曹美琳,孫慶山
(1.陜西省榆林市橫山區(qū)水產(chǎn)工作站,陜西 橫山 719100;2.陜西省榆林市橫山區(qū)自來水公司,陜西 橫山 719100)
橫山區(qū)西沙供水設(shè)備選用分析
曹美琳1,孫慶山2
(1.陜西省榆林市橫山區(qū)水產(chǎn)工作站,陜西 橫山 719100;2.陜西省榆林市橫山區(qū)自來水公司,陜西 橫山 719100)
西沙是榆林市橫山區(qū)重點發(fā)展區(qū)域,因為地面高程高出橫山城區(qū)60 m,地況復(fù)雜,使得供水難度較大。為確保西沙發(fā)展用水需求,通過分析西沙概況以及管道經(jīng)過區(qū)域地質(zhì)情況,對西沙供水面臨的地況落差懸殊、地質(zhì)復(fù)雜等問題和供水量進行探討,從施工便捷、價格便宜、水質(zhì)影響、發(fā)展趨勢等多方面,對供水管材和水泵選擇比選,提出網(wǎng)管徑超過300 mm的選用球墨鑄鐵管,不超過300 mm的管路選用管材為PE100給水管,水泵選用格蘭富SP270-6AG型潛水泵和KQL200/460-110/4(Z)型立式離心泵的供水設(shè)備,以保障西沙供水工程順利實施。
橫山;西沙;供水;管材;選取
橫山區(qū)位于榆林市中部,總面積4333 km2。地勢大致從西向東傾斜,西南及中部高,海拔在1300~1500 m之間;東北及南部低,海拔在900~1200 m之間。橫山區(qū)地形起伏大,縣城地處蘆河河谷地帶,地勢比較平坦,南高北低,西高東低,因此縣城宜采用一個統(tǒng)一的低區(qū)供水系統(tǒng);而位于縣城西邊的西沙區(qū),整體高程高出縣城約60 m以上,現(xiàn)有人口2萬人,其供水只能采用獨立的高區(qū)供水系統(tǒng)。工程建設(shè)區(qū)域地處鄂爾多斯臺向斜東緣間歇性的緩慢抬升地區(qū),是黃土高原與毛烏素沙漠的過渡地帶,調(diào)繪區(qū)線路里程長,出露巖土體類型多,成因復(fù)雜,物理力學(xué)性質(zhì)差異巨大。工程區(qū)內(nèi)主要不良地質(zhì)現(xiàn)象為崩塌;滑坡、泥石流等地質(zhì)現(xiàn)象少見。
(1)橫山區(qū)自來水公司現(xiàn)有的經(jīng)蘆河進入西沙地區(qū)的主干管管徑偏小,如果通過該管段向西沙地區(qū)供水,供水量小且會影響到縣城其他居民的正常用水,所以只能另引供水管網(wǎng);
(2)現(xiàn)有提升泵站的建筑面積過小,如果仍然考慮利用該泵站的建筑,僅換新泵來供給西沙地區(qū)的居民用水,不能滿足新泵平面布置的要求,需擴建。但該地質(zhì)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,且可利用的空間很小,改擴建具有較大難度。
(3)從縣城到西沙供水管道需要穿越深度五十多米的海子溝。施工難度大、技術(shù)要求高。特別是南磚梁處的垃圾填埋場調(diào)和達1164 m,最低水壓要求0.28 MPa。
(4)復(fù)雜的地質(zhì)問題需在管網(wǎng)鋪設(shè)時給予注意,特別是蘆河的流沙和水土的腐蝕,要在管材選取時給予考慮。
3.1 供水定額及需水量分析
西沙區(qū)現(xiàn)有人口2萬人。通過對橫山區(qū)1980~2006年人口增長率的一個平滑處理,得到年均增長率為1.72%。考慮到橫山縣西沙區(qū)正處于城市化快速發(fā)展階段,城鎮(zhèn)人口會急劇增長,因此2010年~2025年橫山縣西沙區(qū)人口綜合增長率按1.90%計,采用綜合增長率法,計算出西沙區(qū)人口到2025年人口達5萬人。經(jīng)計算分析,西沙區(qū)最高日用水量為4800 m3/s,西沙區(qū)最高日城市綜合用水的時變化系數(shù)宜用1.6;日變化系數(shù)宜采用1.5。則最高時用水量為320 m3/h,則供水泵站設(shè)計流量為320 m3/h。
3.2 水力分析
根據(jù)西沙區(qū)供水管線經(jīng)過區(qū)域情況,將管道分為22段,其管段長度分別為:J1-FM1管長280 m、FM1-FM2管長190 m、FM2-FM3管長60m、FM3-FM4管長135m、FM4-FM5管長30 m、FM5-FM6管長80 m、FM6-FM7管長70 m、FM7-FM8管長20 m、FM8-FM9管長95 m、FM9-FM10管長15 m、FM10-FM11管長70 m、FM11-J4 管長 760 m、FM11-FM12 管長 90 m、FM12-FM13管長 550 m、FM13-FM14管長 200 m、FM14-FM15管長 640 m、FM15-J2管長 140 m、FM13-FM17管長 200 m、FM12-FM18管長 110 m、FM18-FM19管長 120 m、FM19-FM20管長 180 m、FM20-FM21管長 60 m、FM21-FM22管長90 m。按管段配水長度進行沿線流量分配,根據(jù)各節(jié)點設(shè)計流量計算結(jié)果以及流量連續(xù)性方程進行管段設(shè)計流量初分配,分配結(jié)果見表1。
表1 管段設(shè)計流量
考慮到橫山縣2025年遠期規(guī)劃的管網(wǎng)發(fā)展建設(shè),現(xiàn)狀管段FM11-J1為2025年給水管網(wǎng)規(guī)劃中的設(shè)計管段,其管段直徑為200 mm;現(xiàn)狀管段FM11-J4為2025年給水管網(wǎng)規(guī)劃中的設(shè)計管段,其管段直徑為350 mm,則各管段管徑均要求為350 mm。各節(jié)點地面標高以及設(shè)計節(jié)點數(shù)據(jù)見表2。
表2 節(jié)點數(shù)據(jù)計算
西沙區(qū)現(xiàn)狀改建管網(wǎng)為枝狀管網(wǎng),不進行水利平差計算。此外,在南磚梁處地勢最高,為控制點。設(shè)計分析工況水力結(jié)果見表3。
4.1 供水管材選取
目前用于給水輸水工程的管材主要有球墨鑄鐵管、普壓灰口鑄鐵管、焊接鋼管(無縫管)、硬聚氯乙烯管(UPVC管)、玻璃纖維纏繞成型復(fù)合管、高分子聚氯乙烯管(PE管)和離心澆鑄成型玻璃纖維增強復(fù)合管(HOBAS管)等。經(jīng)從適應(yīng)水量及口徑、工作壓力、埋深及承受壓力、主要用于干管或支管、對水質(zhì)的影響、水頭損失及n值、接口形式及施工難易、防腐及耐久性、施工工藝、現(xiàn)場制作及管材運輸、日常維修及,管材重量,管道造價及發(fā)展趨勢等諸方面進行統(tǒng)計和分析比較,球墨鑄鐵管具有較高的強度和延伸率。同口徑管道壁厚為灰口鑄鐵管的1/2??菇訌姸冉咏附愉摴?,但其抗腐蝕性比鋼管高3~4倍,采用橡膠圈接口,施工方便。價格與灰口鑄鐵管比較基本相當(dāng),但比鋼管要低,目前球墨鑄鐵管最大口徑為1000 mm,宜用作輸配水管道。PE管采用熱熔聯(lián)接,接口牢固,不結(jié)垢,無毒、輕質(zhì)及表面光滑,柔韌性好,不易拉開或斷裂。這類管材重量輕,安裝方便,并具有內(nèi)壁光滑,水力條件好,施工費用比鋼管、鑄鐵管、鋼筋混凝土管施工費用減少15%~20%,是小型供水工程理想的管道。
根據(jù)西沙供水工程實際情況,本次設(shè)計管網(wǎng)管徑超過300 mm的選用球墨鑄鐵管,不超過300 mm的管路選用管材為PE100給水管,工作壓力1.6 MPa。球墨鑄鐵管采用承插接口連接,PE100給水管采用熱容或粘接連接。同時,根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查,蘆河漫灘,地下水位較淺,一般水位埋深1.0 m~2.0 m,覆蓋層厚度多小于10 m,巖性以松散至稍密的細砂為主,管槽基坑開挖時,如采用明排方案,基坑兩側(cè)將形成大量的流沙,明排方案很難實施;如采用止水帷幕方案,以基巖作為圍帷底界,然后開挖管槽,較為科學(xué),但工程造價高、工期長,設(shè)計及施工時對此問題應(yīng)有充分準備。
表3 設(shè)計分析工況水力結(jié)果表
4.2 水泵選擇
西沙區(qū)日最高用水量為4800 m3/d,供水量大,且是高揚程,所以水泵選擇也是關(guān)鍵。
(1)加壓泵站水泵確定
根據(jù)現(xiàn)有加壓泵房的面積尺寸,宜采用一用一備的潛水泵。按最大時流量進行設(shè)計,則每臺水泵的流量為320 m3/h。采用變頻控制。在完成設(shè)計工況水力分析后,泵站揚程可以直接根據(jù)其所在管段的水力特性確定。經(jīng)計算,水泵的揚程為127 m。根據(jù)流量和揚程的要求選兩臺格蘭富SP270-6AG型潛水泵,一用一備。其性流為:流量329 m3/h,揚程138 m,轉(zhuǎn)速2900 r/min,電動機功率190kW。用該泵替換原有的水泵機組。
(2)泵房水泵確定
提升泵房水泵的流量采用最高日設(shè)計用水量,即4800 m3/s。根據(jù)現(xiàn)有提升泵房的面積尺寸,宜采用一用一備的立式離心泵。按最高日平均時流量設(shè)計,則每臺水泵的流量為4800 m3/d,即200 m3/h。提升泵站至加壓泵站的管長120 m、管徑150 mm,材質(zhì)為鋼管,如要達到200 m3/h的流量,水頭損失為21.63 m,流速為3.27 m/s,難以實現(xiàn)。因此,要實現(xiàn)上述流量,須增大輸水管的管徑。因此,輸水管徑取300 mm的鋼管,則其流速為0.76 m/s,水頭損失為0.4839 m。
提升泵站和加壓泵站的液位差為70 m,輸水管的水頭損失為0.4839 m,安全水頭采用2 m,則水泵的揚程為72.4839 m,取H=73 m。根據(jù)流量和揚程的要求,選用兩臺KQL200/460-110/4(Z)型立式離心泵,一用一備。KQL200/460-110/4(Z)型泵的性能為:流量210 m3/h,揚程85 m,轉(zhuǎn)速1480 r/min,電動機功率110 kW,吸上高度4.5 m。
4.3 水錘防護措施
西沙供水區(qū)域的供水地形高差為124.43 m,水泵揚程127 m,因此供水時應(yīng)考慮水錘的影響。根據(jù)供水地形差、供水區(qū)域范圍以及管網(wǎng)的具體布置情況,為了預(yù)防水錘的發(fā)生,選用735S型壓力波動預(yù)止閥(四臺),分別在提升泵、加壓泵各泵的出水口處安裝。735S型閥門除了可預(yù)防壓力波動,還具有維持系統(tǒng)壓力的功能。它通過將過高的壓力排向大氣,來完成這一功能。當(dāng)系統(tǒng)壓力超出高泄壓導(dǎo)閥的設(shè)定值,導(dǎo)閥將開啟,導(dǎo)致主閥開啟,使系統(tǒng)泄壓。如系統(tǒng)壓力恢復(fù),低于導(dǎo)閥設(shè)定值,導(dǎo)閥將關(guān)閉,致使主閥緩慢關(guān)閉。
橫山縣城南高北低,西高東低,縣城供水為低區(qū)供水系統(tǒng);而新城西沙區(qū)由于整體高程高出縣城約60 m以上,其供水只能采用高區(qū)供水系統(tǒng),要保證水壓穩(wěn)定、輸水安全,就要選擇好供水設(shè)備。根據(jù)西沙的用水定額和需水量,提出供水方式,并經(jīng)過多方比較,球墨鑄鐵管抗腐蝕性強、耐壓、經(jīng)濟發(fā)展趨勢好,PE管價格低廉、施工成本低,所以管徑超過300 mm的管道選用球墨鑄鐵管,不超過300 mm的管路選用管材為PE100給水管,壓泵站選用兩臺KQL200/460-110/4(Z)型立式離心泵,泵房選用兩臺KQL200/460-110/4(Z)型立式離心泵,以確保供水能夠從城區(qū)供至西沙區(qū),順利供水。
TU991.3
B
1673-9000(2017)05-0071-03
2017-03-18
曹美琳(1981-),女,陜西橫山人,工程師,主要從事水產(chǎn)管理工作。