榆林市水利水电勘测设计院 陕西省榆林市 719000
1.综合说明
1.1 项目建设的必要性
陕北地区素有“十年九旱”之说，每年都有不同程度的旱灾发生，干旱灾害具有旱灾发生频次高、季节性旱灾突出、旱灾持续性强、区域性旱灾明显、旱灾范围不断扩大、旱灾损失大等特点。陕北地区年降雨量少，属资源性缺水地区。陕北黄土高塬区年降雨量少且时空分布不均，地表可供水量十分有限，地下水因埋深大开采难度大，造成资源性缺水。其次是地下水超采严重，环境地质恶化。
随着工农业生产和整个国民经济突飞猛进的发展，干旱期项目区水窖干涸无水可取，河道径流量减少水量不足，无法满足居民生活用水需求，因此，实施抗旱应急供水工程很有必要，也势在必行。
1.2 工程规模
1.2.1 设计范围、供水对象及设计水平年
（1）供水范围、对象
陕西省2014年度抗旱应急水源工程米脂县项目建设实施方案的供水范围为干旱期石沟镇4500人及银州镇9500人的生活用水。
（2）现状年及设计水平年
本项目根据工程所在地的社会经济发展水平，参照《陕西省抗旱规划》，考虑供水对象及性质，确定该工程现状水平年为2013年。
根据《村镇供水工程设计规范》（SL687-2014）规定，结合项目区总体发展规划，设计水平年选择2025年。
（3）供水保证率
根据《村镇供水工程设计规范》（SL687-2014），拟定本次抗旱应急工程的供水保证率为95%。
1.2.2 抗旱应急需水量预测
1.2.2.1 抗旱应急人饮工程需水量确定
（1）居民生活用水量
① 设计水平年供水人口，按人口自然增长率0.6%预测，
② 居民生活用水定额
用水指标结合《村镇供水工程设计规范》（SL687-2014）、《抗旱规划实施方案(2013～2017年)》及《陕西省抗旱应急水源工程实施方案编制要点》的规定，抗旱应急状况米脂县石沟镇及银州镇生活用水量定额为35L/人·d。常规生活用水量定额为90L/人·d，
（2）公共建筑用水量
公共建筑用水量应根据公共建筑性质、规模及其用水定额确定。本次用水指标由于缺乏实际资料，公共建筑用水量可按居民生活用水量的15%计。
（3）管网漏损率和未预见水量：管网漏损率和未预见水量按居民生活用水量，公建用水量之和的15％计。
（4）用水变化系数及供水时间
按《村镇供水工程设计规范》（SL687-2014）及《陕西省抗旱应急水源工程实施方案编制要点》规定，本设计时变化系数K时=1.8，日变化系数取K日=1.4。
1.3.工程用水量规模
根据《陕西省抗旱应急水源工程实施方案编制要点》的规定，考虑到长远发展，若有常规任务，规模应按照应急任务和常规任务中较大的确定。因此，考虑到长远发展，本工程规模以常规供水任务确定，即日用水量采用1790.37 m3。
1.4水源选择
水源利用已成水库作为供水水源，即石沟镇远株沟水库，加以修复后作为本次的取水水源。
本供水水源主要靠远株沟水库进行水量调节，供水量取设计频率为90%的年径流量为16.39×104m3。通过调节计算可知，在扣除蒸发和渗漏损失情况下，在95%供水保证率要求下，该水库可提供5.37万m3的水量，能满足抗旱应急状况下石沟镇4500人和银洲镇9500人的生活用水。因此远株沟水库作为本次抗旱应急供水工程的水源是可行的。
1.5工程总体布置
1.5.1 工程等级及设计标准
本工程为抗旱应急供水工程，供水范围为：米脂县石沟镇4500人及银州镇9500人的生活用水。根据《防洪标准》（GB50201-94）和《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），供水工程的主要依据供水对象的重要性划分，对应的工程等别确定为Ⅳ等小（2）型工程。综合分析确定：永久性建筑物按其工程等别划分为主要建筑物5级，次要建筑物5级；临时建筑物按照5级设计。
1.5.2 工程防洪标准
由于受地形条件的限制，供水管线从水库取水后基本一直沿沟道布设，因此，设计时要考虑管道的防冲及淹没问题。根据本工程的供水对象、供水规模及重要性等综合考虑，确定本工程永久性水工建筑物防洪标准为：10年一遇设计洪水。
1.5.3 供水系统
本抗旱应急供水工程供水系统方案为在远株沟水库放水洞出口新建进水池，管线从进水池引水至石沟镇，在桩号K5+272处设置三通阀井，一条管线通往石沟镇新建蓄水池，另一条管线继续延伸至银州镇新建水厂。
1.6 工程设计
1.6.1工程等级及标准
（1）工程等级
本工程设计供水范围为陕西省米脂县石沟镇4500人及银州镇9500人的生活用水，用水保证率为95%，最高日用水量为1790.37 m3。
根据《水利水电等级划分及洪水标准》（SL252-2000）, 确定本工程管线部分等级为小（2）型工程，永久性水工主要建筑物级别为5级，次要建筑物等级为5级。
（2）防洪标准
根据本工程的供水对象、供水规模及重要性等综合考虑，确定本工程永久性水工建筑物防洪标准为：10年一遇设计洪水。
1.6.2取水构筑物设计
本供水管线工程水源为远株沟水库，取水口位于水库卧管涵洞出口明渠处，采用120m的DN250PE(0.8MP)管引至进水池，引水管线从进水池引水至下游石沟镇及银州镇。
为了保证输水管道运行安全，在高程914.50 m较平缓处设置进水池，设计采用标准图集《矩形钢筋混凝土清水池96s831》（7页-9页）中50m³的矩形蓄水池，尺寸（长×宽×高）为3.9×3.9×3.5m，顶部覆土厚1m，并设通风管，进水口高程为917.50m，出水口高程为915.00m。
1.6.3引水管线工程
本次设计的陕西省2014年度抗旱应急水源工程米脂县项目建设实施方案工程管线总长11.65km，其中：DN250PE（0.8MP）管长11.55km，水库放水涵洞至进水池120m，引水池至石沟镇5.27km，石沟镇至银州镇6.16km；DN140PE（0.8MP）管长0.10Km，由主管线K5+272处至石沟镇新建蓄水池。管线部分全采用重力自流的引水方式。
工程主要建设内容有：（1）铺设DN250PE×0.8MPa管11.55 km ，DN140PE×0.8MPa管长0.1Km；（2）新建水源地进水池一座（3.9×3.9×3.5m）；（3）新建150m3蓄水池一座；（4）新建排气、泄水阀井、流量计井等82座，新建管道镇墩90个。
（1） 经济管径
管径的大小与流速有关，若管内流速过大，会由于水击作用而使管道遭到破坏；对水流中挟带泥沙的管道，管道流速又不能过小，太小往往造成管道淤泥。因此，先根据规范和经验来假定管道的经济流速，然后根据假定的经济流速再确定经济管径，最后根据确定出的经济管径来校核管道流速是否满足管道使用上对流速的技术要求。
1、管道经济管径的确定
根据《室外给水设计规范》（GB50013-2006），对于PE管，经济流速v选取为0.6—1.0m/s。根据推荐公式来确定经济管径。
根据选择的管径，依据公式来校核管道流速，同时，要保证v>0.25m/s，满足规范要求。
从长远发展规划考虑，根据水库所能提供的供水能力考虑，根据计算选择DN250PE管（公称压力0.8Mpa）。
（2） 管道水头损失
管道水头损失计算，包括沿程水头损失和局部水头损失计算式为：
hs=hy+hj
式中：hs—管道水头损失（m）；
hy—管道沿程水头损失（m）；
hj—管道局部水头损失（m）。
（1）沿程水头损失：
hy=i·L
式中：hy—沿程水头损失（m）；
i—水力坡降；
L—计算管道长度（m）。
PE管水力坡降计算按以下公式：
i=0.000915·Q1.774/d4.477
式中：Q—设计流量（m3/s），
d—管道计算内径（m）。
（2）局部水头损失：根据《村镇引水工程技术规范》规定，输水管局部水头损失，可按其沿程水头损失的5％～10%计算，本工程局部水头损失按沿程水头损失的10％考虑。管道水力计算见下表:
（3）管道敷设
1管道纵断面设计
输水管道全部采用埋地管道，纵断面依据实测地形资料及地质资料，结合当地的气象特征及管道水力计算来布设。确保管道系统运行时不出现负压，管道埋设在最大冻土层深以下，管顶以上覆土最小厚度取1.5m。在纵断面设计时尽量满足管道地埋要求，避免急转弯、较大起伏，保证管道顺畅连接。
2管道横断面设计
管沟边坡坡度取为1：0.75。管沟开挖受限时，管沟施工时应加顶板支护。在管外壁两侧预留工作宽度0.4m。管道两侧回填土要求夯实，管顶人工夯实回填深度为0.8m，压实系数不小于92%，其余回填部分压实系数不小于90%。
3管床、镇墩
管道沿线基础主要为黄土、砂土和基岩。为改善管道受力状况，对黄土和砂质壤土管床基础处理，管下分别铺设30cm 厚3:7灰土和30cm 厚卵石垫层，基岩开挖处管道下铺设20cm 粗砂垫层。
引水管道在运行中，竖向和水平转弯处会产生竖向和侧向水推力，因此在管线的转折处或直管段长度大于500m时设置镇墩，坡度较大时适当加密（坡度＞5%），镇墩采用C25钢筋砼现浇，基础处理为20cm厚3:7灰土夯实。根据管道直径及平面、立面或空间复合角度酌情选取，共布设镇墩90个。
4管件及附属构筑物
依据《室外给水管道附属构筑物》（05S502—2005），为确保输水管线正常运行、日常维修和事故抢修及引水工程的调度管理，沿引水管线设有排气阀井、检修阀井等附属构筑物82座。
5管线标志桩
引水主线路长11.43Km，穿沟越岭地形复杂多变，为了管理方便，沿管线应设置标志桩（百米桩、公里桩、主要构筑物起始点加密桩）。标志桩为钢筋砼结构。百米桩及镇墩标志桩尺寸：厚×宽×高＝15×15×80cm，公里桩尺寸：厚×宽×高＝15×40×80cm，共计114个。
6.1 设计依据及原则
6.1.1 设计依据
（1）《陕西省引调提水工程主要特性指标表》；
（2）《陕西省抗旱规划实施方案(2014～2016年)》；
（3）《关于下达2014年抗旱应急水源工程建设任务的通知》（水汛（2014）239号）；
（4）《关于抓紧开展抗旱应急水源工程项目建设前期工作的通知》。
6.1.2 执行标准
（1）《防洪标准》（GB50201-94）；
（2）《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）；
（3）《陕西省村镇供水工程初步设计要点》；
（4）《村镇供水工程技术规范》（SL687-2014）；
（5）《钢筋混凝土结构设计规范》（SL/T191-96）；
（6）《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）；
（7）《砌体结构设计规范》（GB50003-2001）；
（8）《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）；
论文作者:任春艳
论文发表刊物:《建筑实践》2019年10期
论文发表时间:2019/9/2
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