貧水山區(qū)農(nóng)村飲水安全工程經(jīng)濟適用的建設(shè)方法,農(nóng)業(yè)工程論文

貧水山區(qū)農(nóng)村飲水安全工程經(jīng)濟適用的建設(shè)方法,農(nóng)業(yè)工程論文凌源市位于遼寧省西部，總體地理特征為七山一水二分田,當(dāng)?shù)剞r(nóng)村飲水安全工程建設(shè)的重點在山區(qū)。多年來，針對因滴水貴如油而導(dǎo)致村民間借水還水的地區(qū)性缺水狀況，只能采用從山下遠(yuǎn)處有限的水源處引水到山腳，再二次加壓分配到各戶的供應(yīng)方式。從地區(qū)寓居人口的分布和用水狀況來看，需要建設(shè)的工程系統(tǒng)固然每戶給水量不多，但由于寓居分散，建設(shè)總量多，牽涉的范圍廣，構(gòu)成的總體規(guī)模極其龐大，建設(shè)的投入高，后期維護(hù)和運行管理難度大。因而，需要研究貧水山區(qū)背景下，農(nóng)村飲水安全工程經(jīng)濟適用的建設(shè)方式方法，保證貧水山區(qū)農(nóng)村飲水安全工程的最優(yōu)投入與高效運行。1建設(shè)背景根據(jù)凌源市貧水山區(qū)峰巒起伏、田塊零碎而不規(guī)則的特點，居民通常為方便耕作而分散寓居于山坡地帶。因而，工程建設(shè)的總體走向均沿坡順勢依地表布置，不僅管路及附屬設(shè)施較多，相應(yīng)的土建工程如過溝坎、穿巖區(qū)、越叢林以及防寒凍、防腐蝕等土建工程投入都隨之增大，同時，還因?qū)嶋H坡地各處規(guī)模不等的凹凹凸凸等眾多問題，增加了系統(tǒng)的局部阻力和沿程損失，甚至引起氣蝕和氣塞等[1],導(dǎo)致當(dāng)?shù)刎毸絽^(qū)農(nóng)村飲水安全工程建設(shè)難、管理難、運行難。從山區(qū)人口的寓居特點，即依坡面自下而上逐步向高處延展的情況看，考慮到樓宇給水工程的成熟性，又有成套的標(biāo)準(zhǔn)化機泵配套設(shè)備供給，直接引用會使貧水山區(qū)農(nóng)村飲水工程建設(shè)有規(guī)可依和得到簡化。因而，工程的建設(shè)均采用已規(guī)范化的城市樓宇給水工程的建設(shè)思路和方式方法，按與樓宇對等的高差范圍劃分承壓區(qū)，建設(shè)泵房、安裝管路、配置機泵和輔助設(shè)施等。但是，多年來的運行發(fā)現(xiàn)，如此規(guī)范化建設(shè)的供水系統(tǒng)，不僅建設(shè)經(jīng)過所用的工程材料和土建工程量幾倍甚至十幾倍的多于同高差規(guī)模的樓宇供水系統(tǒng)，而且在運行中，幾乎每個承壓區(qū)的末端均有水壓缺乏或斷水等現(xiàn)象，影響系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮，同時還帶來管理上的眾多問題。2比照分析針對已建工程，用其比照城市樓宇的給水形式，兩者均是靠壓力將水從低處送到高處，知足用水需求。對于樓宇供水來講，通常按樓的高度分成若干個不等的承壓區(qū)，在樓下泵房中對應(yīng)不同的承壓區(qū)，安裝相應(yīng)的壓力管道和泵機組，即分區(qū)分壓供水。同理，貧水山區(qū)農(nóng)村飲水安全工程的建設(shè)也采取類似的做法，即在山腳下建設(shè)泵房，按山上居民區(qū)片高差的不同，安裝相應(yīng)的壓力管道和泵機組，實行分區(qū)片分壓供水。進(jìn)一步研究，我們采取把包括用水戶在內(nèi)的山坡作為一個等效坡平面來看待，利用工程投影原理，將該坡面包涵面的均平面向一過地心的垂平面投影，即可得到一個典型的等效樓宇構(gòu)造,所不同的是，其等效樓層和等效戶位不特別規(guī)則，但這不影響對問題的研究。從這一等效樓宇構(gòu)造構(gòu)成的典型樓宇供水模型著手，進(jìn)而找出合適的建設(shè)方式方法。從用水群體的特征來看，城市樓宇的每一層是等戶位的，自下而上構(gòu)成了矩形三維立體構(gòu)造，每一層均是一個等高程的用水群；而山區(qū)居民的寓居特點是隨著山高的增加，戶數(shù)在逐步減少，即呈長邊在下端的平面三角形分布，通常，位于三角形底端的居民與山腳下的泵房間又有較長一段無人寓居或很少有人寓居的空區(qū)距離，其形狀可形象地看作是一棵塔松形樹體的垂平面投影。從用水特征來看，由于居區(qū)的不同，前者呈各承壓區(qū)用水戶相等構(gòu)造；而后者則隨著承壓區(qū)的增高，用水戶在減少，呈反比趨勢。從建設(shè)特征來看，前者呈豎直向上送水構(gòu)造，后者則呈沿坡向前向上的構(gòu)造。同時，對于后者的塔松形樹干區(qū)間，正是供水管路不可或缺，即工程投入極速增大的區(qū)域。因而，從建設(shè)難度及工程量比照上，研究這一區(qū)域乃至整個貧水山區(qū)農(nóng)村飲水安全工程給水系統(tǒng)建設(shè)具有重要的意義。正是在這里基礎(chǔ)上，提出了差壓供水的形式。3工程建設(shè)3.1構(gòu)造確立從工程建設(shè)的構(gòu)造分析出發(fā)，對于貧水山區(qū)坡居地區(qū)，尤其是居戶范圍較大、從下到上相距較遠(yuǎn)且高程差較大的村屯，為了向不同高程住戶供水，通常采用樓宇常用的分區(qū)分壓方式方法，即由低、中、高等不同的壓力管道和機組分壓供水，見圖1〔a〕。在這種供水方式方法中，機電設(shè)備和管道配置要求高、土建配套工程量大、長期運行費用高[2].尤其在向高處供水時，為減輕泵機組啟動時的硬沖擊，常要采用軟啟動或微機給水，以及配套穩(wěn)壓、濾波電源等設(shè)備，這些設(shè)備極易遭受雷擊而損壞，而且，能夠進(jìn)行這種微電子技術(shù)服務(wù)的專業(yè)技術(shù)人員主要集中在一些大城市，一旦損壞，很難及時修復(fù)，直接影響農(nóng)村飲水系統(tǒng)的使用。3.2建設(shè)經(jīng)過針對上述問題，試驗采取了差壓供水方式方法，即取消原來樓宇式構(gòu)造的多條主管路，用一條主管路從泵房引出，到達(dá)相當(dāng)于樓宇分壓時的低壓區(qū)對應(yīng)高程時，由支管路接入，對低壓區(qū)供水；同時，主管路順坡繼續(xù)向上延伸，到達(dá)相當(dāng)于樓宇構(gòu)造分壓時的中壓區(qū)對應(yīng)高程時，在主管路上安裝一個管道泵，利用低壓區(qū)的富有水頭作為本級的吸入工作水頭，并加壓為中壓區(qū)供水；同理，當(dāng)主管路延伸到相當(dāng)于樓宇分壓時的高壓區(qū)對應(yīng)高程時，在主管路上再接入一個管道泵，利用中壓區(qū)的富有水頭作為本級的吸入工作水頭并加壓為高壓區(qū)供水；以此類推，直至完成一個山坡的全域供水。其扼要構(gòu)造見圖1〔b〕。這樣建設(shè)的給水系統(tǒng)，其各承壓區(qū)仍遵循與樓宇一樣的分界方式方法，其低壓區(qū)的承壓水頭與樓宇分壓時基本一樣，中壓區(qū)只需考慮本區(qū)壓力水頭減去低壓區(qū)的差壓，高壓區(qū)也只需考慮本區(qū)壓力水頭減去中壓區(qū)的差壓，以此類推，即每個高一級的承壓區(qū)只需考慮本區(qū)壓力水頭減去低一級承壓區(qū)的差壓，利用前級末端的富有水頭，提供本級的吸入水頭，克制了泵的汽蝕，完成高一層級的供水。這樣，在泵產(chǎn)品的選擇上也較為方便，有已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的泵產(chǎn)品供給，根據(jù)泵產(chǎn)品的系列型譜選擇泵機組，通常選擇管道型離心式泵。不僅取消了采用樓宇分壓時，本級至泵房間的專用管路及其造成的沿程和局部損失，且大大簡化了水源泵房建筑構(gòu)造，優(yōu)化了系統(tǒng)，還充分利用了前一級的富有水頭，進(jìn)而節(jié)省了能量消耗[3],同時也降減少了工程量。3.3運行效果由于地區(qū)水資源的極度匱乏，根據(jù)當(dāng)?shù)厣絽^(qū)生活的特點，所建系統(tǒng)均采取分時段供水，由自備水具儲水，基本可知足日常生活用水需求，在經(jīng)濟還不夠發(fā)達(dá)的貧水山區(qū)尤為適用。泵機組由限時控制器控制，啟動時，先啟動山腳下泵房中的機組，待限定的延時時段〔這里取2min〕后，啟動高一層級的水泵，以此類推，再連續(xù)運行2h,基本可知足全村的供水。系統(tǒng)關(guān)機時，則按相反的時序，自動逐級關(guān)閉機組。建設(shè)經(jīng)過中，因工程不同，一般可節(jié)省主管路及相關(guān)土建工程50%~65%以上。通過微阻緩閉閥件及弱回流裝置，解決了冬季冰塞及全系統(tǒng)停電的水錘問題。采用繼電邏輯控制，來減少農(nóng)村原野雷擊嚴(yán)重的問題。該系統(tǒng)首先在凌源市大河北鄉(xiāng)典型的貧水山區(qū)農(nóng)村飲水安全工程中試驗成功，又在本市其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)及周邊地區(qū)進(jìn)行推廣，收到了良好效果。4經(jīng)歷體驗和建議農(nóng)村飲水安全保障是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，貧水山區(qū)農(nóng)村飲水安全工程，尤其是經(jīng)濟欠發(fā)達(dá)又貧水的山區(qū)農(nóng)村飲水安全工程，情況愈加復(fù)雜，當(dāng)前還沒有一個最優(yōu)的形式能適用全部地區(qū)。在保證基本飲水需求的基礎(chǔ)上，使系統(tǒng)盡量簡單、降低運行費用、設(shè)備經(jīng)久耐用是山區(qū)農(nóng)村飲水安全工程所追求的目的。因而，相對于樓宇來講，由于山區(qū)農(nóng)村地域上的分散和廣闊性，泵機組的安裝位置不受樓宇那樣因樓內(nèi)部密集構(gòu)造而對機組安裝位置上的較多限制，能夠方便的選址而不會由于機組運行影響居民日常生活，為貧水山區(qū)農(nóng)村飲水安全工程的差壓供水方式建設(shè)，提供了可行的地域條件。針對遼寧省凌源市農(nóng)村飲水安全工程建設(shè)中碰到的詳細(xì)問題做了一些嘗試，當(dāng)前只考慮了生活用水，沒有考慮生產(chǎn)和消防用水，如需作進(jìn)一步的推廣應(yīng)用，還要做深切進(jìn)入的理論研究和細(xì)化工作，在進(jìn)一步的工程實踐中，探尋求索合適山區(qū)農(nóng)村飲