基于饮水安全工程的管网设计——以新疆红星一牧场饮水安全工程为例

吴玉梅

(新疆生产建设兵团勘测规划设计研究院，乌鲁木齐 830002)

0 概 述

安全饮水是人类的基本需求，它关系到群众的身心健康和生命安全。据《全国农村饮水安全工程“十一五”规划》显示，到2005年底我国农村仍有3.12亿人饮水不安全，其中水质不达标人数高达2.20亿。农村饮水安全不仅事关群众生命安全，也是农村经济社会可持续发展的保障。农村自来水普及和饮水安全问题已经成为当前中国新农村建设的重要课题。国家投入巨资建设的农民饮水安全工程，被誉为“群众最满意的实事”。“建设是基础，管理是关键”，为使工程发挥正常效益，确保农村人口长期喝上安全水，以实现农村饮水安全工程的长效性和可持续性，就必须解决“只建不管、重建轻管”的问题。作为巩固安全饮水工程后续管理问题已成为各级政府面临的重要课题［1］。

农村安全饮水工程是一项事关水利部门、地方政府、村民自治组织和村民等众多主体的工作。早在党的十六大就提出了要全面假设小康社会，要坚持以人为本，树立全面、协调、可持续的发展观，促进经济社会和人的全面发展。

近年来，随着工农业的发展，工业废水、生活污水和农业污水排放量日趋增多，河流湖泊受到越来越严重的污染，人们的饮水安全受到严重危害。保障农村居民的饮水安全，事关农村居民的身体健康和正常生活，是水利一项主要和长期的工作任务为保障人们的饮水安全，应大力推进安全饮水工程的建设。

管网设计是饮水安全工程的重要组成部分，饮水安全工程管网设计主要包括管道的布置、各级管道的管材、管网的水力计算和管径的确定等。结合新疆红星一牧场饮水安全工程实例，笔者对供水管网的具体设计程序进行介绍。

1 工程区饮水安全现状

兵团边境团场农十三师红星一牧场位于天山北麓巴里坤县山间盆地，地形复杂，属于温带大陆性冷凉干旱气候区。现有人口4 799人，人饮工程项目已解决1 822人，未解决2 977人。

红星一牧场水质不符合生活饮用水卫生标准要求共2 317人，人均用水量＜40L 共2 577人，取水往返时间超过10 min共1 624人，水源保证率低于95%共1 688人。本次工程解决3 112人，其中:现状人口2 912人，机械人口200 人。

2 饮水安全工程管网设计

饮水安全工程管网设计包括设计资料的收集和饮水安全问题的调查2个部分［2－4］:

2.1 设计资料的收集

包括水源资料、自然及社会资料和规划资料3个部分:

2.1.1 水源资料

设计之前需要对水源资料进行收集，其中包括水源的位置、类型、可开采流量、水位埋深以及水塔可能布置的位置等。本工程中地表水流程较短，部分地区甚至已无水源可用;地下水水位埋深0～4 m，含水层厚度大约25～35 m。

2.1.2 自然、社会资料

自然资料主要包括地形、地质及地貌等情况，还需要对供水范围内居民街区分布情况、公共建筑的分布情况及交通情况进行收集。本工程区地势复杂，自然环境条件差，特别是人畜饮水条件极差。城区场部、中学、建筑队、各农业分场、牧区和煤矿等片区，有自来水管网的片区存在供水管网破损严重，水源没有消毒、净化设施，供水量无法满足生活用水要求的问题;而无自来水管网的片区，水源紧张，供水条件极差部分地区甚至需要长年挑水吃。

2.1.3 规划资料

规划资料主要包括对饮水安全工程规划、区域经济发展规划的资料收集及制定等。本工程中针对项目团场安全人饮的各种成因，结合项目团场的经济发展规划、《红星一牧场解决人畜饮水“十五”规划》、连队规划用水、人口、环境等方面的发展设想，结合安全饮水的评价指标，分别确定各行业的用水量、人口递增率及生活用水定额等，从而估算出包括居民生活用水量、牲畜用水量及其它用水量在内的项目团场远期最高日用水量，在此基础上确定供水规模与供水方式，并作出相应的人畜饮水工程规划。

2.2 饮水安全问题调查

设计前还需要对规范区内的饮水安全问题进行详细调查，以保证工程设计的全面性和有效性。本工程中供水主管道未能建设到近几年规划已建造的住房，管网仍无法对其供水;部分依赖挖井取水的用水户，因井深较浅，水质为盐碱水，不能达到饮用水标准;现有的供水水源由水泵直接抽取地下水供给用水户，用水水质未经消毒，因此不符合供水要求。

3 管网的布置设计

管网的布置设计包括管网的分布设计、管道基础设计和沿线交通及阀门设计4个部分:

3.1 管网的分布设计

管网应该合理的分布在整个工程区内，线路应该尽量缩短，同时还要符合相关的建设规划需求。对于规模较小的规划区，可以布置成树枝状管网，而规划区如果规模较大，则应该尽量将管网布置成环形或者环树结合的管网。在山区丘陵地带应该尽量将主管道沿山脊布置，并尽量减少管道的起伏变化。如果规划区地形较为复杂，管道最大的纵坡不应该超过1∶1.5，而且要小于土壤的内摩擦角，并需要在平面拐弯处和纵断面起伏处设置镇墩。本工程因规模较小，因此选择了树状管网布置。这样使工程的建设即满足近期用水需求，同时又兼顾远期，做到不重复投资。

3.2 管道基础设计

管道通常应该埋设在未经扰动的原状土层中，当在岩基上埋设管道时，需要铺设一层砂垫层。如果软土层承载力不能达到设计要求，则需要进行基础处理。本工程由于处于高寒在带，因此配水管道埋深还需要根据最大冻土深度等因素确定，管顶必须埋在冻深线以下。

3.3 沿线交通

设计时还需要考虑沿线的交通情况和道路路边的布置情况，本工程新规划管道基本沿线现有或规划道路布置，便于管道维修和管理。

3.4 阀门设计

管道的凸起点应该设置自动进(排)气阀，排气阀可以单独设置在阀门井内也可以和其它管件共用一个阀门井。本工程在管网最低处或末梢设置泄水阀，在管道凸起处设置自动进(排)气阀，并在干、支管合适位置设置检修阀，在最不利用户接管处设测压表。

4 管材的选择

在饮水安全工程中，水质非常关键，由于长期以来工业废水、农业化肥、农药、生活污水等对地下水可能会造成一定影响，因此管材的选择必须严格要求。管材必须化学稳定性能较好，不易受外部环境及管道内输送介质成分的影响，要具备较高的耐腐蚀能力;另外，管材的水力性能也要好，管道内壁应该光滑，以减少其阻力系数，防止积垢堵塞问题的产生。总之饮水工程中的管道应该综合满足卫生、受力、耐久等基本要求。本工程中的配水管均为PVC－U、PE 管材。

5 管网流量设计

管网流量设计包括设计流量计算、水压标准及入户管网设计3个部分:

5.1 设计流量计算

本工程中配水管网中所有段的沿线出流量之和等于最高日最高时用水量。各管段沿线出流量包括人均用水当量、大户用水流量。人均用水当量计算公式为:

式中:q 为—人均用水当量，L/h;W 为最高日用水量，m3/d;W1为大户用水量，m3/d;K时为日变化系数;P 为设计用水人口。

管网水力计算采用长度比流量法进行计算，具体计算方法根据管道的设计流量选择适当的经济流速，在选用多种管径情况下进行试算，来确定管道的管径和管道水头损失。管道内的水头损失由沿程水头损失和局部水头损失两部分组成，配水管均为PVC－U、PE 管水头损失计算公式为:

式中:H1为管段沿程损失，m;i 为单位管长水头损失，m/m;Q 为管段流量，m3/s;d 为管道内径，m;L为计算管段的长度，m;局部水头损失按沿程损失的10%计算。

5.2 水压标准

首先应该根据工程所在地的经济发展水平，来确定用户接管点的最小服务水头，通常单层建筑物可为5～10 m。然后根据离管网入口最远处的节点地面标高最高条件来确定最不利节点。

本工程中最不利用户单层建筑最小服务水头为5～10 m，建筑物每增加一层增加3.5 m，消火栓设置处服务水头≥10 m，用户水龙头最大服务水头不超过40 m。团部最小服务水头为22.5 m。压力按平房用水考虑，最不利点所需水压为5 m。

5.3 入户管网设计

本工程中根据用户实际情况及用水需求，确定入户管按每户40 m计算，选用de25PE 管，并采用一户一表制，以便于日后维护和管理。

6 工程应用价值

在实施了饮水安全工程的地方，群众吃上了符合标准的净化水，健康状况明显改善，户均年减少医药费支出几十元。饮水安全工程不仅改善群众的生存环境，也提高生活质量。水质和供水条件的改善，也能够使各种种植高附加值的经济作物有了可能，提高了牲畜、家禽的成活率和畜禽产品的产量、品质，促进了农民家庭经济发展。因此，饮水安全工程的全面实施不仅可以提高当地居民的生活质量，也可产生较高的经济效益。

7 结论

饮水安全工程的全面实施能够有效解决农、牧民的饮水困难问题，提高饮水质量，保障人民群众的健康。饮水安全工程中的管网设计非常关键，设计时应该全面勘察工程区的地形条件和地质状况，并综合考虑到各种影响因素，以保证设计工作的全面性、科学性和有效性。

［1］马宽.农村饮水安全工程后续管理研究［D］.郑州:河南大学，2007.

［2］杜秀兰，赵岩.农村安全饮水工程配水管网设计［J］.黑龙江水利科技，2010，38(2):128－129.

［3］许春芳，赵德芳，李忠仁.陵县农村饮水安全工程管网设计与管理［J］.山东水利，2010(6):35－37.

［4］王崇军，徐建彬，杨鑫榜，等.饮水安全工程供水管网的设计和体会［J］.河南水利与南水北调，2008(4):21－23.