李新颖，杨锐婷

（中国电建集团贵阳勘察设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550081）

1 引言

云贵地区降雨量充沛，水资源丰富，水系发达，同时西南地区地貌复杂多变，地形起伏较大，受喀斯特地貌分布影响，贵州地理环境片段化严重。特别是农村聚落零散分布，村镇多处于各水系的中上游地区，人高水低，从而导致生活生产用水困难且难以保障，从而制约当地经济发展和生态建设。充分利用地域水资源，解决农村及村镇供水难题，对快速推进当地城镇化、工业化、农业化生产进程，加快社会主义新农村建设步伐、实施乡村振兴战略有着极其重要的意义。

2 工程概况

此工程位于贵州省毕节市赫章县境内，水库工程等别为Ⅳ等，工程规模为小（1）型，水库校核洪水位2 002.90 m，总库容232万m3，正常蓄水位2 000 m，相应库容201万m3，死水位1 979 m，死库容50.80 万m3，兴利库容150.20 万m3，水库具有多年调节性能。根据人口预测结果和定额取值进行需水量计算，至设计水平年2035 年，可满足本地区需水量合计151 万m3。输水管道起点为坝后泵房起点，场坪高程为1 960 m，供水终点为已建现有水厂，场坪高程为2 325 m，输水起点与终点高差约为365 m，管道总长度约4 657 m。

3 泵站设计

水泵类型通常根据地区特点和泵站的性质来选择。此工程为供水泵站，扬程较高，宜选用离心泵。水泵的结构形式选择有立式和卧式两种，由于泵站位置在库外坝后、通过有压管道进行取水，所以水泵的型式宜选卧式。对应泵站的布置型式为地面式，所以推荐泵站型式为坝后地面式泵站。

泵站装机台数与泵站的设计流量和扬程的变化幅度以及年运行小时数有关，流量变化幅度大和年运行小时数高的泵站，台数宜多，流量比较稳定和年运行小时数低的泵站，台数宜少，主泵台数可为1至4台，年运行小时数高的泵站，至少设有一台备用；年运行小时数低的泵站，可不设备用。

此泵站为高扬程泵站，其主要任务为农村人饮供水，供水流量0.06 m3/s。由于此泵站的年利用小时数都较高，其可靠性要求也较高。根据泵站运行的灵活性和机组运行的稳定性要求，宜设置一台备用机组，在水泵机组台数选择时，初步拟定了设两台工作泵加一台备用泵和设一台工作泵加一台备用泵两种方案进行比选，即拟定水泵台数为：2工作1备用共3台机组为方案一，1工作1备用共2台机组为方案二，进行台数比选。

①综合投资比较：方案一的综合投资比方案二的综合投资省38万元；年运行耗电成本方案一为183万元比方案二的177万元，耗电成本增加6万元。方案一的投资、运行成本均较优。

②运行调度灵活性及管理要求方面比较：主泵台数多则运行调度灵活性较好、工程投资较多；主泵台数少则运行调度灵活性下降、工程投资较省。其运行灵活性方案二略优，电机电压等级为380V，两种方案的防护及管理要求均不高。

通过以上综合比较，初步推荐方案一为初选方案：即水泵机组台数为3台（2用1备）。

4 输水管道水力学及结构计算

由于此工程的总体落差较大，管径的选取主要考虑沿程及管材承压能力，并保证末端水池有一定的富余水头。根据现状地形，初步计算管道管径。

管径根据下式计算：

式中：d—管道的计算内径，mm；Q—管道的计算流量，m3/s；V—管道内水的经济流速。

根据《室外给水设计标准》规定，输水管道总水头损失可按下式计算：

式中：hz—管道总水头损失，m；hy—管道沿程水头损失，m；hj—管道局部水头损失，m。根据以往设计经验，对于长管道，按沿程水头损失的10%进行估算。

沿程水头损失hy=il

式中：i—单位管长水头损失m/m；L—计算管段长度m；q—设计流量m3/s；Ch—海曾-威廉系数m3/s，金属管道取120。

根据表1 计算结果，在设计流量输水条件下，各管段末端节点均具有一定的富余水头，且超过2 m，能满足有压输水要求。

表1 管道水头损失计算表

5 管道结构计算

在此设计中，管材为Q235 钢管，根据《灌溉与排渠系建筑物设计规范》管道壁厚采用下列公式：

式中：δ—钢管管壁计算厚度，mm；p—设计内水压力，MPa，根据《村镇供水工程技术规范》，当管道采用钢管时，设计内水压力=最大工作压力+0.5≥0.9；［σ］—钢材允许应力，Q235（GB/T700）为0.55×235 MPa；Ф—焊缝系数，单面焊时取Ф=0.90；C—锈蚀余量，取C=2 mm；

通过计算，得到钢管的计算厚度为9.20 mm，在此设计中最大选用的壁厚为10 mm。由于管道在起点压力较大，末端压力较小，因此从经济角度的考虑，当管道设计内水压力小于2.50 MPa时，采用壁厚为8 mm的钢管，当管道设计内水压力大于等于2.50 MPa时，采用壁厚为10 mm的钢管。

提水工程运行费用计算

泵站的年运行费用计算按下式计算：

式中：f—单位电价，元/（kw·h），取0.87；ρ—水的密度，kg/m3；g—取9.8 N/kg；H—水泵的扬程，m 考虑泵站内部水损及富余水头，水泵的扬程为372.92 m；t—泵站的年运行小时数，h，按24 h全天运行计算；η—机组的效率，取0.9。

通过计算，得到泵站的每年运行费用为164.96 万元，取折现率为0.8，根据《水利水电工程合理使用年限及耐久设计规范》，泵站的合理使用年限为50年，此工程的泵站系统50年的总费用现值为2 018.04 万元，土建投资159.25 万元，管材投资约220.28万元，总费用现值约2 397.57万元。

6 结论

贵州地形复杂，村落分散，为解决贵州赫章县三个乡镇及一个村落24 933人的生活用水问题，但由水源位于供水终端下游，水源与供水终端净扬程约350 m，需通过泵站提水方可实现供水需求。

影响工程投资的因素很多，文章通过对泵站设计、水力学、管道结构及泵站运行费用等方面进行系统分析及计算，得到初步的工程估算。在长距离管道的设计中，还应对管径及泵站进行多方案分析，在满足技术要求的同时，充分地利用地形条件，减少管道投资及泵站的运行费用，使工程效益最大化。