岐山县山区供水工程在设计及施工中应注意事项及案例分析

李红春

（岐山县城北抽水管理站，陕西岐山 722400）

1.山区供水特点

岐山县位于关中平原西部，北接麟游，南连太白，东与扶风、眉县接壤，西与凤翔、宝鸡市陈仓区为邻，南北长53km，东西宽30.5km，总面积856.45km2。县境内地形复杂，类型多样，山、川、塬兼有。北依千山，南接秦岭，中部为台塬川地，渭河、韦水河由西向东流经其间，形成“两山夹一川，两水分三塬”的自然地貌。全县山区面积325km2，占总面积的38%，由于受地形地貌限制，山区村民一般沿川道河流或沟道分散居住，供水工程一般以组为单元设立供水系统，水源一般选择就近泉水或河水作为供水水源，经净化处理后采用集中供水方式供水到户。山区供水系统具有用水规模小、输水管线长等特点。

2.案例分析

2.1 工程概况

涝川村西方组位于岐山县西北部的千山浅山区沟道内，西与凤翔县接壤，北与麟游县相邻，该组现有村民54户217人，沿着沟道内的河流两侧分散居住。区内地势东高西低，局部地形高低起伏较大。该组原供水工程以沟道内的祝家河河水为水源，取水设施由一个2m3集水过滤池、20m3清水池及潜水泵组成，输配水管道为钢管，供水工艺为：潜水泵将水由集水过滤池抽到清水池后，通过重力由东向西自流供水到户。该供水系统水源及取水设施均运行正常且能保证供水安全，但由于输配水管道为初建期的钢管，经过多年运行，钢管发生了不同程度的锈蚀、堵塞等，加之地形高差较大、管道水头压力过高致使管道时常发生渗漏、爆管等现象，频繁的停水维修给群众带来了极大的不便。

针对供水系统存在的问题，设计对西方组供水工程进行改造，通过改造输配水管道改善村民用水环境，确保当地群众饮水安全。

2.2 工程设计

本工程在原供水系统的基础上仅对输配水管道进行改造，故供水方案仍旧采用自流方式供水入户。

2.2.1 用水量计算

（1）设计年限

结合当地发展情况，确定岐山县故郡镇涝川村西方组供水工程设计年限为10年。

（2）设计人口

设计用水居民人数 P=P0（1+γ）n

式中：P0—供水范围内的现状常住人口数，217人；

γ—设计年限内人口的自然增长率，根据当地近年来的人口自然增长率确定为0.006；

n —工程设计年限10年。

则：P=217×（1+0.006）10=230人。

（3）居民生活用水量

W = Pq/1000

W=设计用水居民人数230×50/1000=11.5（m3/d）

q—最高日居民生活用水定额。本工程所在地为陕西省黄土沟壑区，设计用水条件为水龙头入户，有洗涤池，其他卫生设施较少，根据《村镇供水工程技术规范》最高日居民生活用水定额取值范围为 50～80L/d·人，由于该工程地处山区，生活水平较低，因此结合当地具体情况最后取值50L/d·人。

（4）管网漏失与其它未预见用水量

根据规范：管网漏失水量和未预见水量之和，宜按上述用水量之和的10%～25%取值，村庄取较低值、规模较大的镇区取较高值。结合当地发展情况取15%。

管网漏失水量和未预见水量之和=按上述用水量之和的15%=1.73（m3/d）

（5）供水规模

供水规模（即最高日供水量）=居民生活用水量+管网漏失水量及其它未预见用水量=13.23（m3/d）。

本工程供水规模最高日用水量13.23m3/d，根据《村镇供水工程技术规范》的相关规定，当供水规模小于200m3/d，全日供水的供水工程时变化系数K时取值范围为2.5～3.0，根据本工程用水人口和用水条件这里K时取3.0，则最高日最大时供水量为1.65m3/h。

2.2.2 输配水管网设计

（1）管材选择

目前，农村供水工程中常用供水管材有硬聚氯乙烯塑料管（PVC-U）以及给水聚乙烯管（PE）。

硬聚氯乙烯塑料管优点是重量轻，输送阻力小，耐化学腐蚀性能强，安装方便，节省能源，使用寿命长等；缺点是管材刚度及抗压稳定性略差，对管道覆土及基础要求较高，配件价格较高。给水聚乙烯管既有良好的刚性，又有良好的韧性，对管道基础的不均匀沉降适应能力非常强，抗震性能优良。

给水聚乙烯管优点是管道内壁光滑，不结垢，具有抗紫外线、抗冲击、耐磨损、耐低温能力强，并且有良好的抵抗快速裂纹传递能力；缺点是施工环境要求高。

经过对两种材料的性能进行分析对比，同时考虑项目区地处山区，地形复杂且坡差较大，为了保证工程长期安全发挥效率，确定选用高密度聚乙烯管材（PE管）。

（2）输配水管网布置

输水主管道：由清水池接入，沿西陈水泥路向西铺设到集中居住点村口，全段共长4200m，按照“保证供水安全的前提下，采用经济管径进行供水”的设计原则，将全段分为三种管径铺设，第一段从0+000～1+374为DN50PE塑管，第二段从1+374～2+744为DN40 PE塑管，第三段从2+744～4+200为DN32 PE塑管，管道公称压力均为1.6MPa。根据管道布设情况，设计沿途安装控制闸阀2个、排气阀9个、减压阀2个、排水阀2个，砌筑各类闸阀井15座。

配水管网：根据实际地形及村民居住的自然村分布情况采用树枝状布置，按照供水区域的分布情况，以及为售后维修安装方便，管线走向尽量沿桥、公路、沟渠、机耕路等，以最短的管线覆盖最大的供水范围。工程共铺设DN25PE配水管道966m，管道公称压力为1.6MPa。

（3）管网水力计算

该供水工程为自流供水系统，从输水主管道始端到配水管道末端全长4623m，输水主管道始端设计高程为1046.50m，配水管道末端设计高程为967.12m，经水力计算全段管道水头损失为31.12m，两处减压阀共减压30m，则管道末端自由水头为1046.50-967.12-31.12-30=18.26m，完全满足《村镇供水工程技术规范》（SL310-2014）“配水管网中用户接管点的最小服务水头，单层建筑物可取10m”的要求。

2.3 工程实施后存在的问题

工程实施后，在试运行过程中发现当下游村民同时开启多个水龙头时，上游村民的水龙头出水量就会立即变小或断水，致使村民用水安全无法得到保证。后经设计、施工及管理单位专业人员多次入户测试分析，认为问题存在的原因可能有以下几方面：

一是工程输水主管道总长4200m，管道选用DN32～DN50 PE塑管，配水管道全部采用DN25 PE塑管，由于主管道管线较长且管径偏小造成了供水系统输水量不足；

二是虽然输水管道上安装有排气阀，但因管道较长且沿线地形高低起伏变化多端，若有一处排气阀安装位置发生偏差就会使管道内空气无法通过排气阀全部排空，从而减小管道输水能力；

三是管道在施工中可能因操作不规范使管道连接部位管道内径缩小，从而减小了过流断面；

四是存在管内堵塞等其他原因。

2.4 解决措施

根据供水系统运行中存在的具体问题，设计单位提出了两种解决方案：

方案一：重新铺设输配水管道，输水管道全部铺设为DN50PE塑管，配水管道给单户或2～3户农户供水时管径选用DN25 PE塑管，如果居住农户在4～9户（居住点最多的农户9户）时选用DN32 PE管道，同时重新校核排气阀安装位置及数量。

方案二：在工程现状基础上，在蓄水池旁的控制闸阀井内增设一台管道泵，管道泵安装时与原控制闸阀并联，在首次通水时利用首部加压设施强行排除管内空气，当管内充满水后即可关闭管道泵，与此同时开启自流供水系统控制闸阀利用地形差进行自流供水。

针对两种方案进行比较分析，方案一优点是输配水管道管径增大后输水能力得到提高，能够满足农户用水量要求；缺点是工程投资增大，而且工程施工工期加长，影响村民正常生活用水。方案二优点是节省投资且施工简便；缺点是实施后可能效果不显著。为了减少工程重复投资，经设计方、施工方和建设方多方协商确定，优先选用方案二对工程进行整改。

2.5 实施后效果

工程按照方案二在水池旁的控制闸阀井内增设了1台KQL20/160-1.1/2管道泵，与控制闸阀并联安装，在首次通水时先开启管道泵进行加压输水，当整个输水主管道充满水后关泵，同时打开自流供水系统控制闸阀利用重力输水供水到户。工程整改后经过实际运行证明，户内水压及水量均能满足村民用水需求，彻底解决了供水断流的问题，因此该方案实施后效果显著。

3.结论及注意事项

通过涝川村供水工程施工后存在的问题，使我们深刻的体会到，在山区供水工程中虽然设计方案在理论上合理，但因地形复杂使供水系统在实际运行中会出现一些不可预计的问题，因此在山区供水工程设计及施工中应特别注意以下两点：

3.1 精心设计，提供合理方案

山区地形复杂，地势凹凸起伏及自由落差较大，加之输水管线较长，管道系统容易被管内气体、杂质等堵塞，因此在设计中首先要根据地形条件因地制宜合理布设管线；其次输配水管道管径的确定要在水力计算的基础上选择管径较大的管材，用充足的输水能力满足用水需求；再次要严格按照规范要求设置排气阀、泄水阀、减压阀等设施，保证管道系统水流畅通，满足群众用水要求。

3.2 严格施工，确保工程质量

良好的工程质量不仅要有好的设计方案，更要有严谨的施工制度。山区地形复杂，尤其是长距离输水管道的铺设，要严格按照设计方案进行施工，准确控制排气阀等附属设施的安装位置和数量，否则就会影响工程正常发挥效益，并无法保证群众用水安全。