利用軟件結(jié)合實(shí)例設(shè)計(jì)城鎮(zhèn)給水管網(wǎng)

【摘要】給水管網(wǎng)系統(tǒng)是構(gòu)成城鎮(zhèn)給水系統(tǒng)的重要部分。本文結(jié)合某市某縣的管網(wǎng)設(shè)計(jì)實(shí)例介紹了城鎮(zhèn)給水系統(tǒng)的組成，并簡(jiǎn)單地對(duì)配水管網(wǎng)的平面布置及計(jì)算、水量水壓調(diào)節(jié)設(shè)施及管道選材等進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】給水系統(tǒng)；配水管網(wǎng)；用水量計(jì)算；管網(wǎng)水力計(jì)算

城鎮(zhèn)給水系統(tǒng)的重要部分是給水管網(wǎng)系統(tǒng)，需滿足用戶對(duì)水量、水質(zhì)、水壓的要求。給水管網(wǎng)系統(tǒng)的任務(wù)是通過泵站、輸水管、配水管網(wǎng)、及調(diào)節(jié)構(gòu)筑物等設(shè)施的配合工作將符合用戶用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的水輸送和分配到用戶來實(shí)現(xiàn)的。工程設(shè)計(jì)的基本要求是以最少的建造費(fèi)用和管理費(fèi)用，保證用戶所需的水量和水壓，降低漏損率，保持水質(zhì)安全。管網(wǎng)設(shè)計(jì)對(duì)配水管網(wǎng)的建設(shè)十分重要，并且是后續(xù)工作的基礎(chǔ)。下面將利用軟件結(jié)合某市某縣的配水管網(wǎng)設(shè)計(jì)進(jìn)行討論。

1、給水管網(wǎng)系統(tǒng)

給水管網(wǎng)系統(tǒng)由輸水管渠和配水管網(wǎng)構(gòu)成。輸水管渠應(yīng)保證供水不間斷，盡量線路最短，少占農(nóng)田，維護(hù)方便。根據(jù)距離選擇壓力輸水或無壓輸水方式。配水管網(wǎng)安放的原則是在滿足各用戶對(duì)水量、水壓的要求以及考慮施工及維護(hù)方便的前提下，盡量縮短管線長(zhǎng)度[1]。管網(wǎng)中管道可分為干管、分配管、進(jìn)戶管（三種管道有三種管徑）。輸水管渠之間應(yīng)在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置連接管來保證供水，配水管網(wǎng)一般采用環(huán)狀管網(wǎng)布置。城鎮(zhèn)配水管網(wǎng)還承擔(dān)城鎮(zhèn)的消防作用，因此，在現(xiàn)狀道路或規(guī)劃道路上應(yīng)敷設(shè)管徑一般不小于150mm的配水支管。

布置管網(wǎng)時(shí)，可考慮分期建設(shè)，可前期采取樹狀網(wǎng)，后期可逐步構(gòu)成環(huán)狀網(wǎng)?？稍诔侵行牟贾铆h(huán)狀管網(wǎng)，在郊區(qū)可布置樹狀支管網(wǎng)，環(huán)狀管網(wǎng)與樹狀支狀管網(wǎng)相結(jié)合。當(dāng)遇到地形條件有限制等情況，可采用支狀管網(wǎng)來減少工程費(fèi)用。

某縣地表水廠位于某縣的東北街區(qū)偏西北方向，干管將由水廠出來沿緯一路向東方向、向西方向敷設(shè)，呈“日”字型布置，再由干管接配水支管。干管布置如下圖所示。（其中，藍(lán)色線表示干管）

2、用水量計(jì)算

由綜合生活用水，工業(yè)企業(yè)用水，澆灑道路和綠地用水以及未預(yù)見用水和管網(wǎng)漏失水量組成的城鎮(zhèn)最高日總用水量，消防水量是城市給水系統(tǒng)必須考慮的水量，在最高日用水量計(jì)算時(shí)不計(jì)算，但在校核時(shí)需要計(jì)算。

配水管網(wǎng)為滿足城鎮(zhèn)用水量的變化，在設(shè)計(jì)年限保證系統(tǒng)安全可靠供水，應(yīng)取最高日最高時(shí)用水量作為設(shè)計(jì)依據(jù)。日變化系數(shù)值約為1.1～1.5，時(shí)變化系數(shù)值約為1.2～1.6。大城市變化系數(shù)取小值，小城市可適當(dāng)加大。

根據(jù)人口增長(zhǎng)系數(shù)以及人均綜合用水標(biāo)準(zhǔn)等依據(jù)，利用數(shù)據(jù)模型計(jì)算到2020年某縣中心城區(qū)用水量350萬m3/年（9589.04m3/d，399.54m3/h，110.98L/S），取日變化系數(shù)1.3，時(shí)變化系數(shù)為1.4。通過計(jì)算，最高日最高時(shí)的用水量為559.36m3/h（155.38L/S）。

3、管網(wǎng)水力計(jì)算

配水管網(wǎng)是個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，通過配水管網(wǎng)的水力計(jì)算可以確定干管管徑、管網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的水壓、管段的實(shí)際設(shè)計(jì)流量、泵站和管網(wǎng)中的加壓泵站的揚(yáng)程等數(shù)據(jù)。

3.1 計(jì)算流量

配水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)按照高日高時(shí)用水量計(jì)算。管網(wǎng)計(jì)算前分析供水區(qū)域內(nèi)用戶用水量的分布特點(diǎn)，可假設(shè)大用戶節(jié)點(diǎn)流量為集中流量，其余用水量均勻分布在管線上，由此算出管線單位長(zhǎng)度的流量，稱長(zhǎng)度比流量。人口密度不同，也可按該管段的供水面積決定比流量的計(jì)算方法，稱面積比流量。

在鴻業(yè)軟件里將管線布置好后，將大用戶和水源定義集中流量。其中，水源的集中流量為負(fù)，其他大用戶集中流量為正。將輸水管渠定義為兩側(cè)不供水類型，城周邊的管線定義成單側(cè)供水類型，城中心管線定義成雙側(cè)供水類型。按管長(zhǎng)進(jìn)行分配流量。城市熱鬧區(qū)的管道可設(shè)置一定的配水系數(shù)。

3.2 沿線流量和節(jié)點(diǎn)流量

根據(jù)比流量可求出整個(gè)管網(wǎng)任意一管段的沿線流量，即長(zhǎng)度比流量（面積比流量）與所求管段計(jì)算長(zhǎng)度（供水面積）的乘積。

任一管段流量由沿線流量ql和轉(zhuǎn)輸流量qt構(gòu)成。由沿線流量ql可將沿線流量ql轉(zhuǎn)化成從管段兩端節(jié)點(diǎn)流出的節(jié)點(diǎn)流量，其化為節(jié)點(diǎn)流量的原理是求一個(gè)沿線不變、而從管段末端節(jié)點(diǎn)流出的流量αql（α稱為流量折算系數(shù)），使它產(chǎn)生的水頭損失等于實(shí)際上沿線流量qx產(chǎn)生的水頭損失，其余的沿線流量（1-α）ql則從管段始端節(jié)點(diǎn)流出。管段中通過的是均勻流量q=qt+αql，此時(shí)就可根據(jù)該流量確定管徑。區(qū)域面積小的配水管網(wǎng)如果用水量均勻可用面積比流量計(jì)算流量。

3.3 管網(wǎng)平差

在初分配流量、管徑確定好的前提下，為同時(shí)滿足連續(xù)性方程組和能量（環(huán)）方程組，進(jìn)行反復(fù)重復(fù)計(jì)算來分配管道流量。

手算管網(wǎng)平差是一個(gè)巨大的工作量。隨著軟件應(yīng)用發(fā)展，利用軟件解決管網(wǎng)平差問題是很常見。在前面所述的工作上，利用鴻業(yè)市政軟件進(jìn)行管網(wǎng)平差計(jì)算。

首先，設(shè)置最不利點(diǎn)水壓為28m，進(jìn)行反算水源壓力的計(jì)算。得到此時(shí)的水源壓力，將此時(shí)所有管段節(jié)點(diǎn)的流量、壓力的數(shù)據(jù)賦回圖中。然后，將反算水源壓力的水源壓力輸入水源節(jié)點(diǎn)上，進(jìn)行消防校核計(jì)算。將大用戶點(diǎn)和在反算水源壓力中計(jì)算的最不利點(diǎn)（壓力最小點(diǎn)）設(shè)置為消防流量，由于某縣屬于中小城鎮(zhèn)，根據(jù)規(guī)范設(shè)置消防流量為45L/S。進(jìn)行消防計(jì)算時(shí)，可以不設(shè)置最不利點(diǎn)水壓為28m。若消防校核符合，將消防校核的數(shù)據(jù)賦回圖中，繼續(xù)進(jìn)行事故校核；若不符合，擴(kuò)大相應(yīng)管線管徑，重新進(jìn)行反算水源壓力和消防校核的步驟，直到消防校核符合為止。接下來，將離近水源點(diǎn)的管渠或管線定義成事故管，將給水系數(shù)設(shè)置為0.7，此時(shí)也可以不設(shè)置最不利點(diǎn)水壓。事故校核若符合要求，完成給水管網(wǎng)平差計(jì)算；若校核不符合要求，擴(kuò)大相應(yīng)管線管徑，重新進(jìn)行反算水源壓力、消防校核計(jì)算、事故校核計(jì)算，直到所有計(jì)算符合為止。

管網(wǎng)平差計(jì)算后，進(jìn)行節(jié)點(diǎn)標(biāo)注和管段標(biāo)注。此時(shí)，管線上的相應(yīng)流量、流速、管徑、長(zhǎng)度以及節(jié)點(diǎn)上的流量、水壓等數(shù)據(jù)清晰地呈現(xiàn)在圖中。相應(yīng)的反算水源壓力圖在圖2顯示。（消防校核、事故校核計(jì)算圖類似反算水源壓力圖，標(biāo)注的節(jié)點(diǎn)流量、節(jié)點(diǎn)壓力與反算水源壓力圖不同）

4、管材選擇

管材的選擇應(yīng)從配水管網(wǎng)布置、管徑、管道的工作壓力、地理情況及施工運(yùn)輸條件等方面來綜合比較，選擇管材的原則是從經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、減少資源等方面選取。一般采用抗腐蝕、節(jié)能環(huán)保的非金屬管材。

常規(guī)供水工程的管材種類有：鋼筋混凝土管、球墨鑄鐵管、鋼管、PVC管、PE管等。根據(jù)管材種類可采用相應(yīng)的連接方式。本設(shè)計(jì)采用球墨鑄鐵管。

由于球墨鑄鐵管具有較高的抗拉強(qiáng)度、延伸率、韌性好、耐腐蝕、抗氧化、耐高壓等性能特點(diǎn)，以及施工便捷等優(yōu)點(diǎn) 。在某縣設(shè)計(jì)中，采用球墨鑄鐵管進(jìn)行計(jì)算，本設(shè)計(jì)采用承插連接方式。

5、附屬構(gòu)件

5.1 閥門

閥門通常放在管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)及分支管處、穿越障礙物和過長(zhǎng)的管線。配水干管上裝設(shè)閥門間距一般為400～1000m。在入戶管或預(yù)埋支管上也應(yīng)設(shè)置閥門，主次管線通常設(shè)置在次要管線上。

如果沒有限制，管道材料可按照管徑結(jié)合覆土、閥門安裝等要求進(jìn)行選擇。管道直徑大于DN300的一般選用蝶閥，管道直徑小于DN300的一般選擇閘閥。

5.2 排氣閥

有種類型排氣閥能自動(dòng)進(jìn)氣、自動(dòng)排氣，本設(shè)計(jì)可以采用這類排氣閥安裝在管線隆起部分。平時(shí)排除水中釋放的氣體，以免空氣積存；在管道檢修、放空時(shí)進(jìn)入空氣，保持管道排水暢通；避免水錘作用。在配水管網(wǎng)布置時(shí)，應(yīng)分析管道的高程，合理設(shè)計(jì)管網(wǎng)的高點(diǎn)和低點(diǎn)。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，排氣閥一般管道小于DN350選用單口排氣閥，管道大于DN400選用雙口排氣閥。某市某縣設(shè)計(jì)可采用單口排氣閥。

5.3 消火栓

根據(jù)消防要求，當(dāng)?shù)缆穼挾却笥?0米時(shí)，應(yīng)在道路兩側(cè)均勻布置，在配水管網(wǎng)上需設(shè)置消火栓；當(dāng)?shù)缆穼挾刃∮?0米時(shí)，在道路一側(cè)布置。消火栓的間距不應(yīng)大于120米，大部分工程通常在路口處設(shè)置地上式消火栓，使用方便。本設(shè)計(jì)采用地上式消火栓。

6、結(jié)語

城鎮(zhèn)給水管網(wǎng)系統(tǒng)是城鎮(zhèn)發(fā)展的重要工程，利用市政鴻業(yè)軟件設(shè)計(jì)某市某縣的配水管網(wǎng)，通過反算水源壓力計(jì)算、事故校核計(jì)算、消防校核計(jì)算確定管道的管徑、流量和節(jié)點(diǎn)壓力。進(jìn)一步選取管徑大小、附屬構(gòu)件、消火栓，從而完成給水管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

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