罗科峰

(韶关市华源水电建设有限公司，广东 韶关 512000)

1 概 况

随着社会经济的快速发展，改善农村居民生活饮用水条件，实施农村引水安全工程建设是社会发展的必然产物，也是农村居民的迫切希望。农村饮用水工程中，管网投资占比总投资的50%-80%，甚至更多。管网的优化设计可以产生可观的工程投资，产生非常显著的经济效益[1-3]。

某镇供水工程十余个行政村由于其工程地点、水源等特殊性，自来水一直未普及，村民饮水条件极差。该镇具有极其丰富的水资源，村民居住得又很集中，自来水普及建设具有很大的发展潜力。

2 工程建设内容

工程因地制宜实施小型连片、单村集中供水，稳步提升农村集中供水入户率和水质达标率。工程新建供水主管77.71km，新建入户管135.22km，入户水表箱420套，入户智能水表4050套。

3 需水量分析

水量预测是供水工程规划的基础和决定建设规模的重要因素。水量预测应力求符合用水发展的实际，通过合理分析当地水资源、水环境质量、用水习惯、工业结构及参照邻近地区规模大致相当的地区供水经验，采取适当的方法进行。水量预测通常采用的方法有数理统计法、分项用水指标预测和综合用水指标预测法[4-5]。

参照《村镇供水工程技术规范》(SL310-2019)、《广东省农村饮水安全工程建设管理实施细则》，该工程采用分项用水指标法对全区的用水量进行预测，以确定工程供水规模。用水量包括生活用水、企业用水、公共设施用水、管网漏失水量及其他用水水量等。

该工程包括赖家村、上江村、下江村等19个自然村，现状人口合计16211人，按人口增长率6.2‰计算，计算人口总量17245人，最高人均日用水量100L。经计算，设计用水量：居民生活用水量1727.9m3/d，公共建筑用水172.79m3/d，管网漏失水量和未预见水量190.9m3/d，设计用水量2090.78m3/d，最高供水量2100m3/d。

4 管网布置原则

1)为了确保全部用水区管网的合理分布，线路不能过长，同时要满足乡村建设的标准。

2)如果村或镇的规模较小，可布置为树枝状的管网；如果是大规模及条件好的村镇，可以考虑布设环状管网或者是环状与树枝状结合。

3)管线最好布置在原有的道路的旁边。布置管道的路线要避开有危害性的地段，例如有毒物、腐蚀性和生物污染等，如果必须穿过时必须做好防护措施。必须以最短的距离布置干管并连接用水大户。针对管道凸起的位置，必须安装自动的排气和进气阀门。有必要将泄水阀设置在树枝状管网的末端。干管上检修阀的设置要本着分段或者分区的原则，支管上检修阀的设置必须选择合理的位置。

5)如果表现很大的地形高差，就要在合理的位置设置压泵站和减压设备，设计原则是按照分压供水和供水水压的具体要求。

6)消火栓的设置必须按照村镇的实际情况和具体要求进行，而且要在取水方便和比较醒目的位置设置。

7)在取水方便的位置设置集中供水点。

8)必须在水压最差用户接管点位置安设测压表。

4.1 选择给水材料

1)球墨铸铁管：具有良好的技术性和适应性，外荷载大且内压承受力高，具备超强的耐腐蚀性，光滑的管内壁衬有水泥砂浆的防腐层，避免被再次污染，接口处设置柔性的T型橡胶圈，良好的密封性减少了漏耗水，既节能又耐使用。尤其是最近这些年，在大、中型城市的管网建设和改造工程中广泛应用。在重量上，球墨铸铁管比混凝土管轻，又重于钢管、塑料管和夹砂玻璃钢管，制作成本比较高。

2)钢管(SP)：具有良好的技术性，外荷载大且内压承受力高，韧性和耐冲击性极佳，可以适应比较复杂的地质，特别是在水利建设中的穿地道、河流、过铁路和爬堤等环境中应用，具有极高的可靠性，被各类工程广泛应用。在质量上普遍轻于混凝土管径和球墨铸铁管，更方便运输和安装。钢管的缺点是耐腐蚀性差，需要具备较高的防腐技术和采取特殊的防腐手段，同时有很高的加工精度要求，维护比较困难，在造价上高于球墨铸铁管和混凝土管。

3)聚乙烯给水管(PE管)：该材料具备稳定的化学性能、良好的特里机构性、优秀的卫生环保性，因为比其他管道更出众，得到不同领域的大力应用。其优质的性能表现在下面几点：超强的耐用性，使用寿命超过50年；耐腐蚀性极高、具备很强的抗附着能力；因为该材料在化学上的惰性，不会遭受土壤中天然物质的腐蚀，可以在不同的土壤环境中应用，不需要太多的维护。

4)SRCP管(钢丝网增强聚乙烯复合管)：因为原材料的优质性和生产技术的先进性，该材料的耐压性能极高。同时又具备良好的柔性，可以在长距离管道中使用，比如埋地的输气和供水管道等。该管材是利用聚乙烯电容管件作为原材料。连接的过程中，管材的外层塑料可以通过管件的内部发光体与管件内层塑料进行熔融，实现管材与管件的牢固连接。

《城市供水行业2010年技术进步发展规划及2020年远景目标》对城市供水管材的选用提出了明确的要求，其选择原则是：能承受要求的内压和外荷载；使用性能可靠，维护工作量少，施工方便；使用年限长；内壁光滑，输水能力基本保持不变；造价低。

通过上述各种管材的技术性能对比，同时根据供水工程设计规范和要求，结合《村村通自来水工程规划》省厅对管材的推荐意见，本次设计所采用的供水管网(DE≥50mm)管材均采用SRCP管(钢丝网增强聚乙烯复合管)，(DE<40mm)管材均采用PE管。

另外，对于局部穿越障碍物、部分跨度较窄的河流、地质不良地段则采用SRCP管配合定向钻的拖拉管技术，在需要明铺管道的部分则需要采用钢管，韶关地区空气潮湿气温高，盐分对于钢管的腐蚀问题不容忽视，所以本工程要求所有外露及埋地使用钢管的部分，都需要按照《埋地钢质 管道环氧煤沥青防腐层技术标准(SY/T0447一96)》中要求的特加强级防腐层结构进行处理。

4.2 给水管网水力计算

4.2.1 供水管网设计流量

最高日最高时用水量是管网的全部管段的沿线流量加在一起的数值。可以按照区域不同管段的用水人口和人均用水当量，以及机关、学校等用水大户的配水流量，进行各管段的沿线出流量的有效计算。计算人均用水当量可利用以下公式：

人均用水当量：

q=1000(W-W1)Kh/24P

(1)

式中：q为人均用水当量设定为，L/(h·人)；W为村镇的日用水最高量设定为，m3/d；W1为用水大户的用水量之和设定为，m3/d；Kh为时变化系数；P为村镇规划用水人口设定为，人。

经计算，人均用水当量为13.25L/(h ·人)。

根据《村镇供水工程设计规范(SL310-2019)》的要求，以及本段管道承担的供水量，以最高日最高时设计流量计算各个供水点的设计流量。人均用水当量的计算，必须按照明确后的参数借助人均用水当量公式进行，不同管段节点流量则是按照不同管段承担的人口数量计算。

4.2.1 设计流速

输配水管道的设计流速，宜采用经济流速，≤2.0m/s。

4.2.2 水力计算

管道水头损失计算应包括沿程水头损失和局部水头损失，并按如下要求进行计算：

沿程水头损失可按《村镇供水工程技术规范SL310-2019》中的公式进行计算。

4.2.3 管径计算

由水力学知识可知，管线布置已定，已知要求输送的流量时，可确定管径。考虑管线的沿程水头损失、局部水头损失，在确保供水点具有最小服务水头的情况下确定最优管径。

4.2.4 自由水压复核

用户接管点在配水管网中的最小服务水头，若建筑物为单层设定为5m-10m，若建筑物为两层则设定10m-12m，而二层以上建筑物，增加一层增加4m,如果用户超过接管点的高度，则是需要叠加用户与接管点的地形高差。净水压>40m水头设减压阀，不足5m设一体化加压设备。

以供水管网1为例进行水力计算，共分为1-77个节点，其中0-4节点最大供水流量0.0241m3/s,初定流速1.20m/s，管长1615.9m，上游节点水压标高793.7m，下游节点地面标高753.29m，下游节点水压标高758.86m，沿程水头损失7.37m，局部水头损失0.737m，总水头损失8.107m，累计自由水头32.57m。实际流速0.93m，计算管径159.81mm，选取管内径182mm。

4.2.5 管道敷设

本工程管道主要措施是地埋敷设，同时辅助于明敷。

1)在敷设跨河桥位置时，怎样固定沿桥两侧底部支架，是优先考虑的问题，还要考虑电站跨河桥桥面两侧管线的靠边布置方式。

2)避免与国道和省道交汇，如果难以避免时，就要考虑在国道或者省道某些凸起处利用顶管施工技术进行穿路。

3)敷设倘若穿乡村水泥路，可以考虑进行部分开挖施工，要以最快的速度完工及早恢复。

4)针对很浅覆盖层或者岩基出露的区域、道路排水沟周围等的管道敷设，可浅埋并用混凝土进行外包。

管道采用地埋方式时，按如下标准设计：①路线不能过长，符合地埋标准、在沿线或者规划道路的侧面敷设；减少穿越高等公路、河流等障碍物；少占农田、少损毁植被，保护环境。②输配水管道宜埋设于地下，原则要求管顶覆土≥1.0m，开挖沟槽沟宽≥管外径加0.5m，要求挖至设计标高，如有局部超挖，需用符合要求的原土壤分层夯实，针对沟槽的填土，管道敷设完成后第一时间回填；务必要填实管底与管道下端的空隙；③应该在没有被扰动的原状土层埋设管道；必须利用细土填充管道附近0.2m的区域；不能低于90%的回填土压实系数，接口前后0.2m范围内不得回填，以便试压时观察，管道的冲洗和试压等应符合GB50268的有关规定，水压试验合格后，应及时回填其余部分管段；④在岩基风化层上埋设时，管顶覆土≥0.5m；穿越道路、农田管顶覆土≥1.0m；管道穿越河流时，埋深应在其相应防洪标准的洪水冲刷深度以下，且≥1m；针对很浅覆盖以及岩基出露区域或者省道排水沟周围，可考虑露天明设或者浅埋。

若管道露天明设，需设置保证管道整体稳定的措施(支墩或镇墩)，管道穿越河流、跨越桥梁两岸需设置支墩或镇墩等，管道转角及变坡的位置同样需要设置支墩或镇墩等，管底不能悬空。

1)管线穿越混凝土道路时，需破路开挖，输水管道采用钢管，钢管需外两布四油内衬水泥砂浆防腐，管道埋深为1m，采用开挖料回填夯实，压实系数≥90%。管道穿越水泥道路段施工完成后应尽早恢复道路，减少阻碍车辆通行。混凝土道路恢复厚度为20cm，混凝土强度采用C25。

2)管线穿越清化河时，需选择在枯水期布设围堰进行河道开挖，输水管道采用钢管，钢管外两布四油内衬水泥砂浆防腐，管道埋深为1.5m，采用开挖料回填夯实，压实系数≥90%。

3)管线穿越桥梁时，采用明敷方式，输水管道采用钢管，钢管需外两布四油内衬水泥砂浆防腐。管道跨越桥梁两岸需设置支墩或镇墩等。

4)管线沿县道X257布置时，需破路开挖，输水管道采用SPRC管，管道埋深为1m，采用开挖料回填夯实，压实系数≥90%。管道施工完成后应尽早恢复道路，减少阻碍车辆通行。混凝土道路恢复厚度为20cm，混凝土强度采用C25。

4.3 管道附属设施

管道附属设施的设计，要遵循相关的设计规范和运行维护规程进行，包括以下几个方面：

1)管道沿线每隔1-2km左右设一隔断阀，更有利于分段检修管道。

在给水管网运行中，阀门不仅可以进行水压和流量的调节，更可以在工程维修过程中截断水源，具有保障管网安全运行的作用。阀门布设要本着少而运用灵活的原则。选择密闭性高、运用力矩小、故障少、耐腐蚀、精度高、结构合理、方便安装和维护的阀门。由于本工程管径较小，最大DN250，为节省费用，建议阀门选用手动闸阀。

2)两个隔断阀之间最低处设泄水阀，用于检修时放空管道。

表1 排泥阀规格表

4.4 在管道凸起处设排气阀。

在管道的凸起点设排气阀；长距离无凸起点的管段，每隔1.0km左右设排气阀。排气阀可以设置在压力管的隆起点，发挥排除管内空气的作用，还可以在维修管道时吸收空气，确保顺畅地排水，另外，水锤产生时能够让空气自动进入，避免负压的生成，为了维修方便，务必要垂直安装排气阀。各规格管道选用排气阀直径如表2。

表2 排气阀规格表

4.5 计量设施

为保证计量的精确度，本次供水管网计量设备选型为：公称直径≥DN200的计量设备选用电磁流量计水表，直径

在供水主管上的总计量设备，安装在清水池出水总管上；在入村的干管上分别设置水表，水表直径同管径,,入村水表设置在水表井内；供水管入户时均设置智能水表，公称直径DN20，入户水表根据一定的户数安装在水表箱内。

5 结 语

农村供水工程是一个复杂的工程，影响因素众多，仅从管网设计考虑，具有一定的局现象，但可以为农村类似饮用水工程提供借鉴和参考。