论文部分内容阅读
【摘 要】农村安全饮水工程对于我国推行社会主义新农村建设具有极为重要的意义。配水管网设计工作是农村安全饮水工程的重要环节。在本文中，笔者根据农村安全饮水工程的相关经验，阐述配水管网选线和相关布置原则，并进行管材选择、管网水力计算等必要研究，以期促进我国农村安全饮水工程的顺利进行。
【关键词】新农村；安全饮水工程；配水管网设计；环节
1. 前言
农村安全饮水工程是一项系统、复杂的工程，涉及范围较广，其中配水管网的设计工程是农村安全饮水工程的重要环节。饮水工程配水管网设计工作主要包括以下几个方面：配水管道的选线布置；选择各级管道管材；计算配水管管网水力以及确定配水管管径等。在实际的农村安全饮水工程中，配水管网设计应严格以及相关设计规范，并结合本地农村地区的地理和气候特点合理进行，使得设计满足技术科学性和经济合理性要求，以有效提高农村安全饮水工程的经济效益。
2. 配水管网布置原则
就农村安全饮水工程而言，配水管网包括各种配水管道、管件以及相关的附属管道装置等，来自于供水站供给的水经过配水管网可以实现向用户配水和输水过程。安全饮水工程配水管网的布置形式主要有三种，分别为树枝状形式、环状形式以及混合状形式。在进行配水管网选线布置工作时应注意遵循以下几个方面的原则[1]：
（1）配水管网在满足覆盖整个用水区域要求的前提条件下尽可能缩短线路，这符合经济合理性要求。
（2）配水管网的具体布置形式可以根据用水村镇规模情况来确定，如果用水区域范围较小，布置成树枝状的配水管网较为合理，而对于用水区域范围较大的情况，宜将配水管网布置成环状形式或环、树结合的形式。
（3）布置配水管网时应充分考虑当地的地形地貌情况，如果当地地形复杂的山区丘陵，在应尽可能将配水管网沿山脊布置，以达到有效减少配水管道起伏的目的。在布置时应尽可能避免爬坡现象，确需爬坡布置配水管道的最大坡度应保持在1：1.5以内，并且应小于土壤的内摩擦角。
（4）应保持配水管道的转弯角度不小于一个直角的角度。且应尽可能沿规划道路路边设置配水管道；埋设配水管道时应将其埋设在原状土层（未经扰动）里，如果需要将配水管道布置在岩基上，则可以根据实际情况进行铺设砂垫层的合理措施。如果埋设配水管网的土壤过于松软，或为软土地基时，应根据实际情况进行必要的基础处理，确保地基满足配水管道的承载力要求。
（5）如果配水管道存在凸起点，则应根据实际情况合理设置自动进（排）气阀装置。在农村安全饮水工程中所配置的自动进（排）气阀装置一般为单口排气阀，其与管道两者之间的直径比大约为1：2～1：5。在排水管道的最低位置应合理设置泄水阀渣泄水阀装置，其与管道两者之间的直径之比大约为1：3左右。
（6）如果配水管网经过的区域具有较大的地形高差，则应根据地形高差的实际情况，在满足安全饮水工程供水水压要求和分压供水需要的前提条件下在配水管道的合理位置布置必要的加压泵装置或减压装置。
（7）在布置配水管网时，应根据用水村镇的实际情况以及当地环境条件，按照相关消防要求合理布置消火栓设备，一般情况下应将消火栓设备布置在应取水方便的醒目位置。
（8）应将排水管网的集中供水点设置在取水方便的位置，如果当地位于北方寒冷地区，还应合理布置配水管网的防冻措施。此外，应将测压表设备布置在水压最不利用户接管点的位置较为合理。
3. 合理选择管材
为了确保农村安全饮水工程具有较好的经济效益和社会效益，前提是应确保供水水质。近些年来，经济建设发展极为迅速，难以计量的工业废水、生活污水以及大量地面污染物被排入各个河流以及渗入地下，严重降低了河流、水库以及地下水的质量，使得广大人民在生产和生活中深受其害。这就给农村安全饮水工程提出了较高的要求，需要保证供水质量。因此，安全饮水工程所使用的配水管材应具有一定的化学稳定性和物理稳定性，能经受住各种环境的考验，并且能有效抵制供水中所含电解质的化学腐蚀等。此外，配水管道的管材还应具备良好的水力性能，管道内壁应保持良好的光滑性能，在长时间的使用条件下不易沉积污垢。综合上述各种因素对配水管道管材的要求，以及合理考虑农村安全饮水工程的经济效益，我们应选择节能性能好、耐化学腐蚀、成本低廉以及施工安装简便的PE管材较为合理，既能满足配水管道长期使用的要求，同时还具备较好的经济效益。通常使用配水管道的口径为DN20～DN630[2]，总共具有14种型号。
4. 配水管网水力计算
4.1 配水管网设计流量。
农村安全饮水工程中，配水管网的设计流量应能够满足当地用于最高用水量需求，即配水管网的最高日最高时用水量，其计算公式为：
Q配=KhQ设/24 （1）
在上述公式中，Q配为饮水工程的配水管网设计流量，Kh为用水量的时变化等数，Q设设为配水管网的设计供水能力，按最高日用水量计算。
4.2 人均用水当量。
人均用水当量的计算公式为：
q0=（Q配-∑Q焦）/P （2）
在上述公式中，q0为人均用水当量，其单位为m3/h·人，Q配为饮水工程的配水管网设计流量，其单位为m3/h。∑Q焦为各种用水单位最高时用水量相加之和，其单位与Q配一样，也为m3/h。P为用水地区总人口。
4.3 节点出流量。
节点出流量是配水管网设计的一个重要因子[3]。工作人员在绘制管网水力计算图过程中，节点可以以小圆圈表示，即为配水管网的折点、用水点以及集中出流点。在配水管网中，每个节点的出流量主要包括两个部分，其一是综合用水出流量，其流量值为人均用水当量与配水管道该节点供水人数两者的乘积；其二是集中出流量，这是为各个用水单元的最高时用水量。配水管网的最高日最高时用水量等于配水管网的所有节点出流量累积之和。 4.4 配水管段设计流量。
管段设计流量的具体计算方法为：若配水管网设计为树枝状，则管网设计流量为本配水管段下游各个配水管段的出流量累加结果；若配水管网设计为环状，则配水管段设计流量与管网平差有关。在进行配水管网设计时，需要将各段管段的设计流量标注在管网水力计算图上[4]。
4.5 管道内径的计算。
在配水管网设计中，配水管道内径由一下公式确定：
D=（4Q/Veπ）1/2 （3）
在上述公式中，D为配水管道的计算内直径，其单位为m。Q和Ve分别为管段设计流量和经济流速，其单位均分别为m3/s和m/s。其中的经济流速确定时需要综合考虑安全饮水工程当地的管材单价、电费以及人工费用等。经济流速与管道内径基本成正比关系，管径较大则经济流速大，管径较小则经济流速小[5]。干线配水管道流速范围为0.5～0.75m/s，支线配水管道流速范围为0.75～1.0m/s。有的配水管道需要设置消防栓设备，则应保持其内径大于等于0.1m。
4.6 配水管道水头损失计算。
在计算配水管道水头损失时，应充分考虑两个方面的因素，其一是沿程水头损失，其二是局部水头损失，这部分损失可按平配水管道沿程水头损失大约5%～10%的值进行计算。
4.7 标注配水管网水力计算图。
标注配水管网水力计算图，应根据农村安全饮水工程的地形图或实际测量结果，合理确定配水管道各节点的地面高程，并标注在配水管网水利计算图上。标注结果如图1所示。
4.8 确定其他必要参数。
对最不利点的自由水头以及各节点的水压线标高进行合理的确定。最不利点的自由水头的确定应根据建筑高度确定，单层建筑5～10m，二层建筑10～12m，以后每增一层则增加3.5～4.0m。将最不利点的水压线标高确定，然后下游节点向上游节点推算，上游节点水压线标高为下游节点水压线标与上管段的总水头损失累加之后，余者依此类推。
5. 结语
总之，农村安全饮水工程是一项系统、复杂的工程，涉及范围较广，其中配水管网的设计工程是农村安全饮水工程的重要环节，关系到安全饮水工程的成败。从配水管道的选线布置、选择各级管道管材、计算配水管管网水力以及确定配水管管径等方面加强农村安全饮水工程配水管网的合理设计，确保安全饮水工程合乎技术科学性和经济合理性的要求，对于促进我国农村安全饮水工程的顺利进行具有极为重要的现实意义。
参考文献
[1] 王晶晶、王永强.然村供水工程配水管网设计—以郑州市航空港区刘庄、辛庄为例[J].河南科技，2011，（09）：141～142.
[2] 杜国民、许天鹏.告别苦咸水 甘泉进农家—魏县“4354”工作法实施农村饮水安全工程建设成效显著[J].河北水利，2010，（13）：57～60.
[3] 齐学斌、张志刚、杨保安.农田输配水管网设计研究现状及发展趋势[J].西北水资源与水工程，2012，（09）：41～43.
[4] 王伟华、陆岩、许明辉.杜尔伯特县农村饮水安全工程配水管网水力计算 [J].黑龙江水利科技，2013，（01）：31～32.
[5] 张永祥、刘敬涛、秦景华、丰铠斌、翟慧霞、王慧峰、彭庆君、朱亚雷.北京市郊区农村安全饮用水保障技术及实例分析—以朝阳区农村饮水工程为例[J].北京水务，2009，（12）：35～41.
【关键词】新农村；安全饮水工程；配水管网设计；环节
1. 前言
农村安全饮水工程是一项系统、复杂的工程，涉及范围较广，其中配水管网的设计工程是农村安全饮水工程的重要环节。饮水工程配水管网设计工作主要包括以下几个方面：配水管道的选线布置；选择各级管道管材；计算配水管管网水力以及确定配水管管径等。在实际的农村安全饮水工程中，配水管网设计应严格以及相关设计规范，并结合本地农村地区的地理和气候特点合理进行，使得设计满足技术科学性和经济合理性要求，以有效提高农村安全饮水工程的经济效益。
2. 配水管网布置原则
就农村安全饮水工程而言，配水管网包括各种配水管道、管件以及相关的附属管道装置等，来自于供水站供给的水经过配水管网可以实现向用户配水和输水过程。安全饮水工程配水管网的布置形式主要有三种，分别为树枝状形式、环状形式以及混合状形式。在进行配水管网选线布置工作时应注意遵循以下几个方面的原则[1]：
（1）配水管网在满足覆盖整个用水区域要求的前提条件下尽可能缩短线路，这符合经济合理性要求。
（2）配水管网的具体布置形式可以根据用水村镇规模情况来确定，如果用水区域范围较小，布置成树枝状的配水管网较为合理，而对于用水区域范围较大的情况，宜将配水管网布置成环状形式或环、树结合的形式。
（3）布置配水管网时应充分考虑当地的地形地貌情况，如果当地地形复杂的山区丘陵，在应尽可能将配水管网沿山脊布置，以达到有效减少配水管道起伏的目的。在布置时应尽可能避免爬坡现象，确需爬坡布置配水管道的最大坡度应保持在1：1.5以内，并且应小于土壤的内摩擦角。
（4）应保持配水管道的转弯角度不小于一个直角的角度。且应尽可能沿规划道路路边设置配水管道；埋设配水管道时应将其埋设在原状土层（未经扰动）里，如果需要将配水管道布置在岩基上，则可以根据实际情况进行铺设砂垫层的合理措施。如果埋设配水管网的土壤过于松软，或为软土地基时，应根据实际情况进行必要的基础处理，确保地基满足配水管道的承载力要求。
（5）如果配水管道存在凸起点，则应根据实际情况合理设置自动进（排）气阀装置。在农村安全饮水工程中所配置的自动进（排）气阀装置一般为单口排气阀，其与管道两者之间的直径比大约为1：2～1：5。在排水管道的最低位置应合理设置泄水阀渣泄水阀装置，其与管道两者之间的直径之比大约为1：3左右。
（6）如果配水管网经过的区域具有较大的地形高差，则应根据地形高差的实际情况，在满足安全饮水工程供水水压要求和分压供水需要的前提条件下在配水管道的合理位置布置必要的加压泵装置或减压装置。
（7）在布置配水管网时，应根据用水村镇的实际情况以及当地环境条件，按照相关消防要求合理布置消火栓设备，一般情况下应将消火栓设备布置在应取水方便的醒目位置。
（8）应将排水管网的集中供水点设置在取水方便的位置，如果当地位于北方寒冷地区，还应合理布置配水管网的防冻措施。此外，应将测压表设备布置在水压最不利用户接管点的位置较为合理。
3. 合理选择管材
为了确保农村安全饮水工程具有较好的经济效益和社会效益，前提是应确保供水水质。近些年来，经济建设发展极为迅速，难以计量的工业废水、生活污水以及大量地面污染物被排入各个河流以及渗入地下，严重降低了河流、水库以及地下水的质量，使得广大人民在生产和生活中深受其害。这就给农村安全饮水工程提出了较高的要求，需要保证供水质量。因此，安全饮水工程所使用的配水管材应具有一定的化学稳定性和物理稳定性，能经受住各种环境的考验，并且能有效抵制供水中所含电解质的化学腐蚀等。此外，配水管道的管材还应具备良好的水力性能，管道内壁应保持良好的光滑性能，在长时间的使用条件下不易沉积污垢。综合上述各种因素对配水管道管材的要求，以及合理考虑农村安全饮水工程的经济效益，我们应选择节能性能好、耐化学腐蚀、成本低廉以及施工安装简便的PE管材较为合理，既能满足配水管道长期使用的要求，同时还具备较好的经济效益。通常使用配水管道的口径为DN20～DN630[2]，总共具有14种型号。
4. 配水管网水力计算
4.1 配水管网设计流量。
农村安全饮水工程中，配水管网的设计流量应能够满足当地用于最高用水量需求，即配水管网的最高日最高时用水量，其计算公式为：
Q配=KhQ设/24 （1）
在上述公式中，Q配为饮水工程的配水管网设计流量，Kh为用水量的时变化等数，Q设设为配水管网的设计供水能力，按最高日用水量计算。
4.2 人均用水当量。
人均用水当量的计算公式为：
q0=（Q配-∑Q焦）/P （2）
在上述公式中，q0为人均用水当量，其单位为m3/h·人，Q配为饮水工程的配水管网设计流量，其单位为m3/h。∑Q焦为各种用水单位最高时用水量相加之和，其单位与Q配一样，也为m3/h。P为用水地区总人口。
4.3 节点出流量。
节点出流量是配水管网设计的一个重要因子[3]。工作人员在绘制管网水力计算图过程中，节点可以以小圆圈表示，即为配水管网的折点、用水点以及集中出流点。在配水管网中，每个节点的出流量主要包括两个部分，其一是综合用水出流量，其流量值为人均用水当量与配水管道该节点供水人数两者的乘积；其二是集中出流量，这是为各个用水单元的最高时用水量。配水管网的最高日最高时用水量等于配水管网的所有节点出流量累积之和。 4.4 配水管段设计流量。
管段设计流量的具体计算方法为：若配水管网设计为树枝状，则管网设计流量为本配水管段下游各个配水管段的出流量累加结果；若配水管网设计为环状，则配水管段设计流量与管网平差有关。在进行配水管网设计时，需要将各段管段的设计流量标注在管网水力计算图上[4]。
4.5 管道内径的计算。
在配水管网设计中，配水管道内径由一下公式确定：
D=（4Q/Veπ）1/2 （3）
在上述公式中，D为配水管道的计算内直径，其单位为m。Q和Ve分别为管段设计流量和经济流速，其单位均分别为m3/s和m/s。其中的经济流速确定时需要综合考虑安全饮水工程当地的管材单价、电费以及人工费用等。经济流速与管道内径基本成正比关系，管径较大则经济流速大，管径较小则经济流速小[5]。干线配水管道流速范围为0.5～0.75m/s，支线配水管道流速范围为0.75～1.0m/s。有的配水管道需要设置消防栓设备，则应保持其内径大于等于0.1m。
4.6 配水管道水头损失计算。
在计算配水管道水头损失时，应充分考虑两个方面的因素，其一是沿程水头损失，其二是局部水头损失，这部分损失可按平配水管道沿程水头损失大约5%～10%的值进行计算。
4.7 标注配水管网水力计算图。
标注配水管网水力计算图，应根据农村安全饮水工程的地形图或实际测量结果，合理确定配水管道各节点的地面高程，并标注在配水管网水利计算图上。标注结果如图1所示。
4.8 确定其他必要参数。
对最不利点的自由水头以及各节点的水压线标高进行合理的确定。最不利点的自由水头的确定应根据建筑高度确定，单层建筑5～10m，二层建筑10～12m，以后每增一层则增加3.5～4.0m。将最不利点的水压线标高确定，然后下游节点向上游节点推算，上游节点水压线标高为下游节点水压线标与上管段的总水头损失累加之后，余者依此类推。
5. 结语
总之，农村安全饮水工程是一项系统、复杂的工程，涉及范围较广，其中配水管网的设计工程是农村安全饮水工程的重要环节，关系到安全饮水工程的成败。从配水管道的选线布置、选择各级管道管材、计算配水管管网水力以及确定配水管管径等方面加强农村安全饮水工程配水管网的合理设计，确保安全饮水工程合乎技术科学性和经济合理性的要求，对于促进我国农村安全饮水工程的顺利进行具有极为重要的现实意义。
参考文献
[1] 王晶晶、王永强.然村供水工程配水管网设计—以郑州市航空港区刘庄、辛庄为例[J].河南科技，2011，（09）：141～142.
[2] 杜国民、许天鹏.告别苦咸水 甘泉进农家—魏县“4354”工作法实施农村饮水安全工程建设成效显著[J].河北水利，2010，（13）：57～60.
[3] 齐学斌、张志刚、杨保安.农田输配水管网设计研究现状及发展趋势[J].西北水资源与水工程，2012，（09）：41～43.
[4] 王伟华、陆岩、许明辉.杜尔伯特县农村饮水安全工程配水管网水力计算 [J].黑龙江水利科技，2013，（01）：31～32.
[5] 张永祥、刘敬涛、秦景华、丰铠斌、翟慧霞、王慧峰、彭庆君、朱亚雷.北京市郊区农村安全饮用水保障技术及实例分析—以朝阳区农村饮水工程为例[J].北京水务，2009，（12）：35～41.