试论田林县城区抗旱应急水源工程规划设计

农福科

田林县水利局 广西百色市田林县 533300

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≥[K_c]

，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：p_max=∑G/A+∑M/W; p_min=∑G/A-∑M/W

式中：p_max、p_min—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：K_f=∑G/∑V_f≥[K_f]

式中：K_f--抗浮稳定安全系数

[K_f]--抗滑稳定安全系数允许值

∑V_f—扬压力

∑G--全部竖向力之和

④泵房抗倾稳定分析

按公式：K_o=∑M_O/∑M_H≥[K_O]

式中：K_O-抗倾稳定安全系数

[K_f]--抗倾稳定安全系数允许值

∑M_O—抗倾力矩

∑M_H –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
基本组合	完建期	76.3	66.2	/	/	/
	设计水位	50.5	35.8	2.1	3.4	1.8
特殊组合	最高水位	38.6	31.4	1.85	2.6	1.9

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（Q^1.774/(D^4.774），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

管段	长度（m）	流量（m3/s）	流速（m/s）	水管内径（mm）	沿程损失（m）	局部损失（m）	总水头损失（m）	合计水头损失（m）
PE管	820	0.10	1.414	300	3.94	0.59	4.53	9.76
焊接钢管	450	0.10	1.414	300	4.55	0.68	5.23

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

设备名称	型号、规格	数量（台）	扬程（m）	流量 （m3/h）	功率（kw）	重量（kg）
井式水泵	200LC3—69	2	60.6	360	/	1260
三相电动机	Y3155—4/V1	2	/	/	110	875

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.