五台县东雷乡抗旱应急引水工程探析

郭振军

（五台县水利局，山西 五台 035500）

技术与应用

五台县东雷乡抗旱应急引水工程探析

郭振军

（五台县水利局，山西 五台 035500）

水资源贫乏成为制约五台县经济、社会发展的瓶颈，东雷乡在抗旱应急水源工程设计时因地制宜、科学规划，从水源选择、管道铺设、蓄水池容量、蓄水池结构等方面多角度优化方案。应急水源工程对全面提升抗旱减灾整体能力发挥了重要作用，以供同类工程参考。

抗旱应急；引水工程；五台县

1 工程概况

东雷乡抗旱应急水源工程位于五台县东雷乡和台城镇，受益村庄13个，主要任务是新建引水工程，解决干旱时东雷乡、台城镇7387口人的基本生活用水。工程主要内容是维修水源地蓄水池工程和输水管线工程等。工程设计供水量为328.3m3/d。水源为五台县东雷乡神佑村泉水，工程形式为自流引水。

2 水文气象

项目区属温带季风型大陆性气候，冬季漫长而严寒，春季干旱多风，夏季温和湿润，秋季凉爽多雨。最高气温35℃，最低气温-32℃，年平均气温介于-5℃～10℃之间，年均降雨量540mm左右，无霜期约为140d。水面蒸发量900～1200mm，5～8月份最大，占全年蒸发量的50%～60%。11月中旬封冻，次年3月中旬地表层解冻，4月中旬土壤解冻，最大冰冻厚度0.5m，冰冻期最大冻土厚度1.35m。项目区风季较长，每年春冬两季较为盛行，一般冬春多为西北风，夏季多为东南风，平均风速0.5～1.2m/s，最大风速12m/s。

3 地质条件

3.1 地形地貌

项目区地形地貌分为基岩山区、山前黄土丘陵区。地形总趋势是由东北方向向西南方向倾斜。

3.2 输水管线工程地质条件

输水管线全长18.01km(含支线)，地形北高南低，高差约287m，地貌单一。地质勘察表明，出露和揭露的地层岩性为滹沱群黑山背组粗粒变质长石砂岩，第四系上更新统粉土、卵石及全新统卵砾石、粉土。

3.3 蓄水池工程地质条件

1号蓄水池位于下庄村东南、城北沟右岸，地势相对平坦，高出河床1.3m。出露的地层岩性为第四系全新统洪积物，岩性为卵砾石，分选差，次棱角状，偶含孤石，成分为太古界变质岩，密实度较差，存在架空现象，地下水埋深大于5m。

2号蓄水池位于西富小学附近北山顶，高程1098.35m，高出河谷60.9m，出露的地层岩性为滹沱群黑山背组，岩性为粗粒变质长石砂岩，呈浅肉红色、肉红色，节理裂隙发育，强风化，结构体最长1.3m，最宽1m。

3.4 工程等级标准

工程的日供水量为328.3m3，按照《村镇供水工程技术规范》（SL310-2004）确定工程项目为IV型。工程设计年限12年，设计保证率97%，满足严重干旱年份13个村7387人的饮水安全，可有效提高抗旱减灾效益。

4 水源选择及供、需水量可有效分析

4.1 水源选择

位于五台县东雷乡神佑村麻月沟的泉水，出水量为30m3/h，水量充沛稳定。最枯年份1971年的流量为13.68m3/h，最丰年份1976年的流量为150.48m3/h。水质良好，水源地没有工矿企业，无污染源，取该泉最枯年份的水量328.3m3/d。

4.2 项目区用水量

据统计项目区受益总人口为21114人，自然增长率0.7%，设计年限为12年，设计预期人口22957人，每人日用水量取40L，则居民生活需水量为918.3m3/d。驻地学校、宾馆、医院等单位的生活用水按居民生活用水量的15%计算，为137.75m3/d。

项目区有大牲畜1590头，日用水量50L/d·头；猪205头，日用水量30L/d·头；羊4760只，日用水量5L/d·头，畜禽日用水量为109.45m3/d。

人畜用水总量为1165.05m3/d，管网漏损水量和其他未预见需水量，按人畜用水总量的15%计算，得174.83m3/d。项目区总用水量为1340.33m3/d。

4.3 特大干旱年份可供水量

水源地可供水量，历史记载麻月沟泉最枯年份为1971年的流量13.68m3/h，日可供水量328.3m3/d。

非水源地村庄可供水量，东雷乡所有项目村的水源基本是村里的自备水井，台城镇项目村庄水源为集中供水。水源都是地下水，井深都在100m左右。项目村庄10眼深井的现状出水量合计2270m3/d，历史干旱年份的日出水量为1012m3/d。

综上，预计干旱年份的可供水量为1340.30m3/d，可满足预期目标。

4.4 给水流量计算

设计给水量按最高日用水量计算。项目区用水总量减去非水源地村庄特大干旱年份可供水量，最高日设计给水量为328.33m3/d。按每日工作18h，最高给水量为18.24m3/h，输水管网的设计流量按1.5倍计，输水干线的设计流量为27.36m3/h。

5 输水管道设计

5.1 管道材质选择

本引水工程管线走向除2号水池附近坡度较陡外，其余地势比较平坦。PE管柔性好，管壁光滑，水头损失小，能较好地适应地形变化，铺设方便，安装费用小，且不生锈，耐腐蚀，使用寿命长，广泛应用在饮水工程上，故选用PE管较为合理。

5.2 管径确定

应结合管网水力计算适当调整管径，同一条管径的选择应满足下游流速高于上游流速，长距离供水管道流速不宜太大。

水源至1号水池管道流速取1.5m/s，1号水池至2号水池管道流速取0.6m/s，2号水池至自来水公司管道流速取1.5m/s。经计算，水源至1号水池管径90mm，1号水池至2号水池管径140mm，2号水池至自来水公司管径90mm。

5.3 管道水力计算

实测输水干线总长16.6km，高差274.5m。其中水源至1号水池的距离是2.88km；1号水池至2号水池的距离是13.28km，2号水池至自来水公司的距离是0.44km。设计流量为27.36m3/h，即0.0076m3/s。

PE管沿程水头损失采用水利部《村镇供水工程技术规范》（SL310-2004）中提供的公式。

式中：h——管道沿程水头损失，m；f——摩阻系数，取值0.000915；L——管长，m；Q——流量，m3/s；d——管道内径，m；m——流量指数，取值1.774；b——管径指数，取值4.774。

局部水头损失按沿程水头损失的10%估算。计算结果见表1。

表1 局部水头损失计算结果

5.4 管道埋设

根据《室外给水设计规范》要求，管道的埋深根据冰冻情况、外部荷载、管材强度及与其它管道交叉情况等因素确定。五台县东雷乡属高寒地区，最大冻土深度1.35m，为保证工程输水管线的安全，应将管道埋置于最大冻土深度以下。经综合比较，在满足管道正常使用及检修的前提下，确定输水管道的管顶覆土深度为1.5m。

管道平面设计要尽量做到：线路短、起伏小、土石方工程量小、造价低；要考虑拐点数量、角度、过路、过沟，同时要考虑避让村庄、房屋、电线杆塔、坟地等，减少拆迁及附着物赔偿费用；尽量避免穿越河谷、山脊、沼泽和泄洪地区。

管道纵断设计要考虑管道埋深、纵坡、排气、排水、检修等因素，根据管线布置情况设置节制阀井12座，分水阀井6座，进排气阀7座，排水阀7座，每隔100m埋设管线桩一个。

6 蓄水池设计

水源处有原建5000m3的浆砌石蓄水池，容量满足用水需求，维修加固即可。1号蓄水池为调压蓄水池，根据地势高差状况，位置选在输水干线2+882处，2号水池为高位水池，选在输水干线16+164处。工程供水规模为328.3m3/d，IV型，根据规范，同时设置清水池和高位水池时，清水池可按最高日用水量的10%～20%设计，高位水池可按最高日用水量的10%～20%设计，有效容积应为最高日用水量的20%～30%，因此确定1号、2号水池的蓄水容积均为100m3。

根据场地情况，型式定为方形混凝土结构。采用国家建筑标准设计图集，图集号05S804-32-38，内径5.6m×5.6m，深3.5m，全部埋于地下，顶部覆土1m以防冻。根据管道走向、现场排水走向确定进水口、出水口、溢流口位置，按照图纸示意要求及输水管道直径确定预埋管件具体位置及规格型号。

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1004-7042（2017）07-0027-02

郭振军（1979-），男，2005年毕业于华北水利水电学院工程管理专业，工程师。

2017-05-12；

2017-06-27