试论田林县城区抗旱 应急水源工程规划设计

发表时间:2020/9/9   来源:《科学与技术》2020年28卷9期   作者:农福科
[导读] 近几年以来,田林县在社会经济发展中,对水资源的需求量越来越大

        摘  要:近几年以来,田林县在社会经济发展中,对水资源的需求量越来越大,而受到气候因素的干扰,出现了供需矛盾。干旱问题已经成为了制约田林县向前发展的重要因素,因此有必要加强抗旱应急水源工程的建设力度。笔者结合多年工作经验,以田林县城区抗旱应急水源工程为案例,探讨抗旱应急水源工程的规划设计,希望给相关专业人员提供借鉴与参考,有效解决干旱缺水问题。
        关键词:田林县;抗旱应急;水源工程
前  言
        田林县属亚热带季风气候区,全县年平均降雨1166.3mm,年均蒸发量1380.3mm,气候偏于干旱。旱季和雨季分明,夏季降雨量较集中,进入九十年代以后,气候变化大,无雨或少雨时间长,冬春干旱严重,河水溪流减少甚至断流。
        据气象部门统计,今年城区降雨量只有649毫米,属历史罕见干旱年份。因雨量少,导致田林县城区供水水源──启文河水库来水量偏少。今年启文水库存蓄库容70万m3,其中:死库容10万m3,可利用水量60万m3,田林县水文分局实测得上游入库流量为0.0225m3/s;经计算24小时来水量为1944m3。县水厂目前日供水量在8000 m3,日取水量1.145万m3,据启文水库2012年(1-5)月水量平衡计算知,2012年(3-5)月城区缺水总量为81.27万m3,扣除灌溉用水30万方,实际缺水51.27万方,缺水天数92天,每天缺水5573m3。随着旱情的持续,启文水库来水量将越来越少,甚至出现断流,特旱期间只能通过临时抽取乐里河水选行应急,为了避免类似09年城区缺水现象,保证田林县城区生活供水,建设城区抗旱应急水源工程是非常必要的。
1 工程概况
        城区抗旱应急水源工程位于田林县乐里镇新宁村百花寨屯附近,属县城 城区内,根据实地调查,城区抗旱应急水源工程取水点设在城区上游乐里河左岸,主要建设内容有:取水圆筒一个,内直径4米,深10米:运行管理房一间20平方米;抽水设备两套;高压线路500米;低压电缆控制线路30米;抽水压力管道1条,共1270米。将水送入自来水厂旧净化系统,再通过旧厂二、三级抽水设备将水提到高位水池,通过现有管网向农户供水。取水点为深层地表水,水质清澈,据水质检测报告,水质符合饮用水标准,经净化、消毒即可满足饮用水要求。供水工艺流程为:水源→提水→净化→消毒→提水→高位水池→配水管网→用户。
2 工程规划
2.1规划原则
        从实际出发,以应急为主,选择以最低的基建投资和最少的年经营费用来满足用水户对水量、水质和水压要求的给水方案,保证枯水期城区居民能用上自来水,达到设计的目的。在保证供水水质和供水量的前提下,以运行可靠、管理方便为原则,因地制宜地考虑采用新工艺、新技术、新设备。水力计算参数,按照兼顾个别、服从整体的原则,做到供水安全、可靠。
2.2规划数据
        (1)人口:供水总人口5.0万人。
        (2)水源:潜水。水源补给──乐里河水,取水点距离自来水厂1.3公里。经供需平衡分析知,乐里河来水量满足城区抗旱应急水源需要。另据百色市疾病防控中心检验报告书表述,该抗旱应急水源水质符合生活饮用水水源水质的要求。
        (3)设计日补充供水量为5600m3。
2.3供水规模
        (1)设计年限
        本抗旱应急水源工程的设计以近期为主,以枯水期满足城区居民基本生活用水为主,不确定设计年限。
        (2)供水范围及人口
        抗旱应急水源工程建成后,可解决田林县城区居民4.5万人及周边两个村群众0.5万饮水安全问题。
        (3)应急供水量估算
        根据区水利厅农水处2002年4月《广西乡镇供水工程设计提纲》附表二规定的生活用水量标准为100~160 L/人.日,据推算目前城区人均用水量为160L/人.日,本工程为抗旱应急水源工程。设计中不考虑其他类型用水,日用水量按110L/人.日。估算成果W0=50000*0.11=5600 m3
2.4供水方案
        (1)取水系统
        本抗旱应急水源需建取水井一口,内直径4.0米,井深10米,建抽水房一间。采用提水设备将水送入自来水厂旧净化系统进行净化。
        (2)水处理系统
        县自来厂旧净化糸统尚可使用,本抗旱应急水源不需新建净化系统,由旧净化系承担抗旱应急水源工程水质净化即可满足饮用水标准。
        (3)输配水系统
        抗旱应急水源通过水质净化,由旧厂二、三级抽水设备将水提到高位水池,然后通过现有管网向农户供水即可。
        (4)工艺流程
        供水工艺流程示意图如下:水源→提水→净化→消毒→提水→高位水池→配水管网→用户。
3 工程设计
3.1工程总体布置
        田林县城区抗旱应急水源工程主要由抽水泵房、提水管道、高、低输电线路、配电和水泵机电设备安装工程组成。抽水泵站站址选择在田林县乐里河城区河段百花寨水坝上游左岸110米处。泵房为圆筒式湿室型泵房,进水池(取水井)和泵房合建。圆筒内直径为4米,筒深入地面10米,总高22米。抽水管道管径DN300,全长1270米,按:泵房——沿着河左岸防洪堤亲水平台(拟建)内侧——乐里镇砼预制厂路边——旧公路内侧——水厂旧净化系统布设。输电线路,10千伏高压线路从县城东丈片网点接入,到泵站附近变压器站,长500米;400伏低压线路采用控制电缆输送,从变压器到低压控制盘,长30米。机电设备主要有160千伏安变压器1台、低压控制盘2台、110千瓦电动2台和200LC3—69水泵2台等设备安装。
3.2主要建筑物
3.2.1抽水泵房
        泵房为圆筒式湿室型泵房,进水池(取水井)和泵房合建。
        (1)结构布置
        圆筒式湿室型泵房下部为钢筋混凝土圆筒结构,内径4米,壁厚0.5米,基础和底板厚0.5米,底板高程276.50米,安装楼板高程291.20米,总高15.50米,其中,下段6.5米为进水段,穿墙安装φ200PE管,间距1×1米梅花形布置。圆筒外周围设0.9米厚过滤料层。开挖施工坑回填砂卵料,还原原来强透水状况。圆筒内设下井管理螺旋楼梯。连接堤顶路(拟建)工作桥一座,跨度12.5米。
        上部结构为钢筋混凝土框架结构,单层,层高5.6米。因泵房设在城区内,需装饰成景观楼亭式。
        (2)泵房稳定分析
        ①泵房抗稳定计算
        按《泵站设计规范》(6·3·4-1)公式:
        Kc=f·∑G/∑H≥[Kc]
        ,式中:
        [Kc]—抗滑稳定安全系数允许值
        Kc--抗滑稳定安全系数
        ∑G—全部竖向力之和
        ∑H--全部水平力之和
        f—基底摩擦系数
        ②基底应力计算:
        公式:pmax=∑G/A+∑M/W; pmin=∑G/A-∑M/W
        式中:pmax、pmin—基底的最大或最小压应力
              ∑M—全部荷载对底板形心轴的力矩
        ③泵房抗浮稳定分析
        按公式:Kf=∑G/∑Vf≥[Kf]
        式中:Kf--抗浮稳定安全系数
              [Kf]--抗滑稳定安全系数允许值
              ∑Vf—扬压力
              ∑G--全部竖向力之和
        ④泵房抗倾稳定分析
        按公式:Ko=∑MO/∑MH≥[KO]
        式中:KO-抗倾稳定安全系数
              [Kf]--抗倾稳定安全系数允许值
              ∑MO—抗倾力矩
              ∑MH –倾覆力矩
        根据地质资料,泵站座落在弱风化岩石,承载力标准值500Kpa,混凝土和岩石地基摩擦系数f为0.55。泵房稳定计算成果如下表:
荷载组合情况    最大地基应力Kpa    最小地基应力Kpa    抗稳定安全系数Kc    抗倾覆安全系数KO    抗浮安全系数Kf

        计算结果泵房稳定应力均满足规范要求。
3.2.2抽水压力管道
        本工程压力管道属PE管的有820米,属焊接钢管的有450米。PE管主要采用热熔连接,埋设在深1.0米的土里,管槽属于松软土基的需垫砂石地基处理。钢管一般在地面上铺设,过石壁管段有60米长,悬空铺设;两端与PE管连接需设砼镇墩,中间设砼支墩,支墩间距为5米;从泵房到地面管段,由于有急转弯,也需设砼镇墩。镇墩间钢管需设伸缩节分开。
3.2.3机组选型及配套
        (1)初选泵型
        ①平均扬程计算
        根据公式:H泵=H实+ h损+ h净;
        式中:H泵—水泵设计扬程,m,
              H实—净扬程,实测H净=21.0m;
              h损—水头损失,m,初选水泵按35% H净估计,
              h损—净化系统所需水头,m,初选水泵按10 m
              则:H泵=38.35m,供水规模5600m3/日,流量Q=0.065m3/S
        ②选型
        因取水水源为深层砂卵石水,水位变幅较大,且工作时间长,大流量,宜选井泵类。选用长沙水泵总厂生产的200LC3—69型号水泵,单泵流量Q=360m3/小时,日提水总量5760 m3/日(日工作时间16小时),满足日要求供水规模5600m3/日要求;额定提水总扬程H总=60.6m,满足计算平均扬程要求。
        (2)验算水泵选型
        根据实际布设压力管道情况,管长为1270米,其中,PE管长820米;钢管长450米。管道较长,根据规定按长管计算沿程水头损失。水头损失以沿程水头损失为主,局部水头损失按15%沿程水头损失计算。沿程水头损失公式为: h沿=i·L
        式中:i—PE管道水力坡降,i=0.000915(Q1.774/(D4.774),管径D=0.30m,那么,实际流速V实=1.414m/s,i=0.0048
              i—钢管道水力坡降,i=0.000912, i=0.0101
              L—管长度,m,
              V—流速,m/s
              D—管内径,mm
                Q—流量,m3/s;Q=0.10m3/s
        压力管道水头损失计算表
    
        总扬程H泵=H实+ h损+ h净=21+9.76+10=40.76(m),小于选定水泵额总扬程60.6m,选定水泵合理。
        (3)水泵及其配套设备
        为了防止机械过度疲劳,本泵站设计安装两套水泵及其配套设备以轮换工作。水泵型号为:200LC3—69,为立式轴流井泵,配电动机为Y3155—4/V1,单台电机功率110千瓦,其特性如下表
                          水泵及其配套设备特性表

        设备安装:安装的两台水泵,中心距1.80米,轴立;水泵装入圆筒最低水位处,进水泵口离筒底0.5m, 加长10m泵轴;电动机安装在设计洪水位上的泵房楼面,不受水位变化的影响。
结  语
        综上所述,通过田林县城区抗旱应急水源工程的建设,为县城百姓解决了生产生活用水问题,保障了人们群众的基本利益,是一项利国利民的好工程。
参考文献
[1]程杨.以产业为导向的丘陵区农田水利工程规划设计研究[D].西南大学,2017.
[2]张军,张兵强.农村安全饮水工程规划设计探析[J].科学技术创新,2019(29):142-143.
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