人均當(dāng)量法在農(nóng)村小型供水工程配水管網(wǎng)水力計算中的探討與運用

夏榮鑫

(寧強縣水利水電工作隊 陜西 寧強724400)

1 概述

供水工程的配水管網(wǎng)布置方式一般為樹枝狀管網(wǎng)與環(huán)狀管網(wǎng)兩種基本形式，農(nóng)村小型集中式供水工程布置方式多為樹枝狀。管網(wǎng)水力計算在初步設(shè)計工作中占有很大比重，其主要內(nèi)容是確定配水管道的直徑和管材。正確運用管網(wǎng)水力計算方法，確定合理而又經(jīng)濟(jì)的管徑和管材，是提高工程設(shè)計質(zhì)量、確保工程順利實施的保證。管網(wǎng)水力計算中目前常用的方法主要有單位管長比流量法、面積比流量法和人均當(dāng)量法，3種方法各有利弊，不同的管網(wǎng)布置形式應(yīng)區(qū)別對待，擇優(yōu)選用。筆者多年從事農(nóng)村小型供水工程設(shè)計，對農(nóng)村供水工程配水管網(wǎng)水力計算中常用方法的適用范圍、計算精度及具體計算過程進(jìn)行了分析，總結(jié)出不同方法的使用條件和使用范圍，以供參考。

2 樹枝狀配水管網(wǎng)水力計算的常用方法

2.1 單位管長比流量法

所謂單位長度比流量法是假定設(shè)計配水總量沿配水管道總長度均勻分布，則管線單位長度上的配水流量稱為長度比流量，記為，采用公式

式中，Q——管網(wǎng)最高日最高時總用水量，(l/s)；

Σq——集中供水流量總和，(l/s)；

ΣL——供水管道總長度，m。

先計算出單位管長比流量，然后根據(jù)管道長度進(jìn)行線型分?jǐn)偅嬎愠龈鞴芏蔚呐渌髁?，進(jìn)而計算出流入各個節(jié)點的集中流量，最后從管網(wǎng)末端節(jié)點算起，依據(jù)節(jié)點集中流量求出各管段設(shè)計流量后進(jìn)行管徑計算。

2.2 面積比流量法

假定沿線流量q1′、q2′……均勻分布在整個供水面積上，則單位面積上的配水流量稱為面積比流量，記作qA(l/s,m2)，按計算，其中ΣA——給水區(qū)域內(nèi)沿線配水的供水面積總和，m2，其余符號意義同前。即先計算出管段所負(fù)擔(dān)的供水面積的單位面積比流量，然后根據(jù)各個供水面積進(jìn)行分?jǐn)傆嬎?，得出各面積上的配水流量，進(jìn)而計算出流入各個節(jié)點的集中流量，最后從管網(wǎng)末端算起，依據(jù)節(jié)點集中流量求出各管段設(shè)計流量。

圖1 草壩場村供水工程供水管網(wǎng)水力計算圖

表1 節(jié)點流量表

表2 管段流量計算表

表3 管段水力計算表

2.3 人均當(dāng)量法

人均當(dāng)量法是將配水流量按設(shè)計用水總?cè)丝谶M(jìn)行均勻分配，用公式計算，其中ΣN為設(shè)計用水總?cè)丝冢?，其余符號意義同前。首先計算出人均當(dāng)量指標(biāo)qS(l/s,cap)，進(jìn)而根據(jù)各節(jié)點人口計算出節(jié)點出流量，然后從距蓄水池(或二級泵站)最遠(yuǎn)的管網(wǎng)末梢的節(jié)點開始，按照任一管段中的流量等于其下游所有節(jié)點流量之和的關(guān)系，逐個向蓄水池(或二級泵站)推算每個管段的設(shè)計流量。

3 三種方法的優(yōu)缺點比較

以上方法中，單位管長比流量法采用管道長度的線型分配進(jìn)行計算，只要在配水管網(wǎng)總體布置完成后，即可通過各管段長度進(jìn)行流量分配，進(jìn)而通過節(jié)點流量計算出管道設(shè)計流量。該方法簡單明了，易于理解掌握，計算簡便。但該方法忽視了管道沿線實際用水人口的多少，會出現(xiàn)管道長計算流量大、管道短計算流量小的情況，在實際中并不是管段長解決的供水人口就多，管道短覆蓋的人口就少。山區(qū)農(nóng)村供水工程配水管道短者幾十米、長者達(dá)千米，其沿線所覆蓋的農(nóng)戶較少而且分散，采用單位管長比流量法會忽視管道實際擔(dān)負(fù)的供水人口及實際用水量的多少，要么出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象，要么形成“馬力不足”的惡果，以此進(jìn)行管道設(shè)計，從經(jīng)濟(jì)角度考慮不太合理，但在供水區(qū)各管道設(shè)計人口較難統(tǒng)計且分布集中均勻連片的情況下，該方法較為適用。面積比法需確定供水區(qū)總面積，進(jìn)而計算管道設(shè)計流量，對于農(nóng)村小型供水工程因住戶十分離散，供水區(qū)總面積很難準(zhǔn)確界定，難度很大，對小型供水工程不適用，而在城市或集鎮(zhèn)供水工程中較為適用。人均當(dāng)量法是按管段實際擔(dān)負(fù)的供水人口，用當(dāng)量指標(biāo)進(jìn)行計算的，管道計算流量代表了實際用水需求，特別是農(nóng)村小型供水工程，住戶相對分散但各管段節(jié)點處供水人數(shù)容易確定，因而按此方法計算的管道流量更為切合實際，精度較高?，F(xiàn)通過以下具體實例，對人均當(dāng)量法的計算過程和步驟進(jìn)行演算。

4 計算實例

漢源鎮(zhèn)草壩場村飲水安全工程解決項目區(qū)現(xiàn)有1450人飲用水問題，依據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》SL310-2004，選取生活用水標(biāo)準(zhǔn)為60l/cap·d、設(shè)計年限選取 n=10a、人口自然增長率選取α=3‰，時變化系數(shù)Kh=2.0，則設(shè)計供水人口為1494人，生活最高日用水量為89.64m3/d，飼養(yǎng)場用水量2.54m3/h，工程供水規(guī)模為120.12m3/d，用水龍頭要求的水壓(自由水頭)為10m，采用地表水重力自流供水，供水管網(wǎng)布置如圖1所示，計算各管段的管徑。

4.1 設(shè)計流量

設(shè)計配水流量Q=7.47+2.54+10.01m3/h=2.781l/s，其中飼養(yǎng)場集中供水流量為2.54m3/h，即0.706l/s，將設(shè)計流量、集中供水流量分別標(biāo)在平面布置圖中節(jié)點、⑥節(jié)點。

4.2 設(shè)計用水總?cè)丝?/h3>

4.3 人均用水當(dāng)量

人均用水當(dāng)量按公式計算：

式中qs——人均用水當(dāng)量，(l/s·cap)；

Q——最高日最高時總用水量，(l/s)；

Σq——企業(yè)、機關(guān)、學(xué)校等大用戶集中用水量總和，(l/s)；

ΣN——設(shè)計用水總?cè)丝?，人?/p>

4.4 節(jié)點流量

各節(jié)點流量=(人均用水當(dāng)量×對應(yīng)的用水人數(shù))+該節(jié)點大用戶用水量

qj=(qs×N)+q，

式中，qj——某一節(jié)點流量，(l/s)；

qs——人均用水當(dāng)量，(l/s·cap)；

N——該節(jié)點的設(shè)計用水人口，人；

q——某一節(jié)點流量處大用戶集中用水量總和，(l/s)。

計算結(jié)果見表1。

4.5 管段設(shè)計流量

4.6 管網(wǎng)水力計算

5 結(jié)語

樹枝狀配水管網(wǎng)水力計算就是根據(jù)各管段的設(shè)計流量和經(jīng)濟(jì)流速，計算其直徑而選定管材，確定管段設(shè)計流量是其核心內(nèi)容。人均當(dāng)量法是根據(jù)管段節(jié)點實際擔(dān)負(fù)的供水人口按人均用水當(dāng)量進(jìn)行節(jié)點流量計算，其管段計算流量代表了實際用水需求。小型集中式供水工程，住戶相對分散、但各管段處的節(jié)點供水人數(shù)較容易確定，用此方法計算的管道流量作為設(shè)計成果更為切合實際，精度較高，可作為農(nóng)村小型供水工程配水管網(wǎng)計算中的最佳方法予以運用。