給排水設(shè)計(jì)中的輸水方式及管網(wǎng)分區(qū)研究

林偉明

深圳市工勘巖土集團(tuán)有限公司 廣東 深圳 518000

給排水系統(tǒng)作為城市有序運(yùn)作的基礎(chǔ)，直接關(guān)系到人們?nèi)粘Ｉ钯|(zhì)量，所以市政給排水設(shè)計(jì)要求相關(guān)部門及人員對(duì)城市用水網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全面分析與科學(xué)設(shè)計(jì)，重視輸水方式的靈活選擇與管網(wǎng)分區(qū)的科學(xué)設(shè)計(jì)。因此，為提高城市供水質(zhì)量，避免水資源的浪費(fèi)，研究給排水設(shè)計(jì)輸水方式選擇和管網(wǎng)分區(qū)設(shè)計(jì)要點(diǎn)是必要的。

1 探究給排水設(shè)計(jì)中的輸水方式

1.1 具體輸水方式

由于當(dāng)前城市發(fā)展、建設(shè)水平較高，所以給排水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、部署較為復(fù)雜，輸水方式也靈活多變，就目前而言，給排水設(shè)計(jì)中常用的輸水方式主要有三種，分別為壓力輸水、重力輸水和混合輸水。

1.1.1 壓力流輸水

壓力流輸水方式主要通過施加壓力完成輸水工作，施加對(duì)象為水源，使其在壓力的作用下改變位置，以此滿足水資源輸送目的。在該輸水方式下，需要布置相應(yīng)的加壓設(shè)施，多數(shù)部署在水源附近，結(jié)合當(dāng)?shù)厥姓斔枨蠛蛯?shí)際情況合理設(shè)計(jì)、調(diào)整水壓數(shù)值和相關(guān)數(shù)據(jù)，確保其滿足輸水要求。需要注意的是，壓力流輸水方式下要謹(jǐn)慎選擇管道材料材質(zhì)，這是因?yàn)閴毫斔畷?huì)給輸水管道帶來一定壓力，為使輸水管道安全、穩(wěn)定運(yùn)作，應(yīng)注重材料的合理選擇[1]。

1.1.2 重力流輸水

重力流輸水主要利用水資源的自重，通過發(fā)揮城市地形、地勢優(yōu)勢特點(diǎn)，讓水源在自重的前提下進(jìn)行輸水工作，從本質(zhì)上來看，時(shí)間重力轉(zhuǎn)化為輸送水源的動(dòng)能。在給排水設(shè)計(jì)工作中，重力輸水方式要因地制宜，即當(dāng)?shù)匾邆湎鄬?duì)應(yīng)的地勢、地形條件，以此實(shí)現(xiàn)水資源的順利運(yùn)輸。

1.1.3 混合輸水

在當(dāng)前給排水設(shè)計(jì)中，混合輸水方式較為常見，簡單來說，這種輸水方式有機(jī)整合了重力輸水和壓力輸水，糅雜了其優(yōu)勢特點(diǎn)，能夠進(jìn)一步滿足給排水設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)、管道基礎(chǔ)、具體需求和實(shí)際情況等方面，實(shí)現(xiàn)輸水方式的設(shè)計(jì)優(yōu)化，設(shè)計(jì)與輸水流程也更為靈活。

1.2 科學(xué)選擇輸水方式

在給排水設(shè)計(jì)中選擇輸水方式時(shí)，應(yīng)綜合考慮當(dāng)?shù)氐乃辞闆r和地質(zhì)條件，然后進(jìn)行公式計(jì)算，公式為：Hp=Z1-Z2+h，其中，Hp為泵站揚(yáng)程，Z1和Z2分別為水源水位和水廠水池水位，h為輸水過程中出現(xiàn)的水頭損失。除了要開展規(guī)范的計(jì)算工作，還要根據(jù)實(shí)際情況科學(xué)選擇輸水方式，以此增加給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效性。

1.2.1 長距離輸水方式

雖然我國幅員遼闊、地大物博，從整體上來看具有十分豐富的水資源，但是從地區(qū)的角度來看，水資源分布不平均，外加存在不同程度的環(huán)境污染問題，可應(yīng)用水資源處于緊張狀態(tài)。因此，為有效緩解地區(qū)用水需求，充分供應(yīng)地區(qū)區(qū)域用水量，需要采取長距離輸水方式，由于輸水距離較長，因此在給排水設(shè)計(jì)過程中，需要嚴(yán)格落實(shí)安全質(zhì)量要求，綜合考慮不確定因素，以此保證給排水設(shè)計(jì)方案的可行性。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)做好管體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括頂管設(shè)計(jì)、管體部分設(shè)計(jì)等，以此提升后續(xù)給排水工程建設(shè)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)水資源的平穩(wěn)運(yùn)輸。除此之外，在長距離輸水管線中，往往會(huì)存在較多空氣，進(jìn)而影響輸水效率，因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的有效措施，比如設(shè)置空氣閥等，從而提高輸水效率[2]。

1.2.2 山區(qū)重力輸水

在給排水設(shè)計(jì)過程中，輸水方式方面的選擇有可能涉及山區(qū)輸水，在該情況下，設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)山區(qū)地勢、自然環(huán)境和地形等一系列因素進(jìn)行全面、細(xì)致的勘察與了解，以此為基礎(chǔ)選擇合適的輸水方式。山區(qū)輸水原理如圖1所示：

圖1 山區(qū)輸水原理圖

城市環(huán)境與山區(qū)環(huán)境進(jìn)行對(duì)比，可見山區(qū)有著更為陡峭的地形，高度差比較大，可以滿足重力輸水的要求和條件。若是重力輸水管線具有較大的高度差，需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的減壓閥；若是水區(qū)和水源之間的高度差較大，則要合理劃分壓力輸水管等級(jí)，并在輸水管線的末級(jí)設(shè)置泵站，依托于多級(jí)別輸水系統(tǒng)確保給排水系統(tǒng)穩(wěn)定、安全運(yùn)行。此外，對(duì)比分析技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性，確保輸水管道增壓方式、加壓泵站所設(shè)位置科學(xué)、合理。

1.2.3 輸水過河方式

在給排水設(shè)計(jì)過程中，較為容易遇到輸水管網(wǎng)需要過河的情況，一般出現(xiàn)在特殊地形等場景下，這時(shí)可采取兩類設(shè)計(jì)，一是架空過河，二是河底埋設(shè)過河。開展架空過河設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分發(fā)揮現(xiàn)有橋梁的功能作用，即順著橋梁進(jìn)行輸水管線的鋪設(shè)，以此實(shí)現(xiàn)輸水管道的架空。但是需要注意的是，橋梁設(shè)計(jì)、施工均需要考慮受力性能，所以該設(shè)計(jì)工作最好與橋梁相關(guān)作業(yè)一同進(jìn)行，若是條件不允許，則要以橋梁實(shí)際情況和水資源運(yùn)輸需求為基礎(chǔ)，在不影響橋梁受力性能的前提下進(jìn)行輸水設(shè)計(jì)，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格控制輸水管道直徑、尺寸和壓力，從而確保給排水設(shè)計(jì)方案科學(xué)、合理。開展河底埋設(shè)過河設(shè)計(jì)時(shí)，主要是將輸水管道設(shè)計(jì)在合適的河床位置，注重輸水管道材質(zhì)選用，要具備較強(qiáng)的抗腐蝕性能，避免河水長期浸泡對(duì)輸水管道造成的腐蝕和損耗，確保輸水管道中的水質(zhì)安全。

架空過河方式適合運(yùn)用于小管徑、運(yùn)輸量不大的輸水管線，河底埋設(shè)過河方式則適用于較大管徑、運(yùn)輸量較大的輸水管線。除此之外，還要合理設(shè)計(jì)排氣閥，當(dāng)輸水管道中的水排放殆盡時(shí)，排氣閥會(huì)通過大量吸氣避免輸水管道形成負(fù)壓，以防止輸水管道的損壞；當(dāng)輸水管道需要灌水時(shí)，排氣閥會(huì)通過大量排氣實(shí)現(xiàn)輸水管道的快速灌水，因此，作為輸水管道的“呼吸器”，應(yīng)科學(xué)選擇排氣閥，利用合適的排氣閥保證輸水管道安全、平穩(wěn)運(yùn)行。通常情況下，最好選用復(fù)式排氣閥，依靠其小孔能夠?qū)⑤斔艿篱L時(shí)間運(yùn)作后形成的積氣排出，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道氣體的快排和快吸。

2 研究給排水設(shè)計(jì)中的管網(wǎng)分區(qū)要點(diǎn)

2.1 科學(xué)明確區(qū)域邊界、階層

在開展給排水設(shè)計(jì)工作時(shí)，應(yīng)明確管網(wǎng)分區(qū)的影響因素，主要是城市供水的地形高度、住戶所需以及供水廠供水能力等，所以，在開展管網(wǎng)分區(qū)設(shè)計(jì)工作時(shí)，應(yīng)綜合考慮眾多影響因素，科學(xué)劃分管網(wǎng)區(qū)域邊界。比如，在開展給排水設(shè)計(jì)工作時(shí)，確定管網(wǎng)分區(qū)方案的同時(shí)選定管網(wǎng)邊界區(qū)域，并對(duì)已經(jīng)選好的區(qū)域進(jìn)行階段性劃分，結(jié)合當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有的輸水影響因素制定合理的管網(wǎng)分區(qū)方案。為確保方案質(zhì)量，設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分了解整個(gè)區(qū)域的建設(shè)情況，以此為方案制定奠定良好基礎(chǔ)。

在選擇區(qū)域系統(tǒng)階層數(shù)量時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)把握以下幾個(gè)階段的作業(yè)要點(diǎn)，分別為：第一，合理化分配水資源；第二，改壓體制和空壓減漏。多數(shù)情況下，供水分區(qū)階段分類的決定基礎(chǔ)是給排水管的投資額，但這導(dǎo)致不同規(guī)模供水分區(qū)的出現(xiàn)。因此，在階級(jí)數(shù)量實(shí)際選擇過程中，給排水設(shè)計(jì)人員要在全面考察當(dāng)?shù)丨h(huán)境后，分階段完成各項(xiàng)工作[3]。

2.2 確定規(guī)模和管網(wǎng)邊界

在滿足區(qū)域用戶用水需求的前提條件下，給排水設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)管網(wǎng)布置長度進(jìn)行嚴(yán)格控制，工作中盡量減少其長度，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)管網(wǎng)水壓的有效把控，進(jìn)而降低甚至避免因管網(wǎng)壓力過大帶來的管網(wǎng)事故，并實(shí)現(xiàn)低壓供水設(shè)計(jì)目標(biāo)。在規(guī)模確定過程中，給排水設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)城市供水高差、地形等因素進(jìn)行充分考慮，相對(duì)準(zhǔn)確的掌握輸水管道的損失，以及工業(yè)用水量的實(shí)際情況，立足于管道流量損失率的分析結(jié)果確定其具體規(guī)模。除此之外，綜合考慮工業(yè)用水情況，準(zhǔn)確記載水的流失量和流入量，并結(jié)合當(dāng)前時(shí)代特點(diǎn)，有效結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)與后續(xù)建設(shè)過程中不得對(duì)制定出的《總體劃定》進(jìn)行隨意更改，同時(shí)加快當(dāng)?shù)鼐G地建設(shè)，連接和貫通城市內(nèi)外綠地，從而實(shí)現(xiàn)區(qū)域規(guī)模的有效、準(zhǔn)確劃定。管網(wǎng)邊界的確定定需要考慮當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)、地形條件、來水廠的供水能力、用戶的數(shù)量以及水壓分界線等因素，在綜合衡量、有效設(shè)計(jì)后科學(xué)合理的設(shè)計(jì)管網(wǎng)區(qū)域邊界，以此在最大程度上有效確保管網(wǎng)邊界能夠符合當(dāng)?shù)氐挠盟攸c(diǎn)和地市情況，同時(shí)也能夠從根本上有效減少市政供水的投入成本，充分實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

2.3 確定進(jìn)水位置、進(jìn)水點(diǎn)

在確定進(jìn)水位置和進(jìn)水點(diǎn)時(shí)，應(yīng)圍繞供水穩(wěn)定性目標(biāo)，在合理的情況下盡量減少進(jìn)水點(diǎn)數(shù)量，從目前發(fā)展現(xiàn)狀來看，進(jìn)水點(diǎn)主要分為兩類，一是單點(diǎn)進(jìn)水，能夠很好的控制進(jìn)水位置，二是多點(diǎn)進(jìn)水，能夠?yàn)槭鹿识喟l(fā)區(qū)用水安全提供保障。若是區(qū)域較小，那么小范圍的進(jìn)水點(diǎn)數(shù)量就可以控制在2個(gè)，一方面確保進(jìn)水位置控制良好，另一方面為防止突發(fā)事件，及時(shí)滿足較大用水量需求，以此滿足用戶用水需求和后期維護(hù)需要。除此之外，為降低意外事故的發(fā)生概率，應(yīng)加大力度開展安全設(shè)計(jì)與建設(shè)，定期測量水壓情況，確保其流量和壓力控制滿足運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)，需要注意的是，測量范圍要保持在進(jìn)水點(diǎn)數(shù)目的區(qū)域中。由于單點(diǎn)進(jìn)水是水壓控制工作的最佳時(shí)期，所以在進(jìn)水點(diǎn)構(gòu)建過程中，其數(shù)量要比區(qū)域內(nèi)最小范圍要少，同時(shí)落實(shí)規(guī)范的水利模型模擬實(shí)驗(yàn)，從而保證進(jìn)水點(diǎn)位置、數(shù)量的科學(xué)合理性。

2.4 完善分區(qū)方案

在對(duì)分區(qū)方案進(jìn)行完善時(shí)，設(shè)計(jì)人員仍需要對(duì)當(dāng)?shù)靥囟ōh(huán)境、地勢特點(diǎn)等實(shí)際情況與需求進(jìn)行綜合考慮，合理優(yōu)化管網(wǎng)分區(qū)，降低整體成本。在具體完善過程中，應(yīng)從多個(gè)角度進(jìn)行，包括輸水管道，排水管道和閘斷等方面的設(shè)計(jì)，為保證供水安全性，優(yōu)化設(shè)置管網(wǎng)分區(qū)方案，尤其是相關(guān)技術(shù)。除此之外，落實(shí)合適的植物配置設(shè)計(jì)，注重其季節(jié)性和層次感，盡可能配置好灌木和開花類植物等等，同時(shí)要關(guān)注層次變化的舒適性；植物布置可配合景觀構(gòu)筑物，使植物配置的可觀性和靈活性得到充分提升[4]。

在降低分區(qū)方案整體成本時(shí)，應(yīng)從三方面落實(shí)工作，分別為給排水管道年造價(jià)、泵站年造價(jià)和管網(wǎng)動(dòng)力費(fèi)用造價(jià)。在對(duì)給排水管道年造價(jià)進(jìn)行分析與控制時(shí)，應(yīng)立足于管道運(yùn)營過程中需要落實(shí)的具體工作，比如每年開展的大型檢修，這設(shè)計(jì)土石方開挖費(fèi)用、這就費(fèi)用以及路面恢復(fù)等其他施工費(fèi)用，其中，還與管道長度、段數(shù)等因素具有密切關(guān)系，因此，應(yīng)充分結(jié)合管道使用、運(yùn)維情況，從而合理選擇給排水設(shè)計(jì)的造價(jià)方案，增強(qiáng)分區(qū)方案得到技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。針對(duì)泵站的年造價(jià)，其主要由壓力泵站、相關(guān)設(shè)備折舊等構(gòu)成，與壓力泵站供水量、大修費(fèi)用具有密切關(guān)系。管網(wǎng)動(dòng)力費(fèi)用造價(jià)主要是提高水的克服管道摩擦上面，這些都可以在加壓泵站的揚(yáng)程上具體體現(xiàn)出來。

2.5 應(yīng)用節(jié)水設(shè)施與設(shè)備

在給排水設(shè)計(jì)工作中，水資源的節(jié)約應(yīng)從三個(gè)方面進(jìn)行考慮，分別為水資源使用量的減少、用水效率的提高以及水資源浪費(fèi)的有效防控，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)對(duì)新型給排水、節(jié)水設(shè)施以及避免浪費(fèi)等方面著手，系統(tǒng)地考慮市政管網(wǎng)的節(jié)水技術(shù)。

由于輸水方式和地形地貌、地區(qū)供水能力之間存在相互作用關(guān)系，所以應(yīng)充分發(fā)揮輸水方式的優(yōu)勢特點(diǎn)，在滿足輸水需求的基礎(chǔ)上合理設(shè)計(jì)應(yīng)用節(jié)水設(shè)施與設(shè)備，并將其后續(xù)建設(shè)、運(yùn)維費(fèi)用降至最低。具體而言，設(shè)計(jì)疊壓供水，相較于傳統(tǒng)供水方式，這一供水設(shè)施不涉及蓄水池的設(shè)計(jì)使用，其劣勢得到有效解決，降低給排水工程設(shè)計(jì)、建設(shè)成本的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)低壓供水，還能夠充分利用現(xiàn)有供水廠、一體化供水系統(tǒng)的功能作用，以此規(guī)避資源二次污染。不僅如此，更為有利的是疊壓供水還能夠促成封閉循環(huán)系統(tǒng)，即自來水廠管路、用戶管路，若是當(dāng)?shù)貤l件允許，還可以充分發(fā)揮地?zé)崮艿墓δ茏饔茫瑢⑵渥鳛闊崴a(chǎn)的能源基礎(chǔ)，從而有效降低設(shè)計(jì)、施工及后續(xù)運(yùn)營成本，充分利用了項(xiàng)目能源，為達(dá)到節(jié)能減排，保護(hù)自然環(huán)境，創(chuàng)造了良好的條件。除此之外，還應(yīng)積極引進(jìn)新型節(jié)水設(shè)備，優(yōu)先使用具有較高水平的節(jié)能環(huán)保功能的節(jié)水設(shè)施與環(huán)保材料，從而利用新工藝、新材料優(yōu)化管網(wǎng)分區(qū)整體設(shè)計(jì)。

3 結(jié)論

綜上所述，輸水方式的靈活、合理選擇以及管網(wǎng)分區(qū)的科學(xué)設(shè)計(jì)作為給排水設(shè)計(jì)工作中的重要組成部分，對(duì)后續(xù)施工、管道使用等方面具有安全質(zhì)量、節(jié)能環(huán)保方面的影響。為切實(shí)滿足區(qū)域內(nèi)的給排水需求，輸水方式應(yīng)對(duì)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)地形條件以及輸水需求進(jìn)行綜合考慮，節(jié)約項(xiàng)目成本的同時(shí)充分發(fā)揮自然優(yōu)勢，管網(wǎng)分區(qū)設(shè)計(jì)要做好年費(fèi)用計(jì)算，依托于相對(duì)準(zhǔn)確的技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比和當(dāng)?shù)丨h(huán)境需求做出最后設(shè)計(jì)決定，以此滿足供水、輸水需求，提升給排水設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性。