巴圖營鄉(xiāng)應(yīng)急引水工程實(shí)施方案研究

沈 松

（遼寧省石佛寺供水有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110166）

0 引言

巴圖營鄉(xiāng)位于遼寧省朝陽市北票市，2014 年春夏先后遭受了嚴(yán)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 年以來有完整記錄氣象最小值。巴圖營鄉(xiāng)政府所在地缺水人口達(dá)1.48 萬人，鄉(xiāng)鎮(zhèn)主要機(jī)關(guān)、學(xué)校、醫(yī)院、供電等部門同時(shí)出現(xiàn)飲水困難?，F(xiàn)有飲水工程不能滿足需巴圖營鄉(xiāng)的生活和工農(nóng)業(yè)用水需求，經(jīng)測(cè)算實(shí)際運(yùn)行缺水量為216 m3/d，因此需要對(duì)現(xiàn)有飲水工程進(jìn)行改擴(kuò)建。

1 工程概況

巴圖營鄉(xiāng)位于北票市最南部，地勢(shì)東高西低，多為丘陵山地，屬暖溫帶半濕潤的大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，春冬兩季降水量少，蒸發(fā)量大，空氣干燥，夏季炎熱，雨量較集中，屬雨熱高峰。多年平均降水量474.7 mm，大部分集中在7 月～9 月，約占全年降水量61.9%，多年平均氣溫為8.7℃。

巴圖營鄉(xiāng)屬小凌河流域，境內(nèi)主要有巴圖營河，流域面積181.08 km2。境內(nèi)有東山咀水庫，位于崔家杖子河上，崔家杖子河屬小凌河二級(jí)支流、巴圖營河一級(jí)支流。該水庫集雨面26.9 km2，河流長度7 km,河道平均比降為19‰。巴圖營鄉(xiāng)政府位于東山咀水庫大壩下游。本次擬在東山咀水庫輸水洞出水口處取水，經(jīng)過凈化后經(jīng)管道輸水自流至巴圖營鄉(xiāng)蓄水池。

2 實(shí)施方案

2.1 供水水源選擇

在巴圖營鄉(xiāng)地下水不能滿足當(dāng)?shù)匦杷恳蟮那闆r下，擬采用東山咀水庫庫區(qū)水為水源。東山咀水庫于1975 年建成并投入使用，是一座以防洪、灌溉為主，兼顧養(yǎng)魚、旅游等綜合利用的小一型水庫，建設(shè)在小凌河二級(jí)支流崔家杖子河上，水庫正常高水位236.1 m，設(shè)計(jì)洪水位238.6 m，校核洪水位240.36 m。校核洪水位庫容550 萬m3。該水庫水量可以滿足巴圖營鄉(xiāng)長期用水要求，而且水質(zhì)情況相對(duì)較好，可以選定為本工程的取水水源。

2.2 水量計(jì)算

根據(jù)《抗旱規(guī)劃實(shí)施方案技術(shù)綱要》及《遼寧省地方標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)用水定額》中所限定的最低每日用水量來計(jì)算水量。應(yīng)急引水工程水量計(jì)算結(jié)果見表1。供需平衡可以滿足中旱年鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民的基本飲用水，供水保證率可達(dá)到100%。

表1 應(yīng)急引水工程水量計(jì)算表

2.3 工程級(jí)別與方案

本工程的引水流量為216 m3/h，為0.06 m3/s。根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》確定，北票市抗旱應(yīng)急備用水源巴圖營鄉(xiāng)應(yīng)急引水工程的供水對(duì)象重要性為“一般”，工程等別IV 等，工程規(guī)模為?。?）型。主要建設(shè)內(nèi)容包括蓄水池1 座，輸水管路1.9 km，管護(hù)房100 m2。

3 工程設(shè)計(jì)

3.1 輸水管線布置

綜合考慮供水安全，施工安全，節(jié)約勞動(dòng)力，線路符合各行業(yè)的規(guī)劃要求。巴圖營鄉(xiāng)應(yīng)急引水工程輸水管線自巴圖營鄉(xiāng)東山咀水庫輸水洞出水口處取水，輸水管線向正南方向，穿過公路后轉(zhuǎn)向西南方向到達(dá)巴圖營鄉(xiāng)蓄水池。輸水管線全長1.9 km。

從水源的供水安全性上要求，應(yīng)考慮鋪設(shè)兩條輸水管道上，且單條輸水管道應(yīng)保證另一條發(fā)生事故時(shí)輸水量達(dá)到總輸水量的70%。但本工程取水量不大，輸水距離相對(duì)較遠(yuǎn)，如果鋪設(shè)兩條管線，工程造價(jià)將提高近一倍，工程費(fèi)用的加大，將使單位制水成本提高，引起水價(jià)的上漲，企業(yè)不易接受。綜合考慮，本次工程僅建一條輸水管道[1]。

3.2 輸水管線選材

本輸水工程具有單管線、大流量、長距離、輸水安全性要求高的特點(diǎn)，遵循節(jié)省資金、方便供貨、易于施工的原則。經(jīng)比較，球墨鑄鐵管各種性能較好，具有耐腐蝕、承受此壓力的能力，且球墨鑄鐵管單位長度阻力較小，在地勢(shì)高差變化較大，地質(zhì)條件比較復(fù)雜的長距離輸水過程中優(yōu)點(diǎn)較突出，運(yùn)行成本較低。綜上，決定采用安全性較高的球墨鑄鐵管做為本次工程的主輸水管材，穿河及公路段管道采用鋼管穿越。

3.3 管徑確定

長距離壓力輸水工程中，在滿足用水點(diǎn)所需水量和水壓的前提下，輸水管管徑的大小與提升水泵的揚(yáng)程存在著多項(xiàng)組合。擬通過計(jì)算法來確定本輸水工程經(jīng)濟(jì)管徑。

公式如下：

式中：d 為供水管徑，m；q 為供水流量，m3/s，本次計(jì)算為216/3600＝0.06 m3/s；v 為供水管路流速，m/s，根據(jù)給排水規(guī)范規(guī)定，供水干管流速為1.2 m/s～2.0 m/s，本次取1.26 m/s。

則d=0.246，m＝246 mm, 為減少管道水損和滿足自流要求，選擇管徑為DN600。

3.4 水錘分析

在輸水管道中通常發(fā)生的多為瞬間關(guān)閉管道末端閥門而引起的水錘壓力，管路系統(tǒng)中必須設(shè)置水錘防護(hù)措施或消除措施，將水錘壓力減少到管道的試壓標(biāo)準(zhǔn)以下或減小至可忽略不計(jì)。本工程系長距離輸水管線，管線上有高點(diǎn)出現(xiàn)。這些高點(diǎn)由于距供水壓力線較近，平時(shí)壓力較小，一旦出現(xiàn)供水中斷時(shí)很可能會(huì)出現(xiàn)水柱拉斷，即非常水錘。管線可能會(huì)受到負(fù)壓及隨后高壓的影響，有破壞的可能。

a.計(jì)算管道水擊波傳播速度，公式為：

式中：C 為水擊波速度（m/s）；a 為水的彈性系數(shù)與管壁材料的彈性系數(shù)比值為0.02；d 為管道內(nèi)徑（cm）；δ 為管壁厚度（cm）。計(jì)算得C=904.15 m/s。

式中：Hα為直接水擊壓強(qiáng)水頭（m）；V0為關(guān)閉前水流速度（m/s）。

計(jì)算得Hα=19.59m。

根據(jù)泵站揚(yáng)程計(jì)算和直接水擊壓強(qiáng)水頭計(jì)算，綜合考慮采用DN600K9 的標(biāo)準(zhǔn)球墨鑄鐵，其最大水壓力可達(dá)1.6 MPa，爆破壓力達(dá)到5 MPa?？杀ＷC輸水管線安全。

3.5 管道水力計(jì)算

a.沿程水頭損失hf計(jì)算：

可采用下式計(jì)算管道沿程水頭損失，公式為：

式中：hf為管道的沿程水頭損失（m）；L 為管長（m）；Q 為管內(nèi)通過的流量（m3/h）；d 為管道內(nèi)徑（mm）；f、m、b 為鑄鐵管材系數(shù)，

f=6.25×105，m=1.90，b=5.10。

b.局部水頭損失hj計(jì)算：

取沿程水頭損失的10%～20%為局部水頭損失，本次取15%，即hj＝0.15hf。

c.管道總消減水頭損失h 計(jì)算：

綜上，巴圖營鄉(xiāng)東山咀水庫輸水洞出水口處至巴圖營鄉(xiāng)蓄水池，L=1.9 km，h=0.25 m，工作壓力為21.65 m。

4 環(huán)境保護(hù)及水土保持

4.1 環(huán)境保護(hù)

該工程施工占地主要集中在管線上，且大部分為村路用地。對(duì)管線的臨時(shí)占地，在工程結(jié)束后要做好原地貌恢復(fù)和復(fù)墾工作，取土場(chǎng)在竣工后要進(jìn)行土地平整，防止水土流失、土壤退化等現(xiàn)象發(fā)生。其它占地在工程竣工后需要綠化的地方應(yīng)及時(shí)采取植被恢復(fù)措施。進(jìn)場(chǎng)公路兩旁應(yīng)植樹綠化，以達(dá)到防塵、降低噪聲的作用。

4.2 水土保持

抗旱應(yīng)急備用水源工程水土流失類型主要為水力侵蝕。通過水土流失預(yù)測(cè)可以看出，施工時(shí)管線兩側(cè)會(huì)散落很多松土，應(yīng)注意及時(shí)清理管線浮土，避免遇雨流失。臨時(shí)土料堆放邊坡應(yīng)按1∶2 設(shè)計(jì)，坡腳處用編織袋土護(hù)腳。

5 工程運(yùn)行管理

工程在運(yùn)行中要對(duì)管護(hù)房、管網(wǎng)及蓄水池等水工建筑物經(jīng)常進(jìn)行監(jiān)測(cè)和巡視，特別是洪水期加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，要定期對(duì)管道、蓄水池、閘閥井、排氣閥井等進(jìn)行巡查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，確保工程安全、可靠運(yùn)行，使其正常發(fā)揮效益。實(shí)行法人負(fù)責(zé)制，做到管理企業(yè)化；實(shí)行按表計(jì)量收費(fèi)，做到供水商業(yè)化；實(shí)行定額供水，做到用水制度化；嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程，做到運(yùn)行科學(xué)化。

6 結(jié)語

本文分析了巴圖營鄉(xiāng)應(yīng)急飲水工程實(shí)施方案，分別對(duì)水源選擇、輸水管線布置與選材等方面進(jìn)行了論述，對(duì)供水水量、水錘、水頭損失等關(guān)鍵設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行了計(jì)算，對(duì)環(huán)境保護(hù)、水土保持和工程運(yùn)行管理等方面進(jìn)行了論述。根據(jù)項(xiàng)目建成后的實(shí)施情況來看，巴圖營鄉(xiāng)應(yīng)急飲水工程的實(shí)施，有效地解決了該地人民群眾生活及工農(nóng)業(yè)用水短缺的問題，改善了居住條件，同時(shí)也可以對(duì)全鄉(xiāng)的引水工程運(yùn)行管理起到一定的借鑒作用。