110管线长度为1.055km，管网总损失为21.39m，剩余水头为17.71m，满足要求。

4.5 给水管网设计

本次工程配水管线均采用PE100管材，管径为dn280～dn25，工作压力0.8～1.0MPa，管线接口方式采用热熔对接，具体见表1。

表1 管网管径长度统计表

4.6 泵站设计

4.6.1 泵型选择

4.6.1.1 水泵流量选择

本项目2座泵站对应水泵流量均为对应二次加压区内对应最高日供水量，1#泵站设计流量10.10m3·h-1，2#泵站9.45m3·h-1。

4.6.1.2 水泵扬程确定

Hp=H0+hs+Σhf+Σhj+hc

(8)

式中，Hp为水泵设计总扬程，m；H0为水泵吸水管至高位水池最高水位的几何高差，m；hs为水泵泵件总水头损失，m；Σhf为泵站至高位水池管线沿程总水头损失，m；Σhj为泵站至高位水池管线局部总水头损失，按沿程总水头损失的10%取值，m；hc为其它局部损失，m。计算结果见表2、表3。

表2 1#加压泵站水力计算表

表3 2#加压泵站水力计算表

4.6.2 泵站内部设计

由于本工程东区部分用户所在位置较高，水源处的高位水池尚不能完全满足这些区域的供水，因此需要进行二次加压，故分别在东区东部和西部分别建设一座加压泵站。2座二次加压泵站均由加压泵站厂区、厂房和加压泵站组成。

二级泵站厂房尺寸均为13.2m×13.2m，建筑面积187.7m2，1#、2#加压泵站室内地面高程分别为22.3m和44.5m，厂房内设二级叠压给水设备、自动化控制柜、值班室、锅炉房等。厂房内设排水沟和集水坑，通过1.5kW小型排污泵排除厂房积水。为方便检修及安装，厂房房梁安装CD1型电动葫芦，起重量1t，起升高度9m。厂房内设配套供暖设备及配电设备。

二级泵站内工程内容为二级叠压给水设备。二次叠压给水设备包括二级叠压给水水箱、二级叠压加压泵站及其配套设备。

一级加压泵站主管道同时接入二级叠压给水水箱和二级叠压加压泵站，经叠压后以恒定压力接入配水管网。

叠压给水设备可实现叠压供水的功能，即可按设定压力利用管网原有压力叠加增压，差多少补多少，以保证出水管路压力恒定，能够达到节能稳压的效果。该设备还有小流量保压功能、保护功能及远程监控监测等优势功能。

二级叠压给水水箱有效容积按照最高日平均时2h的供水流量确定，本工程最高日平均时流量为6.72m3·h-1，因此本工程水箱有效容积为8m3。

二级叠压加压泵站从水箱及管网取水。设2台卧式离心泵，1用1备。离心泵选择时应根据水力计算结果，查水泵的性能曲线，尽可能让水泵在高效区内运行。在出水管路上加设750L稳压罐，便于夜间在停泵情况下小流量供水。

5 结语

本设计方案针对小长山岛地形特点及用水需求等因素，采用分区给水系统，实现了东、西、中3区相对独立供水，既有利于输配水管网的安全运行，又有节能作用。小长山岛镇供水工程的实施，将全面解决小长山岛镇居民饮水问题，改善当地的投资环境，加快基础设施建设，从而带动和加速地方社会经济的发展。