柳林县石西乡呼家垣供水工程设计简述

杨俊斌

（柳林县水利局，山西 柳林033300）

1 工程概况

本工程供水范围包括呼家垣、胡家塔、小垣则、大岭、井峁5个自然村，共有人口2 350人，大畜22头，猪65头，2002年人均粮食产量172 kg，人均纯收入2 800元。工程包括15 m浅井1眼，管理房4间、100 m3水塔1个、50 m3水塔4个、检查井70个，安装上水管路1 580 m，输水管路11 010 m，80 kVA变压器1台，水泵1台、高压线路0.6 km，低压线路0.15 km。

供水区属典型的黄土丘陵沟壑区，为暖温带大陆性季风气候，四季分明，春季炎热少雨，秋季降雨集中，冬季寒冷少雪，年平均降雨量仅485 mm，多年平均气温为8℃，年平均蒸发量为1 360 mm，最大冻土层厚度1.0 m，无霜期为200 d左右。降雨少而不均，多年平均降雨仅485 mm左右，且多集中于7~9三个月。

2 工程设计

2.1 总体设计

2.1.1 工程规模

柳林县呼家垣供水是以透河浅井作为水源，联片解决5个自然村的一项农村供水工程，工程的总体设计方案为：水源工程采用黄河岸边打透河浅井（地面标高636.0 m）一眼，在井旁建管理站，采用一级提水，分别提至大岭水塔（地面标高845.0 m）和呼家垣高位水塔（地面标高884.0 m）。输水分两条支线供水，第一支线从大岭蓄水池向大岭村输水，第二支线从呼家垣高位蓄水池，输至呼家垣、胡家塔、小垣则、井峁各村水塔。

2.1.2 水源设计

水源工程设计，打浅井1眼，井深为15 m，内径为1.5 m，单井水量大于22 m3/h，其结构为砂砾层，河卵石开挖，采用C 25混凝土预制井圈套井。

2.1.3 输水线路

第一支线，大岭水塔供大岭村；第二支线，呼家垣高位蓄水池输水供呼家垣村，从呼家垣高位蓄水池输水至井峁水塔（地面高程856.0 m），供井峁村，从呼家垣水塔输水至小垣则水塔（地面高程865.0 m），供小垣则村，从小垣则水塔输水至胡家塔水塔（地面高程827.0 m），供胡家塔村。

2.1.4 用水量

根据《山西省农村供水设计要点》及国家农村生活饮用水标准，结合本地实际情况，选用标准：日变化系数取1.6，居民最高日用水量为48 L，大畜64 L/头/d，猪40 L/头/d，羊16 L/只/d。经计算，民用最高日用水量为164.7 t/d。

2.2 扬水系统设计

根据总体布置方案，扬水系统采用一级提水至呼家垣高位蓄水池，设计需水量为164.7 t/d，上水管长1 580 m，净扬程248 m。

2.2.1 管径选择

提水按日扬水时间为10 h计算，采用QJ型潜水泵，取给水量为20 m3/h。

上水管道经济管径选择下列公式：

式中：D——管道直径，m；

Q——管内流量，取0.005 6 m3/s；

V——经济流速，根据流量选取1.42 m/s。

经计算，管道直径为0.071 m，扬水压力管选取内径为75 mm钢管。

2.2.2 水泵选型

设计净扬程H净为248 m，管距1 580 m，设计流量为20 t/h，管径选择75 mm，总扬程计算如下。

（1）总扬程计算公式：

（2）管道水头损失h损计算公式：

（3）管道沿程损失扬程h沿计算公式：

式中：n——管道糙率系数，钢管选取n为0.012；

L——管道长度，1 580 m；

Q——管内流量，20/3 600 m3/s；D——管道内径0.075 m。

经计算，管道沿程损失扬程h沿为72.7m，管道水头损失h损为80 m，总扬程h总为328 m。

泵型选择：根据流量、总扬程参数，选择水泵型号为200QJ20-350/23型潜水泵，额定值为：抽排水量Q为20 m3/h，扬程H为350 m，装机容量P为44 kW。

2.3 输水管道设计

根据受益范围地形地貌特点和村庄分布情况，输水管道布设采用两支进行输水，一支线由大岭水池直接供大岭，二支线由呼家垣水池输水供呼家垣、井峁、小垣则、胡家塔，为了便于管理和计量收费，在输向各村供水的总管路上各设一个水表、一个闸阀及进排气阀，在各自来水进户支管上设水表一块，进行计量与控制，输水管线只计算呼家垣水池到小垣则、井峁水池和小垣则池到胡家塔水池的主输水管径。

输水管径计算公式如下：

式中：L——管到长度，m；

Q——流量，m3/h；

H差——水池地形高差，m；

C——系数取150。

（1）二支线呼家垣水塔（最低水位884.0 m）输水至小垣则水塔（地面高程865.0 m），实测管距720 m，用水量为77.1 t/d，管道流量Q为3.21 m3/h。计算管径为35.3 mm，选用外径为50 mm塑料管。

（2）小垣则水塔（最低水位865.0 m）输水至胡家塔水塔（地面高程827.0 m），实测管距400 m，用水量为38.5 m3/d，管道流量为1.6 m3/h。计算得管径为20.8 mm，选用外径为40 mm塑料管。

（3）从呼家垣水塔（最低水位884.0 m）输水到井峁水塔（地面高程856.0 m），实测管距540 m，用水量7.7 m3/d，管道流量为0.32 m3/h。计算得管径为12.8 mm，选用外径为32 mm塑料管。

2.4 供水管网水力计算

各村供水塔至供水点总输水管，全部采用PE塑料管，水力计算根据各村需水量采用哈威公式计算。

各段水头损失公式：

式中：L——管道长度，m；

Q——设计流量，m3/s；C——取150；

D——管道内径，m。

计算结果见表1。

表1管网水力计算统计表

2.5 主调节池设计

主调节池设在呼家垣山顶，地面高程为884.0 m，扬水泵最大运行时间为10 h，配水是按全日制供水设计的，日用水量为126.1 m3，尚有14 h的供水量需配水管网调节供给，用水最高日的时平均配水量为5.25 t。最高日配水量公式：

式中：k——扩大系数，取1.25；

Qhh————调最节高时日间的，时1

4

平

h

均。配

水量，5.25 m3/h；

经计算，最高日配水量为91.8 m3。由于主调节池下游各村都设有配水减压池，根据配水情况，主调节池设计为100 m3即可满足供水需求。

2.6 电力设计

呼家垣供水高压配电，从大岭村高压线路接出，实测高压线路长为600 m，导线采用截面35 mm2铝线；低压线路长为150 m，导线采用截面25 mm2铝线。配电变压器容量S变计算公式：

式中：P——各水泵总装机容量。

Σ——变压器效率区间值0.65～0.75，取最大值0.75。

经计算，变压器容量为58 kW。所以，选定一台容量为80 kVA的配电变压器。配电变压器设置于管理站院内，并安装配套控制柜1个，低压配电线采用三相线制，额定电压为380 V，为架空配制，即选用截面为BLX-35 mm2，零线为25 mm2。

3 经济效益分析

3.1 工程效益分析

根据《水利建设项目经济评价规范》（SL72-2013）要求，本工程的效益主要体现在节省劳动力，发展养殖业，减少农民医药征费支出和节约水费投入等方面。

3.1.1 节省劳动力带来的效益

目前，当地群众生活饮水十分困难，需要投入大量的劳力，该工程兴建后，可大大节省用于拉水方面的劳动力，项目区共有劳力880人，每年1/3的劳力，有100 d的时间用于拉水，每人每天按1.82元净产值计算，可产生的年效益为5.34万元。

3.1.2 发展养殖带来的效益

该工程受益户共有587户，每户按发展大畜养殖年收入100元计算，则年效益为5.87万元。

3.1.3 减少农民医药费产生的效益

由于长期缺水和饮用水质较差，该地区地方性疾病比较常见。工程运行后，水质得到改善，人民群众的身心健康得以保证，按每人每年平均节省5元医疗费计算，则该项年效益为1.18万元。

3.1.4 节约水费投入计算

水费投入=年供水量×365 d×0.95（供水有效系数）×售水单价（4.5元/m3）。计算得年节约水费投入25.7万元。

3.2 工程费用核算

根据以上计算，折旧费取总投资的3%，共2.63万元；工资福利按3人管理，每人每年2 400元，共0.72万元，动力费7.95万元；检修维修费按提水设备费的1%计算，共0.39万元。经计算，总成本费用为11.69万元。供水单价为2.9元/m3，售水单价为4.5元/m3。

3.3 经济分析

根据《水利建设项目经济评价》（SL72-2013）规范，工程使用期取30年，基准年选为建设年年初，社会折现率取12%，据前面计算可知：工程建设期年效益为零，工程投资年费用为87.8万元；工程投入使用后，年效益为38.09万元，年费用为11.69万元，去除所得税4.75万元，年利润为21.65万元。

经计算，经济内部收益率为30%。

（2）经济净现值ENPV

式中：t——使用年限内的第几年；

B——第t年的年效益；

C——第t年的年费用；

is——社会折射率，取12%；

n——工程使用年限，20年。

经计算，ENPV为97.67万元。

（3）经济效益费用比EBCR

式中：Bt——第t年的效益，万元；

Ct——第t年的费用，万元；

is——社会折射率，12%；

n——工程设计使用年限，20年。

经计算，EBCR为1.62。

以上三项指标计算结果表明该项目在经济上是合理的。

3.4 财务分析

3.4.1 财务内部收益率

计算得，财务内部收益率为27.9%。

3.4.2 投资收回期

计算得，投资收回期为3.6年。

3.4.3 财务净现值

式中：（C1-C0）t——第t年的净现金流量（初始年为-87.8万元，其他运行年份为26.4万元）；

is——社会折射率，取12%；

Pn——工程使用年限，20年。

经计算，财务净现值为9.87万元

以上三项指标计算结果表明该项目在财务上是可行的。

3.5 综合评价

本工程财务评价指标为：财务内部收益率27.9%，投资回收期3.6年，财务净现值14.63万元。各项指标符合要求，表明该工程在财务上是合理可行的。国民经济评价指标，经济内部收益率30%，经济效益费用比1.65，经济净现值110.97万元。各项指标符合要求，表明该项目在经济上是合理可行的。

4 结语

本工程的兴建，使受益村庄的群众生活、生产用水得以彻底解决，同时解放了劳动力，改善了村民的生活居住环境，将大大推动该区域社会经济发展，社会效益和经济效益显著。