农村供水工程重力输水技术的探讨

GXF360 2017-06-20

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农村供水工程重力输水技术的探讨

江超

（安徽省池州市东至县水务局，安徽池州 247200）

摘要：农村给水工程的输水方式多种多样，部分山区乡镇受地理环境的影响，重力式输水是最为理想的一种供水方式。重力式输水的电力损耗较低、节能环保、方便快捷，能够在低投资和低成本的情况下，获得较高的供水效果。文章从重力流输水技术存在的主要问题和局限出发，寻求解决重力流输水技术缺陷的方法和策略，以供农村供水工程建设时作为参考。

关键词：农村供水工程；重力输水；技术探讨

近年来，随着农饮工程的建设，国家大力推进城乡供水一体化进程，人们的社会生活水平迅速提高，我国广大农村地区经济也呈现快速发展的现状，由此农村的供水工程得以重视和加大投入。然而，我国广大农村地区地理位置通常比较偏僻，多数农村地区的供水现状不够理想，农民的饮水量和饮水安全程度都得不到保障，居民生活基本用水受到威胁。因此，有必要就我国农村的供水工程进行分析，结合现阶段应用最为广泛的重力式输水技术进行探讨。针对输水技术中常见的问题和局限，提出解决问题的策略，从而促进我国农村供水工程效率提高，提升人们的生活水平和生活质量。

1 农村供水工程特征概述

与城市集中供水的便捷和多样性不同，农村供水工程具有以下几个最重要的基本特征：①农村供水工程的地位十分显著。农村供水不仅需要农民自身提高重视，还需要水利、农业部门相关机构投入建设，农民的生活离不开农业的进步，发展农业的重要途径之一是改善农村用水环境和供水条件，各级领导和政府机构必须认识到农村供水工程在我国农村经济的重要地位，进一步重视农村的供水状况；②农村供水工程需要农民群众积极参与。农村水利的分散性较大，供水设施遍及各村组，农民的日常生产和生活都离不开农村供水工程，群众性的项目需要群众自身积极参与；③政府的投入和扶持对农村供水工程的发展十分重要。农村供水工程属于高投入低收益的公益性事业，公益设施的服务对象是广大农村居民，其往往投资高收益低，各级政府机构必须在政策上予以倾斜，并在财政上予以扶持和帮助，才能大力促进农村供水的发展和进步；④农村供水工程具有垄断性。政府的宏观调控对于农村供水项目的稳定发展具有重要意义，农村供水工程往往受到农村地形、水资源等多方面因素的制约，技术的限制使得供水工程的垄断性极高，服务农民生活、生产的水源和供水设施，不应当转让私人垄断，为此，建设和管理农村供水工程需要各级政府按照规划方针有序进行。

2 农村供水工程的重力输水技术的困境

2.1 供水工程的投资成本过高

供水输水工程设施的投入使用，有效保障了农民的生活和生产用水，但是，由于农村居民生活居住场所较为分散，建设输水设施，实现集中供水的过程中采用长距离输水管道，要想确保较为分散居民的供水效果，输水管道的长度就必须增加，与此同时，增加输水量导致输水管道的增加，使得农村的供水工程投资成本增大，另一方面，长距离输水工程投入巨大，农户的用水量却很小，这对于农村供水工程的发展极为不利。

2.2 铺设输水管道的障碍

若在农村地区采用重力流输水，要想保证农民居住点的供水水压，就必须结合农村居民的居住情况铺设管道。但是，实际铺设管道过程中，农村地质情况的影响很大，地形起伏影响管道铺设的质量。管道输水过程中，气阻现象会大幅降低管道的输水效率。

2.3 重力输水高程不足

如图1所示为典型的供水工程重力输水示意图，管轴线各处的高程是控制水流速度的关键，同时水流速度是决定输水管道管径大小的直接因素，一旦农村供水工程重力输水的高程不足，为管径设计带来困难。

图1 典型重力输水工程示意图

3 解决农村供水工程重力输水问题的措施

3.1 合理选择管道的直径，降低工程造价

供水工程设计过程中，管道阻力的计算通常运用通用程序进行，给定流速后，可以求得有效的管径和水流阻力损失；给定管径后，同样可以算得有效的流速与水流阻力损失。然而计算的过程中极少考虑重力流管道的特殊性，往往直接通过经验公式粗略计算管道直径，并无相关的情况分析和水力计算，使得管道的设计产生难以避免的失误。为此，管道设计分析必须采用合适的方法和反复验算，对管径进行正确合理的计算。

3.2 设置适当的镇墩以保证管道网络的正常运行

在管网的长距离和斜坡道及拐点各处都应当适当设置镇墩，保证管网运行安全稳定。管网线路选择宜遵循尽量直线的原则，减少弯道引起的应力过高现象，减少水头损失。安装管道时需根据管道的形状和尺寸进行摆放，避免设置过多的伸缩段，使得施工更为方便，还能大幅降低管网的造价成本。

3.3 科学设置进气和排气阀，提高供水的安全性

农村居住区的供水受到农民生活作息时间和起居习惯的影响，需要用水的时间集中在某一时间段内，使得供水管道内部流水的速度和流量不断变化，管道排气充气频繁，一旦存在排气进气受阻，就会在管道中形成一定的负压，破坏管道的稳定性，由此可见，管道中的进气与排气控制问题是管道输水安全的重要关注点之一。管道上坡、下坡及水平段都应当安装进气和排气的阀门，同时管线的高位点、低位点和转折点也需要合理设置进气排气阀，从而有效降低管道内空气囊对管道壁的破坏，减少堵水现象的存在，可以极大提高管道运用重力进行输水的效率，提高管网的稳定性和安全性。

3.4 减压设备用于确保供水的压力

供水工程规范规定大于40m高差或超过60m水头的管网应当设置减压阀，并在必要位置安装安全阀。供水工程的重力流输水时需要借助动力水压力作用输水，从而减小最低管径，提高沿程水头损失控制，而减压井和减压阀控制静水压力。相比而言，减压井的工程量较大，控制井流程度很低，不能灵敏的控制井内流量，使得水流容易溢出。工程实践证明，选择降低动水压力和静水压力的200XP型减压阀，这种设备的控制程度很高，自我调压能力及其灵活多变，具有较高的保证率。

3.5 降低水锤损失危害

水锤损失危害很大，避免水锤损害的方法有很多，其中最为简单的方法就是适当延长阀门的闭合时间。具体而言，应当采取多种措施和方案，并选出最为高效低廉的方法。方案包括：在管网的阀门处布置旁通管；阀门最后的15%～20%空间为管道提供阀门缓冲保护；停电时必须保证水泵电机反转；由具体情况可以考虑安装进气阀或液压气室。针对大型阀门而言，为了将水锤损失控制在一定的程度内，必须延长阀门启动和关闭的时间，这是最为直接有效的方法。